水利水电施工中现代新技术应用浅谈

2015-08-15王振鹏

陕西水利 2015年1期

王振鹏万军

（1.水利部海委漳卫南运河聊城河务局 252600 2.水利部漳卫南局德州水利水电工程集团有限公司 253000）

水利水电工程一般建设在地质环境条件较差的山区，这也为水利水电工程的施工增加了困难，对施工技术和施工质量有了更高的要求。目前，水利水电施工技术在不断的完善和进步，在一定程度上为施工质量和施工进度提供了有效地保障。

1 水利水电工程施工

水利水电工程建设是要实现对水害的防治，合理开发水利资源，并对水资源实现利用和保护。水利水电工程建设能够最大限度地进行水资源的利用，发挥水资源的作用，为人们的生活起到充分的保障作用。但是水利水电工程的工程量巨大，建设周期较长，容易受到地质、气候等环境因素的影响，并且施工人员的技术好坏也直接影响着施工的质量。因此，还应该加强水利水电施工的新技术的开发和使用，才能提高水利水电工程建设的经济效益和社会效益。

2 水利水电施工中5s技术的应用

在现代的水利水电施工中广泛运用新科技与新方法，不仅保证了工程的施工质量，同时也提高了施工的进度，降低了施工中的困难。如现代新技术GPS定位技术、GIS地理信息系统、RS遥感技术、DPS数字摄影测量系统和ES专家系统的应用。通常也将GPS、GIS、RS、DPS和ES称为“5s”技术。

2.1 GPS定位技术在水利水电施工中的应用

GPS定位技术的应用和发展是测绘定位技术的彻底变革，为工程测量提供了新的技术和方法。常规的地面定位技术如测角、测距和测水准逐渐被GPS定位技术代替。随着GPS定位技术的发展，在工程测量中有了广泛地应用，具有高速度、高精度和高效率的优势。该技术主要原理是根据测量中距离交会定点来实现的，选择测量点比较方便，并且能够全天进行观测，对数据的处理迅速，结果具有相当高的精度。在测量人员进行测量操作时，只需要对设定中、整平、量取天线高度和开机后的参数进行设定，完成后，GPS接收机就能自动进行观测数据的记录和测量[1]。某水利厅某河段进行一个检测系统的建设，该河段全长约67km，地形狭长，该地大部分属于平地，但是存在一定范围的山林，山林树木茂盛，地形比较复杂，进行人工测量不可行。为了克服复杂的地形和通透视不良的不利条件，该水利厅决定采用d级的GPS测量。GPS测量的设计，首先根据该地区的实际情况选择合适的测量精度，并将控制网设计在二级GPS网上。控制网的平均边长在1km之内，GPS接收机的精度固定误差控制在10mm之内。然后进行基准和网形的设计，在控制网较近区域设定了50个点，其中平面控制点为3个，使用4台GPS接收机进行观测，根据GPS可见预报图制定观测计划。最后，根据计划选择最佳的观测时间进行观测，并制定时间表。此外，在测量点选择时需要避开周围的障碍物和大功率的无线电发射源和高压线等干扰。GPS进行数据处理时，一般通过罗格任随机平差处理软包进行计算。

上述方法的使用很大程度上节约了测量时间，满足了精度的要求。

2.2 GIS技术在水利水电施工中的应用

为了实现对大量测量数据和测绘信息的使用和管理，可以利用GIS技术建立数据库或信息系统。通过测量数据和信息的科学储存，建立起三维数字地形模型，能够便于检索、分析和开发利用，同时也减少了劳动力，提高了数据的利用率。GIS技术在水利水电施工中的利用，实现了三维全景虚拟显示施工总布置，直接反映出各组成部分空间与时间上的关系；实现了信息查询、分析统计的可视化；清晰显示了施工的动态过程[2]。以GIS软件作为平台，建立起数字化地形和各个施工场地布置系统各部件的三维数字化模型，还可对施工所需要的混凝土的强度、砂石料的需求量、设备生产率以及人力的需求量等进行计算。在进行大坝施工时，采用GIS技术测量，可以按照施工顺序来布设平面和高程基本控制网，控制整个工程的施工放样，确定坝轴线、布设控制坝体细部放样的定线控制网，控制清基开挖的放样以及坝体细部放样等[3]。

2.3 RS、DPS和ES技术在水利水电施工中的应用

RS、DPS和ES技术在水利水电施工中的应用主要用于测绘。其中，RS遥感技术，通常通过电磁波的反射辐射、发射辐射，间接接触目标从而对其特征和特性进行传输和处理，主要用于水利水电施工中的地理信息采集，对地质情况进行调查。该技术能够进行大范围的探测，能够实时进行全天候的信息传输，资料收集方便，对地形不敏感，成图的速度较快。DPS数字摄影测量系统替代了传统的摄影测量仪器,体积较小、自动化程度高。该系统在摄影测量的过程中，融合GPS技术、三角测量、自检校光束、多片影像匹配转点和自动粗差探测等技术。该技术由于能够将数字影像自动生成空间三维表面，生成数字模型、对影像进行纠正、自动生成等高线等，因此在水利水电施工中能够极大地缩短施工周期，降低工程施工的难度，同时也保证了施工用图的实效性。

3 水利水电施工中CAD技术的应用

3.1 AtuoCAD辅助设计技术

AtuoCAD辅助设计广泛应用在各个领域，该技术具有较高的工作效率，能够加快水利水电施工的进度，提高施工的综合效率。AtuoCAD辅助设计在绘画方面不仅能够绘制工程横断面、纵断面和计算断面面积，还能够编制常用的程序，进行绘制标注和断面法开挖计算等。相对于水利水电施工中的传统计算方法，不仅加快了计算速度，还降低了计算误差，这有利于降低施工的强度和工作量，保证施工的进度和质量。某水利水电工程施工采用CAD技术对拱坝外形施工测量进行控制，其精准的绘图功能解决了不同高程放样的困难。由于首层拱圈建立在坝基础垫层上，属于平面放样，操作比较简单，因此采用CAD测绘主要运用在砌筑好的首层拱圈上，进行下一层拱圈的施工CAD测绘。首先在首层拱圈上按照1m-2m的水平间距使用油漆做编号，使用全站仪确定各个点的精确坐标，这些坐标就是这一高程拱圈的实际外轮廓线的坐标。将各点坐标输入CAD图，即可得到该层拱线圈。在实际施工中发现，拱线圈并不是刚好存在于整数倍的高程上，因此此时就必须根据设计图纸，将最接近的整数高程拱线圈进行内插，然后得到相应的设计拱线圈，通过CAD对设计砌筑线与实际砌筑线的量测获得两者之间的平面偏差。此外，为了实现对剖面径向砌筑坡度的调整，通常在坡度定形的砌层下进行数据的调整。坝体砌筑时，必须对每一砌筑高程的砌筑误差进行测定，为坝体坡度的修正提供依据。在对砌层以下进行调整前，首先需要对砌筑人员进行技术交底，然后采用CAD图形量测获得正、负误差数据，然后再根据得到的正负误差值进行坡度的调整。

3.2 三维CAD技术

三维CAD技术主要用于水电站坝区开挖、施工场地布置、拱坝建模、体形分析、电站的闸坝建模分析、三维施工仿真分析应用。通过该技术进行三维设计，能够提供空间关系，同时能够实现地下复杂地质层的分析和处理[4]。如采用CAD进行抛物线型溢流坝堰面的钢模板的制作，在采用Excel计算出抛物线的各有效点的横坐标与纵坐标之后，将坐标值导入CAD软件，从而生成可识别的点列，并按照1∶1的比例生成抛物线模型，通过打印输出制作成定形钢板模型的等比例大样图。最后根据大样图即可进行钢模板的制作。