孫祥鵬，李松輝

（1.廣西大藤峽水利樞紐開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，537226，桂平；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院 水電可持續(xù)發(fā)展研究中心，100038,北京）

大藤峽水利樞紐由于建筑物的布置方式及特點(diǎn)，溫控防裂存在巨大挑戰(zhàn)：①建筑物復(fù)雜，包括泄水閘、船閘、廠房；②澆筑塊尺寸大，其中最大塊長(zhǎng)98.85 m；③約束區(qū)范圍大，大部位區(qū)域位于約束區(qū)； ④暴露面多，受寒潮影響大，表面防裂壓力大；⑤材料特性對(duì)溫控防裂不利 （絕熱溫升高、線脹系數(shù)大等）；⑥氣象條件對(duì)溫控防裂不利 （全年1/3 的天數(shù)氣溫處于30℃以上）。

為了有效防止大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生， 提高混凝土的施工質(zhì)量，研究開(kāi)發(fā)了大體積混凝土防裂智能溫控系統(tǒng)。 該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫控實(shí)施情況的自動(dòng)獲取、準(zhǔn)確掌握、實(shí)時(shí)評(píng)估、智能干預(yù)及決策支持，有效提高了混凝土施工的管理水平、保障了混凝土施工質(zhì)量。

一、智能溫控系統(tǒng)總體構(gòu)成

智能溫控系統(tǒng)同人工智能類似，包括“感知”“互聯(lián)”“分析決策”和“控制”四個(gè)部分，如圖1 所示。 其中“感知”主要是對(duì)各關(guān)鍵要素的采集（自動(dòng)采集和人工采集）；“互聯(lián)” 是通過(guò)信息化的手段實(shí)現(xiàn)多層次網(wǎng)絡(luò)的通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、異構(gòu)的各種終端設(shè)備和軟硬件資源的密切關(guān)聯(lián)、互通和共享；“控制” 包括人工干預(yù)和智能控制，主要是自動(dòng)化、智能化的溫度、濕度、風(fēng)速等小環(huán)境指標(biāo)控制，以及混凝土養(yǎng)護(hù)和通水冷卻調(diào)控；“分析決策”是整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過(guò)學(xué)習(xí)、記憶、分析、判斷、反演、預(yù)測(cè)，最終形成決策。 “感知”“互聯(lián)”和“控制”相輔相成、相互依存，以“分析決策”為核心橋梁形成智能監(jiān)控的統(tǒng)一整體。

智能溫控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施主要包括三部分，分別為軟件系統(tǒng)與分析模型集成， 硬件設(shè)備布置與安裝，現(xiàn)場(chǎng)決策支持。

二、軟件系統(tǒng)與分析模型

智能溫控系統(tǒng)由13 個(gè)子系統(tǒng)組成， 可實(shí)現(xiàn)溫控信息的自動(dòng)獲取和高效管理、 開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)評(píng)估和預(yù)警報(bào)警、 溫控施工的決策支持與干預(yù)反饋， 包括電腦客戶端及手機(jī)APP 軟件。

①溫控信息采集、信息傳輸與信息管理與評(píng)價(jià)3 個(gè)子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)22種自動(dòng)采集或人工溫控信息的錄入與存儲(chǔ)、 海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)入庫(kù)、基于網(wǎng)絡(luò)和權(quán)限分配的信息共享、溫控報(bào)表的自動(dòng)生成等功能。

②仿真分析與反分析子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)大壩澆筑到運(yùn)行全過(guò)程實(shí)時(shí)跟蹤反演仿真分析，及時(shí)預(yù)測(cè)未來(lái)溫度、應(yīng)力及開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，提出措施與建議。

③智能拌和子系統(tǒng)按照施工期試驗(yàn)配合比，可實(shí)現(xiàn)混凝土機(jī)口溫度的自動(dòng)監(jiān)控，確保各原材料用量及溫度滿足要求。

④智能噴霧子系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的倉(cāng)面小氣候特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)面小氣候的自動(dòng)控制，有效防止高溫季節(jié)施工混凝土倉(cāng)面氣溫倒灌。

⑤智能保溫子系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的混凝土內(nèi)部溫度、寒潮等信息，可實(shí)現(xiàn)混凝土倉(cāng)面保溫參數(shù)的自動(dòng)計(jì)算，并給出對(duì)應(yīng)材料參數(shù)保溫厚度的建議。

⑥智能通水控制子系統(tǒng)按照目標(biāo)溫度曲線，基于統(tǒng)一的信息平臺(tái)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用預(yù)測(cè)分析模型，提出通水冷卻指令，通過(guò)自動(dòng)控制設(shè)備完成下一個(gè)時(shí)段的通水流量與流向。

分析模型是以溫度應(yīng)力達(dá)標(biāo)為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)溫控參數(shù)的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)與溫控超標(biāo)的超前預(yù)警，確保目標(biāo)溫度與實(shí)測(cè)溫度一致（圖2），為系統(tǒng)的核心，包括九大在線實(shí)時(shí)分析模型（圖3）與SAPTIS 離線分析模型。其中九大在線實(shí)時(shí)分析模型內(nèi)嵌于軟件管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)溫控效果的在線實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)與通水參數(shù)的智能調(diào)控。SAPTIS 離線分析模型可實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中對(duì)重大溫控決策的線下仿真分析。

⑦報(bào)警預(yù)警、決策支持兩個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫控指標(biāo)超標(biāo)報(bào)警和基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能，并給出決策支持。

⑧信息發(fā)布與干預(yù)子系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警預(yù)警決策支持信息發(fā)送至相關(guān)人員電腦或手機(jī)終端，施工管理人員及時(shí)處理，并將處理情況反饋至服務(wù)器，完成管理閉環(huán)。

圖1 大體積混凝土智能溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

三、硬件設(shè)備布置與安裝

大藤峽水利樞紐大體積混凝土智能溫控系統(tǒng)本著技術(shù)先進(jìn)、系統(tǒng)實(shí)用、結(jié)構(gòu)合理、產(chǎn)品主流、低成本、低維護(hù)量作為基本原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，硬件設(shè)備的布置主要是根據(jù)樞紐的布置特點(diǎn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行各類溫控儀器的布置， 主要包括現(xiàn)場(chǎng)分控站的布置，溫度計(jì)的埋設(shè)設(shè)計(jì)及測(cè)控單元、水管流量測(cè)控裝置、水管水溫測(cè)量用數(shù)字溫度傳感器等溫度流量測(cè)控設(shè)備計(jì)算。

現(xiàn)場(chǎng)分控站是指為方便設(shè)備集中管理而在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立的控制中心。本工程按照典型監(jiān)測(cè)壩段的布置圖，主供水及回水管路的設(shè)計(jì)圖，設(shè)置分控站布置圖如圖4、圖5 所示，分控站內(nèi)布置測(cè)控單元。 在現(xiàn)場(chǎng)布置27座分控站，分控站1～7 的測(cè)控單元對(duì)應(yīng)第1 信道的中繼路由器； 分控站8～17 的測(cè)控單元對(duì)應(yīng)第2 信道的中繼路由器；分控站18～19 的設(shè)備對(duì)應(yīng)第3 信道的中繼路由器；分控站20～23 的測(cè)控單元對(duì)應(yīng)第4 信道的中繼路由器；分控站24～27 的測(cè)控單元對(duì)應(yīng)第5 信道的中繼路由器。在營(yíng)地機(jī)房設(shè)立服務(wù)器， 通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接，服務(wù)器內(nèi)裝有智能監(jiān)控軟件，智能監(jiān)控軟件經(jīng)過(guò)集成處理及計(jì)算，實(shí)現(xiàn)各類信息的實(shí)時(shí)傳輸、分析及預(yù)警。

根據(jù)大藤峽水利樞紐的施工進(jìn)度，考慮重復(fù)利用，所需的各類設(shè)備的數(shù)量如表1 所示。

圖2 目標(biāo)溫度與實(shí)測(cè)溫度過(guò)程線

圖3 在線分析模型

圖4 分控站布置設(shè)計(jì)

圖5 分控站現(xiàn)場(chǎng)布置

圖6 典型倉(cāng)溫度過(guò)程線圖

表1 大藤峽水利樞紐設(shè)備總量表

由典型倉(cāng)溫度過(guò)程線（圖6）可知，理想溫度過(guò)程與實(shí)測(cè)溫度過(guò)程基本吻合。 由項(xiàng)目實(shí)施后上下游側(cè)溫差圖（圖7）可知，智能換向裝置可實(shí)現(xiàn)每倉(cāng)混凝土的12 小時(shí)自動(dòng)換向， 最大溫差小于2 ℃。

四、現(xiàn)場(chǎng)決策支持

大壩混凝土主體澆筑期間，針對(duì)大藤峽溫控防裂的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)派駐科研人員對(duì)軟件系統(tǒng)及硬件設(shè)備的安裝進(jìn)行指導(dǎo)與維護(hù)，通過(guò)仿真計(jì)算與溫控報(bào)告對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫控實(shí)施情況進(jìn)行系統(tǒng)分析、總結(jié)與評(píng)價(jià)。

針對(duì)閘壩結(jié)構(gòu)底板部位位于強(qiáng)約束區(qū)、厚度較薄的情況，提出了按照各澆筑層翌年冬天最低溫度的平均值（15 ℃）作為基礎(chǔ)溫差的計(jì)算依據(jù)，給出基礎(chǔ)溫差32 ℃溫控標(biāo)準(zhǔn)。 針對(duì)低溫季節(jié)混凝土施工問(wèn)題，考慮到混凝土發(fā)熱快、冬季氣溫低的特點(diǎn)，認(rèn)為混凝土澆筑完成后若不進(jìn)行技術(shù)保溫，將存在降溫速率過(guò)大、易開(kāi)裂問(wèn)題，提出了混凝土澆筑完成后及時(shí)進(jìn)行保溫、可有效減小溫度應(yīng)力的溫控措施。

針對(duì)船閘壩段上游面寬度較大（寬45 m）的特點(diǎn)，通過(guò)仿真計(jì)算提出上游側(cè)提前渣土回填及增加中期冷卻的溫控措施，混凝土最大應(yīng)力小于1.2 MPa，有效避免上游面裂縫發(fā)生。

結(jié)合溫控周報(bào)、月報(bào)、季報(bào)及年報(bào)，以及各階段施工情況，進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)與下一步溫控工作建議，工程做到了個(gè)性化溫控施工與控制。

圖7 上下游混凝土溫差圖