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    白鶴灘特高拱壩智能建造技術實現世界引領

    中國電力網發布時間:2022-05-10 09:47:26  作者:彭宗衛 譚堯升

      本網訊(彭宗衛 譚堯升)金沙江溪洛渡水電站建成于2014年,榮獲有國際工程咨詢領域諾貝爾獎之稱的“菲迪克工程項目杰出獎”,這座世界第四大水電站曾經被譽為“世界上最聰明的大壩”。時隔近8年之后,白鶴灘水電站——這座以“無縫大壩”精品工程形象面世的巨型水電工程,與“聰明”的溪洛渡大壩相比,又有什么新的內涵呢?

      據水電專家介紹,20年來,經過在金沙江下游溪洛渡、烏東德、白鶴灘等水電工程中的不斷創新、探索和實踐,三峽集團在遵循全面感知、真實分析、實時控制、持續優化的閉環智能建造理論基礎上,形成了覆蓋水電工程建設全過程的智能建造體系,解決了大型水電工程建設環境復雜、條件變化、資源流動、結構轉換、性態調整等技術與管理挑戰,推動和引領了水電行業智能建造技術的發展。

      近日,為系統全面總結白鶴灘水電站工程智能建造新技術應用成果,推進國內外大型水電工程建設與管理,中國三峽集團組織張超然、鈕新強、馮夏庭、許唯臨等院士與專家在四川成都召開專題研討會。專家一致認為,這是截至目前國內大型水電站智能建造涉及內容最廣、研究程度最深、應用成效最顯著的示范工程,為工程高標準建設與長期安全運行提供了先進的技術手段,代表了水電建設領域的最高水平,成為行業標桿。


    白鶴灘水電站大壩智能建造專題會議現場

      本文攝影:劉濤、趙洋、謝雷

      一系列現代化新技術運用,使白鶴灘水電站工程施工管控更加縝密,質量控制更加精準,工作效率大幅提升,復雜環境下的施工安全得到保障

      在白鶴灘大壩建造過程中,埋設了幾萬支傳感器,如同植入大壩體內的“神經元”,全面掌握大壩施工進度、內部溫度、受力狀態、周邊環境變化等,可以隨時獲得第一手信息,及時發現異常變化,迅速進行科學研判,輔助對施工進行決策,實現全面感知、真實分析、實時控制和持續優化決策。

      三峽集團白鶴灘工程建設部技術管理人員表示,即使他們遠在數千公里外的北京出差,只要接入平臺端口,隨時可以看見大壩的“頭疼腦熱”。隨著人工智能技術的運用,給混凝土大壩降溫和埋設水管通水冷卻這些措施,通過清華大學和三峽集團聯合研發的智能通水2.0系統,可以實時在線分析大壩混凝土的溫度和溫差變化,自行運算后,動態自動調整通水量,讓大壩混凝土保持在“最舒適的換熱過程”。此外,借助“北斗”系統,對工地現場的車輛和大型機械實現精確定位管理。

      調研白鶴灘水電站工程,給中國工程院院士、四川大學常務副校長許唯臨留下兩個“印象深刻”。一是大壩混凝土澆筑達到每年270萬立方米,月最高達到了27.32萬立方米,創造了同類工程壩體混凝土最快速度、最高施工強度紀錄,并且在這種高強度施工下建成了精品大壩和無縫大壩。二是對大壩智能建造印象深刻,整個白鶴灘水電站工程智能建造項目投入達1.7億元,工作內容覆蓋從施工控制到信息管理,一直到全生命周期的仿真與反饋,真正覆蓋到大壩的全生命周期。

      白鶴灘水電站在世界拱壩行業首開智能建造的先河。智能建造系統是個龐大的系統工程,涉及范圍廣、專業類型多,白鶴灘智能建造各個研究專題聚焦現場問題,圍繞建設“無縫大壩”目標,充分發揮了“產學研用”協同創新的作用,開發了智能建造管理平臺、智能通水、智能灌漿、智能振搗、性態仿真等多個系統,充分發揮現代信息技術、數據技術和通信技術作用,解決了以往靠經驗、靠理論模型進行管理和分析的方式,用數據來管理驅動巨型大壩施工建設,不但項目管理水平和效率顯著提升,而且建成了白鶴灘“無縫大壩”,取得了顯著成就。


    白鶴灘水電站智能灌漿系統局部形象

      中國工程院院士、東北大學校長馮夏庭認為,特高拱壩施工過程中最重要的挑戰是溫控防裂,白鶴灘水電站工程通過構建智能通水控制體系,研發成套通水裝備,實現了大壩、水墊塘與二道壩等不同水工結構的溫度全過程智能精準控制。通過優化低熱水泥材料,構建大壩性態仿真體系,開展大壩施工全過程溫度應力動態仿真,不斷優化完善溫控防裂方案及措施,建成了“無縫大壩”,標志著我國已全面突破水工大體積混凝土溫控防裂技術,攻克了“無壩不裂”的世界性難題。

      馮夏庭說,白鶴灘水電站工程建設過程和蓄水以來的主體建筑物工作性態表明,白鶴灘工程開挖揭示的地質條件與前期勘察成果高度一致,重大地質問題均有預判,前期勘察工作細致嚴謹,大壩及地下洞室群設計合理,開挖、支護、滲控措施有效。智能建造對促進精細管理和提升大壩質量的效果顯著。

      馮夏庭還表示,下一步除了要做好白鶴灘智能建造各專題的系統總結與提煉,建議利用好已有的智能建造系統,利用好大量采集的真實數據,對數據進行充分挖掘分析,發揮好智能建造的價值,在大壩長期蓄水過程中對結構整體穩定、庫區邊坡等進行真實分析,確保白鶴灘大壩和水庫的全生命周期的安全運行。他還建議,將已經成熟和正在研發的智能建造技術、軟件系統和技術標準,逐步推廣到我國高海拔地區的重大基礎工程建設中去,進一步深化智能、低碳、綠色建造的相關研究工作。

      白鶴灘水電站智能建造技術應用,為未來復雜水電工程和類似的大體積混凝土工程高質量建造提供了樣板,推動我國智能建造技術上了一個新臺階

      白鶴灘水電站工程在應用光纖溫感智能監測、振搗機器人、沖毛機器人等方面取得重大突破,以及白鶴灘、烏東德水電站工程在智能建造信息化管理平臺、大壩混凝土澆筑的智能仿真、低熱混凝土材料和澆筑相關技術的科研應用等方面的重大技術成果,令中國工程院院士、長江設計集團董事長鈕新強感到十分欣慰。

      鈕新強認為,水電智能建造技術在白鶴灘工程建設中應用范圍最廣、效果最好、研究最深,為未來水電工程和類似的大體積混凝土工程高質量建造提供了樣板,推動我國水電智能建造技術上了一個臺階。

      他同時建議,基于白鶴灘、烏東德水電站工程智能建造取得的成果,未來的工程數字化建設規劃要向工程數字孿生技術推進,從工程規劃、設計、建造到運行階段,發揮好數字孿生的支撐作用,把工程智能建造提升到智能管理。

      鈕新強認為,工程數字孿生是真正面向工程全生命周期的,是動態的,甚至是有靈魂的。數字孿生有兩個關鍵,一是數據感知,二是數字模型。只有實現了這兩個方面的突破,才能為工程全過程智能化服務提供強力支撐。


    智能大壩智能監控資料圖片

      中國工程院院士、三峽集團原總工程師張超然表示,白鶴灘水電站工程智能建造的目標就是要建成“無縫大壩”和精品工程,現在這兩個目標都完全實現了。水庫正常蓄水后,大壩各項參數指標都在設計可控的范圍之內。白鶴灘水電站工程智能建造技術在我國智能大壩建造方面形成了嶄新的體系,提升了整體建造水平,帶動了水電行業健康、持續發展。

      張超然建議,白鶴灘水電站工程智能建造的經驗可以推廣應用到更多水電開發項目中去,為實現“雙碳”目標、促進經濟社會發展全面綠色轉型作出更大貢獻。尤其是全壩采用低熱硅酸鹽水泥,為國家全面驅動低熱水泥應用打開了一條很好的通道。

      水電總院副總工程師魏志遠表示,白鶴灘大壩是建在復雜地質條件、大推力作用下的高拱壩,是一座真正沒有危害性裂縫的大壩。白鶴灘水電站工程建設完全做到了智能化,整個大壩最高溫度控制在24℃左右,全壩使用低熱水泥,加上智能化溫控和智能通水,實現了全過程溫度控制,溫降做得特別好,這都是智能建造的突出貢獻。

      他說,我國土石壩建設管理有一個目標,就是“壩上的每一方填筑都能找到原始數據,甚至是哪一個人填上去的”。白鶴灘的智能建造數據是從混凝土拌和樓開始控制,第一倉混凝土從拌和樓出來,馬上就進入控制系統。

      魏志遠認為,白鶴灘水電站智能建造主要集中在溫控系統、智能通水、大壩性態控制和性態檢測等技術,在此基礎上未來還可以繼續發展。

      白鶴灘水電站工程智能建造技術是全面應用型的集成,成為新歷史階段的集大成者,把中國大壩建造水平提升到一個更高層次,創造了更新的筑壩技術,提升了未來大壩建造技術水平


    智能大壩監控埋件安裝資料圖片

      三峽集團原總工程師張為民,曾任華東勘測設計研究院院長,曾兼任白鶴灘工程預可研與可研階段的項目經理,直至2011年調任三峽集團總工程師。調任后他又全程參與了白鶴灘工程籌建與準備工程以及主體工程的招標與建設初期的工作。他說,白鶴灘水電站工程建設初期就確立了一個重要目標,要充分吸收小灣、溪洛渡、錦屏一期等水電站工程建設的經驗做法,讓白鶴灘水電站工程成為新歷史階段的集大成者,真正建成中國300米級高拱壩的標志性工程。

      三峽集團原總工程師陳文斌回憶了三峽集團智能建造技術走過的歷程。他說,中國水電建設經歷了從半機械化到全機械化,再到三峽工程的半信息化,直到烏東德、白鶴灘水電站工程的全信息化、全智能化建壩技術進步,標志著中國筑壩技術進入了一個全新階段。從2014年開始,三峽集團參與規劃整套智能建造系統,如今,當初規劃的工作任務基本完成,達到預期目標。智能建造系統代替了很多人工,解決了新時代大量建設者參與施工如何保證施工質量和安全的問題,大量的工程驗收和施工組織工作也都是在智能建造系統上完成的。

      陳文斌認為,白鶴灘水電站工程智能建造技術有原創、也有集成應用,是全面應用型集成,它把中國大壩建設水平提升到一個更高層次,創造了更新的筑壩技術,提升了未來大壩建造技術。為什么白鶴灘大壩沒有出現溫度裂縫?因為實時掌握了它每個狀態的性態,掌握了從拌和樓到倉面澆筑的每個力學性能,掌握了澆筑過程中混凝土料的性能。澆筑白鶴灘大壩的混凝土是有生命的,從拌和樓出來到倉面澆筑的過程,智能建造系統對它進行全程控制,對混凝土性態、固體力學和熱力學、結構工作性態分三個階段進行控制,實現了全面的信息化智能建造。

      陳文斌說,目前中國能夠檢測到第一倉混凝土數據的大壩工程,只有白鶴灘水電站工程。施工過程中每一個人的簽字、驗收,包括混凝土從哪個拌和樓出來,甚至混凝土的配方,都能找到最原始的數據。白鶴灘水電站智能建造系統的應用,取代了一大批人工,替代了一些傳統工藝流程。過去一些工程現場需要上萬人,現在只有兩三千人。同時,通過智能化管理,白鶴灘工程質量安全都控制得很好。


    智能建造信息平臺運用

      全國工程勘察設計大師、中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司副總經理王仁坤表示,施工安全管理是白鶴灘水電站智能建造的一個重要內容。白鶴灘大壩所在地氣候惡劣,地處干熱河谷,夏季最高溫度達到43℃,地表溫度接近70℃,常年7級以上大風天氣達240天,風力最大時達13級。在高山峽谷里面,在高溫大風條件下,多年來總共有3000多萬噸貨物起吊運輸,包括混凝土物料的控制、拌和、運輸,還有大壩澆筑倉面的均勻上升,基本做到了有序無縫對接,沒出現重大安全事故,都得益于智能建造系統。白鶴灘工程有長達200多公里的地下洞室群,還有高邊坡開挖,也得益于安全智能管控。

      王仁坤認為,智能建造的動力來源于提高效能。白鶴灘水電站依靠智能設備和智能建造,大幅提高了施工效率,既解放了勞動力,也提升了安全質量管理水平。白鶴灘水電站智能通水、智能溫控、智能灌漿、智能澆筑的效果都集中體現在混凝土質量上,澆筑完成的白鶴灘大壩稱得上是真正的“無縫大壩”。此外,智能裝備是智能建造非常重要的一環,白鶴灘水電站開發的智能振搗和沖毛設備非常有價值,將來應該形成產業化,加以推廣應用。

      會上,專家還建議在白鶴灘水電站智能建造基礎上,在未來的水電站運行維護中大力應用機器人技術,比如大壩特殊部位的檢查、水墊塘抽干檢修等,都可以應用一些智能技術和機器人技術,從大壩建設到電站運維形成一整套完備的智能技術體系。

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