溪洛渡:智慧感知大坝“头疼脑热”

“溪洛渡大坝是世界上最聪明的大坝，一有头疼脑热就会及时告诉你。”中国工程院院士、三峡集团原总工程师张超然如此说道。

溪洛渡水电站，位于四川省雷波县和云南省永善县的金沙江下游峡谷河段，是继三峡之后，我国第二、世界第三大水电站工程。溪洛渡挡水大坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程610米，最大坝高285.5米，坝顶弧线长681.51米，拱冠顶厚14米，底厚64.04米，是300米级特高拱坝，坝高排名世界第三，为特高薄拱坝。

高难度催生数字管理

拱坝一直被认为是水工界最复杂的建筑物。而溪洛渡大坝作为混凝土双曲拱坝，这样的设计，虽然由当地水文、地质条件综合决定，却带来诸多世界级难题。

溪洛渡大坝建于长江干流，兼具高拱坝、高地震区、高水头、大泄流量等特点。其地震设防标准、坝身泄洪流量、泄洪功率均位居世界特高拱坝之首，河床水文地质条件和大坝结构复杂程度亦为世界拱坝之最，仅水推力一项，就达1400万吨。同时，它还是世界唯一采用地下洞室开挖料作为全坝粗骨料的特高拱坝，混凝土本体材料抗裂特性偏弱。由此，施工中面临混凝土温控防裂、河床坝段弱卸荷下限岩体基础处理、扩大基础坝体结构整体安全、工程安全度汛等一系列技术挑战。

为了实现对溪洛渡大坝基础处理、混凝土施工与温控过程的有效监控与管理，保证工程的质量和大坝的绝对安全，在工程建设之初，中国三峡集团就提出建设溪洛渡“数字大坝”，借助信息化手段与数字技术，优化施工管理模式。

“数字大坝”建设应运而生

“数字大坝”系统可以实现数据的查询、分析、反馈和直观展示，从而为现场参建各方提供信息交流和现场监控的高效平台。通过登录“数字大坝”系统，建设者可以直观了解整个现场的施工情况，对大坝施工全程监控，并根据现场存在的问题采取相应的施工措施，促进各单位协同工作、快速反应。

为全方位实时感知大坝各部位温度，坝体分布了2000多个仓，每仓埋有两支温度计。与此类似，坝体里还“埋伏”有2000多台其他各类监测仪器，如多点位移计、应力计等。那些的线头相当于负责肌体感应的神经元“突触”，把温度等要害数据实时传送到电脑终端，构成“数字大坝”的神经系统。

同时，为尽可能有效地采集数据，系统针对各类数据的特点，实现了多模式的数据采集手段。在溪洛渡，拌和楼的生产数据、缆机运输数据已经实现了自动采集和导入，这种方法避免了人工干预与额外操作，保证了数据采集的准确性与及时性。在大坝浇筑及温控管理过程中，有大量数据需要采用传统方法进行人工测量，借助该系统的现场手持式数据采集功能，可以大幅提高人工测量的工作效率。

“以混凝土测温为例，埋设在仓面中的大量温度计，需要使用专用仪器一一进行数据采集。借助在线式手持数据采集系统，技术人员能够对采集的目标进行统一的条码编码，实现快速扫描定位和数据的快速录入，并通过规范约束，尽可能减少出错的可能性。” 溪洛渡工程建设部大坝项目部主任陈文夫说。

除分析、查询外，系统还能通过制定各类标准与阀值，根据拟合参数预测变化趋势，来实现各种预警功能，从而实现对大坝混凝土施工的全过程控制，提高现场管理水平。

溪洛渡“数字大坝”系统的建设，解决了传统科研工作中存在的困难和不足，大坝施工期的全部第一手资料均可在第一时间从系统中获取。针对工程中存在的问题，科研单位可以及时展开跟踪反演分析，对各种可能的风险进行预测，研究成果能够及时用于指导现场施工。

从数字到智能的跨越

“‘数字大坝’，主要是指施工过程中的所有数据都能采集；而‘智能大坝’则是能对采集到的数据作分析、处理，并进行趋势判断和预测预控。”溪洛渡工程建设部大坝项目部副主任周绍武如此概括这座“聪明”大坝的智力进步。他认为，“智能大坝”的智能性主要包括四个方面――自我感知、数据分析、智能判断和自我调整。

周绍武介绍，溪洛渡“数字大坝”建设初期，系统功能主要以采集和分析为主，以控制为辅；建设中期，开始注重信息监测和控制的结合；到了后期，在自动采集的基础上，开发了以智能控制为主的多项系统，形成了以智能拱坝建设与运行信息化平台（iDam）为智能化平台，以智能温控、智能振捣和数字灌浆等成套设备为智能控制核心装置的大坝智能化建设管理系统，初步实现了“数字大坝”向“智能大坝”的跨越。

其中，“iDam”是一个集网络、硬件、软件、项目合同各方和专家团队为一体的综合性人机交互系统，需要在坝体内埋设成千上万只温度计、多点位移计、应力计等监测仪器；需要研发混凝土施工、温度控制、仿真分析、预警预控等14个功能模块。此外，还需要布置一个庞大的覆盖全坝的信息网络。

另外，周绍武还介绍道：“智能手机盯仓功能――是一个安装在智能手机上的数据采集程序，无论是在施工现场还是办公室，只要有网络，就能登录系统。监理在现场通过手机提交各类数据，管理人员在办公室就能实时了解现场的作业情况和质量安全问题。”

不仅如此，系统的智能冷却通水功能也颇具亮点。智能冷却通水系统通过预埋在混凝土里的温度计，实时掌握各部位混凝土的即时温度，系统实时读取这些温度数据，结合混凝土冷却阶段，经过计算，自动调节通水流量，让混凝土温度随着曲线发展，实现了冷却过程的完全智能化，不需要人工调整。

溪洛渡大坝“聪明”之处就在于，建设和管理大坝的技术人员能预知它的“头疼脑热”，能及时调整它的状态，让它始终处于健康状态。

溪洛渡拱坝智能化建设技术创新，引领水电行业由传统走向现代化、智能化。从实体大坝到数字大坝，再到智能大坝，借助现代化的信息和管理手段，溪洛渡工程建设实现了大坝建设的全方位控制与管理，在世界高拱坝建设领域居领先地位。