水电站数字化管理论文范文

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1“数字化大岗山”工作开展情况

大岗山水电站大坝属特高拱坝，技术要求高、施工干扰及管理难度均较大。在施工过程管理中，大坝混凝土施工进度控制与温控防裂、大坝基础处理的管理尤为关键。为了解决上述问题，大岗山公司十分重视工程数字化建设，先后组织了混凝土缆机防碰撞系统、安全监测信息管理系统、大坝混凝土温控决策支持系统、基础灌浆工程施工监测系统、大坝施工进度仿真系统与数字监控图像信息采集系统等子系统的研发与应用。各项子系统的开发与建成投用，对大岗山工程建设发挥了重要作用。为了充分发挥系统之间的综合作用，加强工程建设的进度、质量、安全、计量等监控，大岗山公司建立了数字化系统集成平台。2013年4月，大岗山数字化集成平台建成投用，该平台以ESB服务总线为纽带，以工程建筑物信息模型为载体，整合现有的进度仿真、温控仿真、缆机运行监控、安全监测、视频监控、灌浆监控等六大业务子系统及混凝土生产等专项子系统，实现了对大坝混凝土关键施工与温控过程、灌浆施工过程的综合管理与分析，以及对安全、质量、进度、工程量等施工过程的全面掌控，确保了工程全方位处于可控、在控状态。

1．1大坝施工管理数字化

1．1．1安全管理(1)缆机防碰撞系统。大岗山水电站大坝主体工程施工需用混凝土量322万m3，钢筋制安量3．5万t，模板周转量1．5万t，其他辅助材料4．3万t。坝体施工的主要吊装设备为4台平移式缆索起重机和4台塔式起重机等设备。这些设备布置在狭窄的施工场地上，工作范围彼此重叠，为了防止大坝施工现场施工设备的碰撞，避免由此产生的事故对人员、设备的伤害及施工进度的影响，大岗山公司于2013年5月开发建设完成一套大坝施工设备防碰撞预警系统。该系统可实时地自动检测各施工设备及其相关部件(如臂架、塔架及吊钩等)的位置、运动方向和速度，将采集到的信息通过无线网络传输给基站;在基站经过防碰撞算法的分析和计算，得到各施工设备的空间位置(包括臂架、塔架和吊钩等)及其运动趋势，若设备间相互距离过近并存在碰撞的可能时，基站通过无线网络将相应碰撞信息发送给相关设备;碰撞信息通过安装在各设备操作室的工业用平板电脑实时显示，提醒可能发生碰撞设备的操作人员采取相应措施提前避让，避免碰撞事故的发生。大岗山大坝施工设备防碰撞预警系统自投入运行以来，报警准确及时，系统涵盖的设备之间从未发生过碰撞事件。(2)缆机远程监控系统。为采用最快捷的方式对缆机设备进行维护，减少维护时间，缩短故障停机时间，大岗山公司与杭州国电大力机电工程有限公司于2012年4月开发建设完成缆机远程监控系统。该系统通过网络将4台缆机运行的所有参数实时传输到杭州国电大力机电工程有限公司，工作人员在办公室就能实时了解4台缆机的位置、起吊重量、运动方向、速度和电气等运行状态。当发生电气系统故障时，系统可通过检阅故障代码作出判断，在系统恢复时直接对系统参数的设置进行调整。厂家技术人员通过远程监控系统可及时发现产生问题的原因，弥补缆机现场维护专业技术力量的不足，通过电话指导将故障设备的处理方案及时通知现场维护单位，从而极大地缩短设备维护和故障检修停机时间，提高了设备工作效率。

1．1．2质量管理(1)拱坝施工期温控决策支持系统。大岗山水电站大坝混凝土标号高，水泥水化热大。浇筑仓达1700多个，设计埋设传感器2000多支。根据拱坝的结构要求，横缝须接缝灌浆，以形成拱圈受力，拱坝温度控制的难点和重点是控制最高温升和降至封拱温度，需要一期冷却、中期冷却和二期冷却3个过程才能降至接缝灌浆温度。整个温控过程历时120d，且日降温速率都有严格的要求，一旦超标极有可能产生温度裂缝，所以，大坝混凝土温控工作难度大，工作量大，过程控制风险大。由于传统的测温方法采集效率低、数据的实时性差、人为干扰因素多，因此无法满足大岗山水电站精细化的温控管理需求。拱坝施工期温控决策支持系统由武汉大学于2011年5月研发投用。该系统利用物联网技术，在数据采集中应用数字化方法，提高数据采集的效率、及时性与准确性，避免了传统作业方式带来的弊端。系统中应用的数字温度计+数字温度采集器+数字化温控管理平台的组合方案，实现了大坝混凝土数字测温。该温控决策支持系统能够记录混凝土从生产、入仓、浇筑乃至后期养护全过程中的温度数据，形成每一仓的温度检测统计数据，包括出机口温度、入仓温度、浇筑温度、最高温度、环境温度等。该决策支持系统能够展示每组数据平均值、最大值和最小值，通过对比标准，计算出合格率，也可以记录各仓各支温度计的实时温度信息，绘制各仓平均温度变化曲线及单支温度计变化曲线，还可以记录每天的气温监测数据，统计每日监测次数、平均温度、最高与最低气温及最大温差，并在图表中绘制气温曲线，包括日平均温度曲线和日最大温差曲线。(2)拌和楼运行监控平台。拌和楼运行监控系统由武汉英思科技公司于2013年4月研发投用。该监控系统通过与拌和楼生产系统的数据接口，可以实时采集拌和楼生产数据和配合比信息，主要内容包括:拌和楼编号、生产时间、总方量、使用部位、设计配合比、生产配合比、操作员等。通过对拌和楼信息的采集，可以实时跟踪了解每一盘混凝土的拌和生产情况，分析其配合比水平;从拌和设备的维度分析拌和楼的出力情况;从时间维度分析拌和楼的生产强度(可间接分析出浇筑强度);从施工部位温度统计混凝土的方量。

1．1．3进度管理(1)大坝混凝土浇筑施工进度仿真系统。大岗山大坝混凝土月最高浇筑强度为13．5万m3，工期紧、施工强度高、制约因素多，譬如，相邻坝段高差不能超过12m，最大高差不能超过30m，坝段悬臂高度孔口以下部分不能超过60m，孔口以上部分不能超过45m，另外，深孔坝段结构异常复杂，钢筋制安量非常大，异型结构多，备仓进度慢。为了解决上述施工管理过程中遇到的各种问题，协调各个施工部位合理施工，紧密衔接各种工序，保证大坝各坝段连续、均衡上升，大岗山公司委托天津大学开发了大坝施工进度仿真系统(DGS－DamSim)，并于2012年6月投入使用。该子系统主要包括九大模块，即施工参数模块、仿真计算模块、对比分析模块、图形显示模块、数据输出模块、实际进度模块、信息查询模块、数据库管理模块及帮助模块。该系统支持坝体动态分层分块、大坝施工过程动态跟踪、实时仿真计算、施工进度预测分析与预警、大坝浇筑进度计划制订等功能。结合“数字化大岗山”集成平台，系统可提供大坝基础定义及现场的实际施工进度数据，并依此来综合仿真分析大坝的施工进度计划(浇筑、接缝灌浆等)，提供并验证综合施工计划方案，指导长、中、短期施工计划的制订。最终将大坝施工进度仿真计划在系统中予以，为工程管理决策以及施工提供了有力支持。(2)视频监控系统。视频监控系统由四川能信科技有限公司研发，已于2012年6月投用。该系统总共布置10个监控点位，各监控点将监控到的图像信息通过光纤网络远程传入数字化监控系统，经过数据转化后，形成的图像信息可在办公室内安装有客户端的计算机上供有关人员浏览及查询。

1．2灌浆施工管理数字化大岗山水电站基础灌浆工程中固结灌浆工程量约22万m，帷幕灌浆工程量约48万m，工程量大;河床坝段发育辉绿岩脉和承压热水，地质条件复杂，施工难度大，质量要求高，管理控制复杂。“数字化大岗山”通过搭建大坝基础灌浆过程管理系统，包括灌浆过程数据采集系统及灌浆综合管理平台，实现了与灌浆施工相关的勘测、设计、计划、施工过程、质量与成果的全面管理，提升了灌浆施工的质量与进度控制水平。

1．3安全管理数字化(1)安全监测信息管理系统。安全监测综合查询系统于2011年1月投入使用。该系统可对安全监测数据进行规范的综合统计、分析和展示，以便相关工作人员从整体的角度对大坝工程施工监测数据进行掌控与分析。综合查询系统对安全监测的数据进行分析、整理后，可在监测结果查询页面中以成果曲线图和统计报表的形式展现出来。通过成果曲线图，有关人员可以掌握大坝施工过程中温度、开合度、应力、应变、位移、稳定、渗流、渗压、裂缝等参数的变化趋势。通过安全监测信息管理系统，各类监测埋没仪器信息、监测数据与成果全部进入数据库管理，为监测信息的使用和管理提供了有力手段。

2“数字化大岗山”的工程应用成果

数字化集成平台投用后，整合了各个专项系统资源，充分发挥了作用，实现了安全、质量、进度、计量等的全面有效管理。(1)大坝施工温控管理。目前，大坝混凝土施工期温控决策支持系统已在业主、设计、长江委大岗山大坝工程监理部、葛洲坝大坝项目部、中水八局大坝项目部等单位安装运行，且系统运行正常，每日温控数据按照规定时限录入，对已浇筑的1000多仓大坝混凝土，录入各仓21项关键温控数据共400余万条，发送温控预警短信近2400次，提供各类仿真分析报告360余份。混凝土的浇筑温度合格率、最高温度合格率与日降温合格率从一开始的不足85%提升到95%以上，有效地防止了大坝危害性裂缝的产生。(2)大坝施工进度管理。大岗山水电站大坝施工总进度仿真计算及年、月度计划进度编制全部借助大坝施工进度仿真系统进行，编制效率提高了50%以上，编制过程充分考虑了季节、资源、工序之间的干扰与制约等因素，计划编制的科学性大大提高，实际浇筑情况与计划的符合率在90%～110%之间。大岗山水电站大坝工程开工以来，每年均圆满地完成了上级单位设定的进度节点考核目标，这与大坝施工进度仿真系统的开发与应用密不可分。(3)灌浆管理。固结灌浆和帷幕灌浆涉及的所有廊道、单元、孔、段的设计信息及相关工序记录及成果全部纳入到系统平台中管理，实现了施工各个工序的实时跟踪记录。大岗山公司、监理单位可以及时有效地对整个施工过程进行实时监控、浏览、查询，实时完成资料汇总、统计、分析、整理和成果输出，完全满足竣工资料成果整理的要求，相关工作量减少80%以上。系统可实时掌握施工过程中出现的异常情况，并通过预警设置，将灌浆参数或设备异常等信息以短信形式发送至用户手机，有效降低了过程质量风险;统筹管理了灌浆各个过程，包括材料核销、物探监测、灌浆进度及成果的三维形象化展示和成果评审，保证了帷幕灌浆施工的质量、进度与计量的准确性。(4)安全监测信息管理。截至2014年2月，大岗山水电站工区安全监测工程共安装监测仪器2305支(套)，仪器完好率为96．70%。大岗山公司、安全监测中心、监理及各监测施工单位等可通过安全监测信息管理系统对安全监测数据进行查询、对比分析、变化趋势研判、整编汇总、观测过程线绘制等方面的操作，大幅度提高了工作效率。(5)视频监控系统。在大坝混凝土施工管理中，数字监控图像信息采集系统可实现浇筑过程的实时监控和影像记录，管理人员通过网络即可在线了解现场浇筑仓的设备、人员、材料布置、施工、异常情况，为实时管理提供支持。同时，相关管理人员可通过数字化集成平台进行录像回放、定时录像(工程管理员可以设定时间段对监控前端的某个摄像机的图像进行定时录制)、备份等操作。通过对视频录像的截取以及后期剪辑，为每个仓面的浇筑过程生成一个影像视频档案，统一存放，可随时调阅，为历史过程分析提供支持。(6)缆机监控系统。缆机监控系统包括缆机远程监控系统、缆机防碰撞系统。防碰撞系统通过实时计算出各设备固定及运动部件(如塔架、臂架和吊罐等)的相互位置关系，根据各设备有可能发生碰撞的距离，综合考虑设备的制动距离和安全裕度，判定是否需要发出警示及警示的级别，并存储较长时间内的警示指令和位置信息备查，同时提供相应的历史状态回放和事故分析等功能，有效防止安全事故发生，提高生产效率。远程监控系统通过无线通讯网络对缆机进行远程诊断和监控，实现与现场完全同步、实时的图像效果，可使厂家技术人员实时了解缆机运行状态，当电气系统发生故障时可通过检阅故障代码作出判断，通过电话对现场进行指导，一般电气故障可在10min内将问题处理完毕，在系统恢复时可直接对系统参数的设置进行调整，从而极大地缩短设备维护和故障检修停机时间。

3结语

按照中国国电集团公司“精细化、专业化、标准化、数字化”的要求和国电大渡河流域水电开发有限公司“夯实基础、弥补短板、打造亮点、创建标杆”的管理提升路径，充分吸取国内大型水电工程数字化管理方面的先进经验，大岗山水电开发有限公司建成了大岗山水电站大坝混凝土拌和运行监控系统、大坝混凝土温控仿真决策支持系统、大坝施工进度仿真系统、大坝缆机远程监控系统、大坝缆机运行防碰撞系统、三维可视化摄像系统、灌浆过程实时监控系统、大坝施工期安全监测系统综合数字化集成管理信息平台，可对大岗山工程建设进行全方位的数字化管理，是目前国内为数不多的数字化管理的先行者。经过近2a的运行实践证明，该系统运行可靠、科学，能很好地服务于工程建设，为工程建设顺利开展提供了有力的支持。

作者：吕鹏飞卢军单位：国电大渡河流域水电开发有限公司