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智慧創未來——勘測設計公司大體積混凝土智能溫控系統研發應用紀實
來源:勘測設計公司 通訊員:馮 盼 日期:2016-12-21 訪問次數: 字號:[ ]

  日前,錦屏一級水電站混凝土雙曲拱壩獲“最高的大壩”吉尼斯世界紀錄稱號。對于高達305米的拱壩來說,如此高度對大壩混凝土溫度控制、避免出現裂縫提出了極高的要求。葛洲壩勘測設計公司所屬試驗檢測公司研發并應用其中的智能溫控系統為控制大壩裂縫、保障大壩安全立下了汗馬功勞。

  智能溫控系統可以仿人工智能調節施工期大壩內部冷卻通水量,確保混凝土溫度緩慢勻速下降,大幅降低混凝土高溫引發的開裂危險。2014年5月,在北京舉行的科技成果鑒定會上,該系統得到了數十位行業權威的好評,中國工程院院士鄭守仁等與會專家一致認為“這套系統總體達到了國際領先水平,具有廣闊的推廣應用前景”。

  那么,這套系統究竟有什么奧秘?它的技術領先又是如何體現的?帶著這些問題,記者采訪了智能溫控系統的研發團隊。

  智能感知“冷暖”

  對混凝土壩來說,裂縫是最危險的“敵人”。大體積混凝土在凝固過程中溫度會上升至高達五十多度,繼而又會冷卻,如果對溫度不加以控制,過大的內外溫差就容易在壩體留下縫隙。數百米高的大壩背后有巨大的水壓力,可以輕易將縫隙撕裂開,危及大壩的安全。冷卻通水是解決上述問題最重要的手段之一,在混凝土內部埋設水管,通入低溫水,帶走水化熱,可以有效避免裂縫的產生。

  “隨著無線網絡和人工智能技術的發展,我們設想引進智能控制技術解決通水工作。”談及研發的初衷,試驗檢測公司總工程師、國務院特殊津貼專家譚愷炎說。

  譚愷炎還向記者展示了智能溫控系統3D演示視頻。記者看到,系統能自動感知混凝土“冷暖”,在壩體內埋設的溫度采集裝置能自動采集混凝土溫度,服務器將實測溫度與預設的混凝土溫度變化過程線進行對比,然后向無線控制終端發出通水控制指令。

  如果將混凝土看成是“人體”的話,當混凝土溫度高于預設值并有“發燒”趨勢時,系統將打開冷卻水管的電動閥通水降溫,否則關閉閥門,使混凝土在預設溫度線的導引下降至規定溫度,實現合理的溫度場分布。

  該公司副總工程師、系統通水算法發明人陳志遠介紹說,電動閥門受無線控制終端的控制,根據無線控制終端所接收的指令執行開闔操作,以此控制通水流量。

  系統將實測溫度與電動閥門的開合直接聯系起來,直接用溫度指標進行控制,省去了之前流量測量的中間環節,更加簡捷高效。陳志遠說:“系統可根據控制要求,將原有冷卻通水的閥門控制由每天一至兩次,提高到每4個小時或2小時一次,保證了混凝土內部溫度的控制質量。”

  記者了解到,在錦屏水電站壩體中埋下了四千多支溫度計,可以遠程實施溫度測量和控制。“每一天降溫幅度不超過0.5度,到中后期還要以每天0.3度進行控制。只有精確的降溫,才能真正達到避免混凝土開裂的風險。”試驗檢測公司研發工程師陳軍琪說,他還向記者展示了8條溫度控制過程線,實際溫度與預設溫度均達到了高度吻合。

  智能溫控系統開創了施工期溫度自動控制的先河,整個系統已歷經三次升級換代。令人欣喜的是,目前該系統已取得授權發明專利5項,實用新型專利11項,計算機軟件著作權4項,發表專業論文4篇。

  無線遠程操控

  長期以來,大體積混凝土施工期溫度控制從溫度采集到冷卻通水控制各個階段都停留在人工操作層面。這種模式下,作業人員每天需要往返幾次趕往現場,為到達測量點和控制點,需要在施工區域的模板和壩塊之間上下攀爬。還要對每一支溫度計進行接線、讀數和記錄,對每一根水管都需要進行流量測試和閥門調節。大壩規模越大,溫度計和水管則越多,每一輪的測量和控制都讓人筋疲力盡。

  不僅如此,面對浩繁的工作,作業人員每天長時間停留在施工區域內,經受著嚴寒酷暑的考驗和各種危險源的威脅。

  “人工測量還常常會出現憑經驗辦事的情況,存在數據真實性的問題。而且人工控制及時性差,降溫速率如果控制不好,對壩體是極大的傷害。”陳志遠坦言。

  智能溫控系統的出現,對作業人員來說是一種“福利”。它使測量和控制實現了“自動化”和“精準化”,將作業人員從繁重的勞動中解放了出來。溫控也不再是最累最危險的崗位,擁有該系統,無論身處何地,都可以通過電腦、手機等終端進行遠程操控。

  “暢享精準便捷溫控,這就是系統最大的特色。”陳軍琪說道。

  社會效益顯著

  目前,智能溫控系統已在錦屏一級水電站、大崗山水電站等重大工程中得到大面積應用,有效避免了人工操作帶來的質量安全風險,生產效率顯著提高,為施工帶來了便捷的服務。

  就錦屏一級水電站而言,作為世界上已建成的最高雙曲拱壩,它被水電界公認為施工布置難度最大,工程技術難度最大、施工環境危險最大的巨型水電站。其地質條件復雜,海拔高、晝夜溫差大,精確降溫是必須要攻克的難關。

  錦屏一級水電站進行了4.5米升層混凝土澆筑,相比于一般的3米混凝土升層來說,每倉混凝土方量增加了近2000立方米,其混凝土水化產生的熱量顯著增加,加大了溫控的難度。而且溫控作業人員要克服惡劣的施工環境進行人工測量,效果也會很差。

  在這種情況下,該公司研發團隊將該系統引入到錦屏一級水電站,混凝土按照預設溫度降低到規定溫度,不僅沒有產生裂縫,而且加快了施工進度,切實保證了工程質量。據資料顯示,該系統在大壩澆筑總體完工時間提前5個月中占有25%的貢獻率,折合經濟效益2.8億元人民幣。

  隨著大體積混凝土施工對溫度控制質量要求的不斷提高和混凝土工程施工技術向自動化、智能化方面發展,該系統將會在特大型水電工程、建筑工程、核電工程、大型民建等工程混凝土施工中得到廣泛應用,為工程質量安全保駕護航。

  科技創新是企業發展第一動力。勘測設計公司正大力推廣智能溫控等系列具有廣闊應用前景的技術,培育新業務,實現新增長,以科技創新驅動可持續發展。

 

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