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数字黄登大坝混凝土温控智能监控系统的开发和应用

水利水电技术 第50

卷2019

年第6

张磊,张国新,刘毅,等.数字黄登大坝混凝土温控智能监控系统的开发和应用

[J]

・水利水电技术,

2019, 50(6)

: 108-114.

ZHANG Lei, ZHANG Guoxin, LIU Yi, et al. Development and application of digitalized intelligent concrete temperature control system for

Huangdeng Dam[ J], Water Resources and Hydropower Engineering, 2019, 50(6) : 108-114.

数字黄登大坝混凝土温控智能监控系统的

开发和应用

张 磊

1,张国新

1,刘 毅

1,郑爱武

2,迟福东S庞博慧$

(1.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室,北京100038

2.华能澜沧江水电股份有限公司,云南昆明650214)

摘要:大坝混凝土裂缝产生的一个重要原因是信息不畅导致措施与管理不到位,即信息获取的

不及时、不准确、不真实、不系统,以及温控施工过程温差大、降温幅度大、降温速率大、温度

梯度大等,这些问题最终导致混凝土裂缝的产生。为了解决上述问题,采用信息化、自动化、智

能化技术手段,结合黄登工程建设,建立了个性化理想温度控制曲线模型、温度和流量预测预报

模型、温控效果评价模型、开裂风险预警模型等在线实时分析模型;开发了全坝全过程仿真分析

关键技术与程序,以及普适、稳定和高精度的自动化监测和控制的仪器和设备;研发各软件功能

模块和子系统,并集成为一个完整的数字黄登大坝混凝土温控智能监控系统。本系统实现了海量

温控及相关要素的全面、准确、及时地自动化采集,实现了海量温控信息的自动化分析、评价和

预警报警以及干预措施决策支持,实现了全坝“无人工干预”理想化智能化通水冷却,在提高通水

冷却施工质量的同时降低了施工差错率。应用该系统对黄登水电站大坝温控信息进行动态高效地

集成管理和实时控制分析,从根本上达到混凝土温控防裂的目的,提高了黄登水电站建设质量和

信息化管控水平。

关键词:智能监控;温控防裂;数字黄登;信息化;混凝土坝

doi:

10. 13928/j. cnki. wrahe. 2019. 06. 014

中图分类号:

TV544. 91 文献标识码:

A 文章编号:

1000-0860(2019)06-0108-07

Development and application of digitalized intelligent concrete temperature control

system for Huangdeng Dam

ZHANG Lei1, ZHANG Guoxin1, LIU Yi1, ZHENG Aiwu2, CHI Fudong2, PANG Bohui2

(1. State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower

Research, Beijing 100038, China

; 2. Huaneng Lancangjiang Hydropower Co. , Ltd. , Kunming 650214, Yunnan, China)

Abstract: Combined with the construction of Huangdeng Hydropower Station, the online real time analysis models, i. e. individ­

ual ideal temperature control curve model, temperature and flowrate prediction and forecast model, temperature control effect

收稿日期:2018-11-09

基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFC0406700, 2016YFB0201000);国家自然科学基金项目

(51779277)

;中国水科院科研专项

(SS

0145B612017, SS0145B392016)

作者简介:张磊(1980-),男,教授级高级工程师,博士,主要从事大体积混凝土温控防裂、智能监控、复杂结构非线性分析和安全评估

以及高性能计算等方面工作。E-mail

: 3040252@qq.com

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evaluation model, cracking risk early-warning model, etc. are established by the technical means of informatization, automation

and intelligentization, and then the key techniques for the entire dam and whole process simulative analysis and the relevant pro­

grams as well as the universal, stable and highly-accurate instrument and equipment for the automatic monitoring and control are

developed, while all the software function modules and sub-systems are developed as well, which are integrated into a complete

digitalized intelligent concrete temperature control system for Huangdeng Dam. This system realizes the comprehensive, accurate

and timely automatic collection of massive temperature control information and relevant key factors, thus realizes the automatic

analysis, evaluation and early-warning of massive temperature control information and the decision-making support for the relevant

interventive measures, and then the idealized-intelligent no manual intervention water cooling of the entire dam is realized as

well, which does not only enhance the construction quality with water cooling, but also decrease the error rate of the construction.

This system performs the dynamic and highly-efficient integrated manage and the real-time control analysis of the temperature con­

trol information for Huangdeng Dam, thus fundamentally gets the target of temperature control and crack prevention, and then im­

proves the construction quality and informatized management and control level of Huangdeng Hydropower Station.

Keywords: Intelligent monitoring

; temperature control and crack prevention, digitalization

; informatization

; concrete dam

Huangdeng Hydropower Station

0引言

黄登水电站碾压混凝土重力坝坝体高度203 m,

最大底宽超过160 m,是目前国内最高的碾压混凝土重

力坝之一。黄登大坝具有混凝土浇筑方量大、施工强

度高、建设工期长、混凝土施工仓面大、水温和气候

条件恶劣等特点,因此坝体温控防裂难度相当大⑴。

混凝土裂缝产生的原因复杂,主要为结构、材料、施

工等方面,其中一个重要原因是传统施工方式存在信

息不畅问题,导致措施与管理不到位,即信息获取的

“四不”——不及时、不准确、不真实、不系统。此

外,设计阶段的基本资料参数有时同实际相差较大,

需要不断地对设计进行优化调整;同时,在施工阶段,

传统施工方式,施工质量往往受现场工程人员的素质

影响较大,产生与设计状态较大的偏差,导致温控施

工的“四大”问题一温差大、降温幅度大、降温速率

大、温度梯度大,最终导致混凝土裂缝凶的产生。

随着信息化技术的发展卩〜,利用智能监控技术

进行大坝施工质量、施工期运行期工作性态的监控已

成为保障大坝安全的新手段。数字黄登大坝混凝土温

控智能监控系统的实施,对黄登水电站大坝温控信息

进行动态高效地集成管理和实时控制分析,具有实时

性、连续性、自动化、智能化等特点,对大坝温控施

工过程的各个环节进行有效管理,实现施工在线实时

监测和反馈控制,可以有效地解决“四不”控制“四

大”,从根本上达到混凝土温控防裂的目的,提高了

黄登水电站建设质量和信息化管控水平。

1系统架构和主要功能

智能监控系统的构成同人工智能类似,包括 感知、互联、分析决策和控制四个部分。感知主要是

对各关键要素的采集(自动采集和人工采集)。互联

是通过信息化的手段实现多层次网络的通信,实现远

程、异构的各种终端设备和软硬件资源的密切关联、

互通和共享。控制包括人工干预和智能控制,其中人

工干预主要是在智能分析、判断、决策的基础上形成

预警、报警及反馈多种方案和措施的指令,根据指令

进行人为干预;智能控制主要是自动化、智能化的混

凝土生产系统控制,温度、湿度、风速等小环境指标

控制,混凝土养护和通水冷却调控等。分析决策是整

个系统的核心,通过学习、记忆、分析、判断、反

演、预测,最终形成决策。感知、互联和控制相辅相

成、相互依存,以分析决策为核心桥梁形成智能监控

的统一整体(见图1)。

智能监控包含了两个层次,“监”和“控”——

“监”是通过感知、互联功能对影响温度控裂、防裂

的施工各环节信息进行全面的检测、监测和把握;

“控”则是对过程中影响温度的因素进行智能控制或

人工干预。整个智能监控系统示意如图2所示,在混

凝土施工的各个环节,包括拌和楼、浇筑仓面、通水

冷却仓、混凝土表面等部位布置传感器,在坝区根据

需要设置分控站,用以搜集管理信息并发出控制指

令,对各环节中可能自动控制的量进行智能控制,各

分控站通过无线传输的方式实现与总控室的信息交

换,构成完整的监控系统。

数字黄登大坝混凝土温控智能监控系统是一个以

大体积混凝土防裂为根本目的,运用自动化监测技术、

GPS技术、无线传输技术、网络与数据库技术、信息

挖掘技术、数值仿真技术、自动控制技术等,实现温

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