溪洛渡：開啟高拱壩建設管理新時代

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溪洛渡大壩雄姿。

技術人員查詢各部位混凝土通水降溫情況。

溪洛渡大壩混凝土施工總進度計劃三維展示。

3月6日，經過近十年艱苦施工，溪洛渡拱壩壩體全線到頂。這是中國三峽集團開發(fā)建設的首座300米級高拱壩，它的建設，將為集團公司后續(xù)水電項目開發(fā)建設提供重要的技術、管理和經驗儲備。

遠眺溪洛渡，巍巍拱壩橫矗金沙，“壩”氣十足，但鮮為人知的是，開工之初，對于如何保證溪洛渡特高拱壩的建設質量，不少人存有疑慮，業(yè)界也并不看好。正是在這樣的環(huán)境和背景下，中國三峽集團依托現代化的信息和管理手段，通過打造“數字溪洛渡”工程，實現實體大壩和數字大壩同筑，不僅有效解決了高拱壩施工建設的諸多難題，保證了蓄水、發(fā)電目標的順利完成，更促進了工程施工效率和管理水平的極大提升，開啟了高拱壩建設管理的新時代。

高難度工程需要高水平管理

溪洛渡大壩為混凝土雙曲壩，壩頂高程610米，最大壩高285.5米，為超高薄壁拱壩，工程地質條件復雜，施工與質量控制難度大。這是中國三峽集團開發(fā)建設的首座300米級拱壩，在此之前，集團公司并沒有同類工程的建設經驗。

盡管集團公司開發(fā)建設的世界水電“翹楚”——三峽工程已經高質量完成主體建設任務，并安全高效投入運行，但在復雜的高拱壩施工領域，集團公司技術、管理和經驗的儲備仍是“白紙一張”。溪洛渡工程規(guī)模巨大，舉國關注，如何保證工程的建設質量，不僅業(yè)界普遍關心，更是集團公司必須回答的問題。

記者在采訪中了解到，與重力壩相比，拱壩特別是高拱壩的結構、受力情況極為復雜，整個施工過程中，壩體的受力狀況都在不斷調整。這些特點，給拱壩的施工質量控制帶來很大挑戰(zhàn)，因此，拱壩也被認為是水工界最復雜的建筑物。中國工程院院士陸佑楣曾經表示：“拱壩是真正培養(yǎng)工程師的地方”。

拱壩自身的特點決定了溪洛渡工程的建設難度之大，而工程自身的實際情況，讓建設者身上本就不輕的擔子又重了幾分。據溪洛渡工程建設部副主任周紹武介紹，溪洛渡大壩的自身體積收縮變形、混凝土剛性、徐變等力學指標都不理想，對大壩抗裂不利。因此，曾有專家斷言：“溪洛渡大壩澆筑之日，就是混凝土裂縫出現之時”。

混凝土裂縫是水電工程的一大“重癥”。在世界水工界，一直有“無壩不裂”的說法。導致大壩混凝土開裂的原因有很多，其中最主要的原因是混凝土水泥水化熱引起的內部溫度變化和溫控措施不當。然而，三峽三期工程卻成功創(chuàng)造了混凝土大壩無裂縫的奇跡，被已故水電專家、兩院院士潘家錚譽為“創(chuàng)造了奇跡”。這說明，只要施工質量控制好，大壩混凝土裂縫是可以避免的。

為了實現對溪洛渡大壩基礎處理、混凝土施工與溫控過程的有效監(jiān)控與管理，保證工程的質量和大壩的絕對安全，在工程建設之初，中國三峽集團就提出建設溪洛渡“數字大壩”，借助信息化手段與數字技術，優(yōu)化施工管理模式。

透視“數字大壩”

記者在采訪中了解到，溪洛渡工程“數字大壩”系統(tǒng)是中國三峽集團結合工程建設實際，按照建設“數字溪洛渡”的目標開發(fā)的。其目的是對混凝土基礎處理、施工、溫度控制的數據進行全面的收集、整理、分析、展示和共享，為施工管理提供決策、管理依據，并對現場的施工質量進行分析和評價，及時對生產數據進行有效分析和預警，從而全面提高施工過程控制水平，保證工程質量。不僅如此，系統(tǒng)還能將收集的數據及時反饋到相關科研單位，由這些單位根據相關數據，對混凝土應力狀態(tài)和開裂風險進行全面分析，并提出合理的處理措施。

“‘數字大壩’的作用，歸根結底就是把施工過程、參數進行收集，并按一定邏輯關系進行處理，最后進行評估、預警。同時，提供大量的施工和工程數據給科研院所進行仿真分析，從而指導生產。”溪洛渡工程建設部大壩項目部主任陳文夫介紹說。

2008年5月，由溪洛渡工程建設部主導的溪洛渡“數字大壩”系統(tǒng)建設工作啟動，同年10月，系統(tǒng)初步上線；2009年9月，一期項目完成終驗；截至目前，系統(tǒng)基本建設完成，初步實現了大壩施工監(jiān)測與仿真分析的設想。該系統(tǒng)作為一個開放的信息管理平臺，具有較強的兼容性，為國內水利水電工程科研攻關和創(chuàng)新提供了一個良好的基礎平臺。

記者從“數字大壩”系統(tǒng)開發(fā)商武漢英思公司了解到，通過混凝土澆筑、溫度管理、灌漿、金結等13個模塊，系統(tǒng)建立了一個統(tǒng)一的施工過程綜合數據采集與分析平臺，可以結合各個施工任務的特點與管理要求，有針對性地實現數據采集、管理與分析功能。同時，將各個工序的成果進行集成分析與應用。該系統(tǒng)覆蓋了溪洛渡大壩施工的全部范圍，為溪洛渡工程精細化施工提供了重要保證。

 海量數據為工程質量“把脈”

“數字大壩”建設為溪洛渡工程帶來的最直接效益，建立在其強大的數據采集和反饋能力上。

 在大壩混凝土澆筑過程管理中，有大量的數據來自于生產、施工一線。為了實現有效的數據采集，系統(tǒng)通過建立施工區(qū)的無線網絡覆蓋、采用專用數據采集設備，實現移動式的數據采集模式。大量的生產數據特別是混凝土溫控的相關數據，在現場測量、采集后，可快速反饋至后方生產管理部門，以便及時分析。

 溪洛渡工程規(guī)模大，各類生產數據內容龐大，采用傳統(tǒng)的桌面數據錄入模式，不僅費時費力，還存在數據準確性低、及時性差等問題。為盡可能有效地采集數據，系統(tǒng)針對各類數據的特點，實現了多模式的數據采集手段。在溪洛渡，拌和樓的生產數據、纜機運輸數據已經實現了自動采集和導入，這種方法避免了人工干預與額外操作，保證了數據采集的準確性與及時性。在大壩澆筑及溫控管理過程中，有大量數據需要采用傳統(tǒng)方法進行人工測量，借助該系統(tǒng)的現場手持式數據采集功能，可以大幅提高人工測量的工作效率。

 “以混凝土測溫為例，埋設在倉面中的大量溫度計，需要使用專用儀器一一進行數據采集。借助在線式手持數據采集系統(tǒng)，技術人員能夠對采集的目標進行統(tǒng)一的條碼編碼，實現快速掃描定位和數據的快速錄入，并通過規(guī)范約束，盡可能減少出錯的可能性。”陳文夫說。

溪洛渡“數字大壩”系統(tǒng)的數據采集，不僅實現了對主要施工任務的全覆蓋，還能對提取的數據進行匯總、綜合，以便各方共享和查詢。

“原材料到拌和樓，到水平、垂直運輸，再到倉面振搗、溫控，在國內外，沒有哪個大壩像溪洛渡這樣，擁有如此豐富的數據。2013年三峽樞紐工程質量專家組到溪洛渡檢查指導工作，認為：“應用現代科技，在溪洛渡拱壩數字建設、智能化建設方面有所突破，開創(chuàng)了我國智能高壩建設的先河……最大壩高285.5米的高拱壩到目前為止基本無裂縫，這是了不起的成就”。

 這些海量的監(jiān)測數據不僅保證了工程施工的順利進行，還能在今后的運行中繼續(xù)發(fā)揮作用。通過“數字大壩”系統(tǒng)，建設者掌握了工程全生命周期的各類數據，這些數據將為工程將來長期運行提供重要參考。

施工決策的可靠助手

強大的數據采集能力只是“數字大壩”系統(tǒng)諸多優(yōu)勢的一個方面，該系統(tǒng)對溪洛渡工程建設的直接保障作用體現在，它能對采集的各類現場數據及時通過科學、直觀的模式進行匯總、分析與展現，實現綜合查詢，將現場記錄數據轉變?yōu)橛杏玫男畔ⅲ瑸槭┕Q策提供詳實可靠的數據依據。

借助二維圖表與三維可視化相結合的數據查詢與分析模式，系統(tǒng)解決了繁雜的數據采集、統(tǒng)計和分析工作；同時，使得現場生產數據及時準確、完整真實地反饋到管理層，使各級管理人員能迅速、準確地掌握到第一手數據資料，及時了解現場生產情況，并為決策層提供準確、及時的數據和輔助分析，為有效指導管理施工奠定基礎。

 “‘數字大壩’建設是對人員思維和管理的一大突破，通過它的建設，我們有效地規(guī)范了現場施工管理的業(yè)務流程，提高了管理效率，實現了項目管理的精細化。”周紹武表示。

“數字大壩”系統(tǒng)的應用，大大減輕了施工和監(jiān)理單位的日常工作壓力，為其管理帶來了便利，贏得了參建各方的廣泛好評。多年的運行實踐表明，該系統(tǒng)在溪洛渡大壩施工管理過程中充分發(fā)揮了作用，有效地服務于各級管理層，應用非常成功。

除分析、查詢外，系統(tǒng)還能通過制定各類標準與閥值，根據擬合參數預測變化趨勢，來實現各種預警功能，從而實現對大壩混凝土施工的全過程控制，提高現場管理水平。

不僅如此，系統(tǒng)還能借助仿真分析，科學地指導施工。以往，科研單位需要派專人前往工地收集資料，由于現場資料大都缺乏統(tǒng)一的協調管理，資料收集難度很大，而且往往存在缺失等現象，這使得科研工作難以在第一時間展開，從而失去了即時指導現場施工的目的。溪洛渡“數字大壩”系統(tǒng)的建設，解決了傳統(tǒng)科研工作中存在困難和不足，大壩施工期的全部第一手資料均可在第一時間從系統(tǒng)中獲取。針對工程中存在的問題，科研單位可以及時展開跟蹤反演分析，對各種可能的風險進行預測，研究成果能夠及時用于指導現場施工。

從“數字大壩”到“智能大壩”

縱觀溪洛渡大壩工程現場施工管理水平的發(fā)展脈絡，可謂一步一個腳印，探索之路從未停止。

溪洛渡“數字大壩”建設初期，系統(tǒng)功能主要以采集和分析為主，以控制為輔；建設中期，開始注重信息監(jiān)測和控制的結合；到了后期，在自動采集的基礎上，開發(fā)了以智能控制為主的多項系統(tǒng)，包括混凝土無線測溫系統(tǒng)、混凝土智能通水冷卻控制系統(tǒng)、混凝土智能振搗監(jiān)控系統(tǒng)、人員安全保障管理系統(tǒng)等，初步實現了“數字大壩”向“智能大壩”的跨越。

“所謂‘數字大壩’，主要指的是施工過程中的所有數據都能采集，而‘智能大壩’的定義是，我們能對采集到數據進行分析、處理，并進行趨勢判斷和預測預控，從而更好地指導現場施工。”周紹武這樣介紹二者的特點和區(qū)別。他認為，智能大壩的“智能性”主要包括四個方面——自我感知、數據分析、智能判斷和自我調整。

周紹武向記者演示了系統(tǒng)的智能手機盯倉功能——這是一個安裝在智能手機上的數據采集程序，無論是在施工現場還是辦公室，只要有3G或者無線網絡，就能登錄系統(tǒng)。監(jiān)理在現場通過手機提交各類數據，管理人員在辦公室就能實時了解現場的作業(yè)情況和質量安全問題。

此外，系統(tǒng)的智能冷卻通水功能也頗具亮點。眾所周知，溫度裂縫是大壩混凝土澆筑的最大風險之一，處理溫度裂縫，需要大量的時間、人力和資金投入?；炷脸霈F裂縫的原因有很多，除自身的抗裂性能外，施工中的溫控措施是否得當也是關鍵因素。

以往，水工界往往采取人工冷卻的方式來給混凝土降溫，智能冷卻通水系統(tǒng)則讓這一沿用多年的傳統(tǒng)工序實現了前所未有的革新。

據陳文夫介紹，混凝土的溫度變化有其獨特的過程曲線，只有讓冷卻溫度按照這條曲線發(fā)展，才能保證混凝土的施工質量。在業(yè)界，一般采用人工控制水量、水溫的方式，來保證溫度曲線正常發(fā)展。智能冷卻通水系統(tǒng)則通過預埋在混凝土里的溫度計，實時掌握各部位混凝土的即時溫度，系統(tǒng)實時讀取這些溫度數據，結合混凝土冷卻階段，經過計算，自動調節(jié)通水流量，讓混凝土溫度隨著曲線發(fā)展，實現了冷卻過程的完全智能化，不需要人工調整。

數據顯示，截至今年3月，溪洛渡拱壩壩體混凝土最高溫度的倉次符合率達到91.3%、測點符合率達到90.3%，各降溫階段的降溫速率滿足設計要求，混凝土實際溫度變化曲線與設計溫度過程曲線基本重合。

“‘智能化’是一個發(fā)展中的概念?？梢灶A計，‘智能大壩’將是水電領域未來的大趨勢。目前，我們已經在往這個方向走，可以說，溪洛渡工程引領了世界高拱壩的發(fā)展方向。”周紹武說。

兩壩同筑，造就西部精品

在溪洛渡工區(qū)，“拱壩精品，西部典范”的標語分外醒目。這既是中國三峽集團孜孜以求的目標，也是溪洛渡工程建設成果的初步顯現。精品、典范何以成就？兩壩同筑便是響亮回答。

如前文所述，高拱壩自身的特點與溪洛渡獨特的地質條件，給工程施工管理和質量控制帶來極大挑戰(zhàn)，“數字大壩”系統(tǒng)的開發(fā)和應用，為溪洛渡大壩混凝土澆筑質量控制提供了新的手段，提高了現場混凝土施工質量和溫控水平，確保了溪洛渡工程質量、進度受控和工程自身的安全。

“溪洛渡‘數字大壩’的建設和應用，探索出一套先進的施工管理手段。代表了世界水工界最復雜建筑物管理的最高水平。”陳文夫說。

“數字大壩”的建設，開創(chuàng)了“4+1+3”的高拱壩建設管理新模式，業(yè)主、施工、設計、監(jiān)理、科研等參建各方得以在一個平臺上協同、高效地工作，這是溪洛渡自開工以來，工程建設得以順利推進的重要原因。

溪洛渡“數字大壩”搭建的綜合性技術平臺，將科研單位與工程參建單位緊密集成，以溪洛渡工程建設部、成都勘測設計院、二灘國際、水電八局為核心的4家參建單位，以武漢英思公司為代表的平臺設計單位和以清華大學、水科院、三峽大學為代表的3家科研單位，共同建立了“4+1+3”的合作構架，實現了產學研的有效結合，也實現了實體大壩與虛擬大壩的同筑，成為溪洛渡工程優(yōu)質高效建設的堅強保障。

溪洛渡“數字大壩”的建設，強化了工程施工工藝全過程的管理，改進了大型水電工程施工現場長期存在的粗放化管理模式，實現了全方位的過程進度與質量控制。這種切實有效的管理模式及其給現場施工帶來的顯著變化，得到了專家的高度肯定。

水電泰斗潘家錚曾說：“溪洛渡工程建立了一套科學的、現代化的管理體系，特別是質量保證體系。這套體系使科研、設計、施工、監(jiān)理在業(yè)主的統(tǒng)籌下分工負責，充分利用科技成果，采用新型測量儀器和設備，進行現代化、信息化的數據采集和處理，建立仿真模型，使整個工程的進展和質量完全在控，使我國高拱壩的施工管理水平又上了一個臺階。”

中國工程院院士譚靖夷評價說：“溪洛渡大壩是我所見到的國內最好的大壩，是壩工建設的藝術品。”

中國工程院院士、中國三峽集團原總工程師張超然表示：“溪洛渡大壩的建設，開創(chuàng)了我國300米級高拱壩建設數字化的先河。”

兩壩同筑，不僅鑄就了溪洛渡工程這一西部精品，也為我國水電開發(fā)積累了寶貴經驗。據了解，截至目前，向家壩水電站、豐滿水電站、大崗山水電站、瀾滄江公司等國內多個在建和待建水電工程的同行，都先后來溪洛渡學習取經。中國三峽集團在溪洛渡開創(chuàng)的這一高拱壩建設管理模式，將繼續(xù)為我國水電開發(fā)和能源建設提供強大動力。