预制装配式技术在鱼道建设中的应用

罗 扬，徐锦皓，王晓远

(浙江水利水电学院 建筑工程学院，浙江 杭州 310018)

随着我国水利事业的高速发展，现代水利水电工程必须贯彻与生态环境和谐共存的可持续性发展理念，因此鱼道是一项十分重要的协调水资源工程建设与生物保护关系的生态补偿工程[1-2].我国建筑业的发展已经非常成熟，正处于由传统建筑工业化向新型建筑工业化升级转变的进程中.然而，我国鱼道存在着建设和研究历史短、建设资料和经验累积缺乏等问题，并且现有鱼道数量有限且运行效果不好.

为了减小建筑业对与环境的影响、资源能源的消耗，将低碳环保和可持续发展的理念融入到工程建设中，我国正在大力推广和发展预制装配式这种能解决传统工程建设中诸多弊端的技术.由于预制装配式技术的优点明显且现有鱼道建设的问题突出，因此预制装配式技术在鱼道建设中有着非常大的应用前景，能够在鱼道工程的设计规划、建造施工、监测记录、维护管理等方面带来改变，让鱼道建设系统化.

1 我国鱼道建设存在的问题

国外鱼道建设和研究历史长，有许多成功的案例，如美国哥伦比亚河流及其支流鱼道、巴西伊泰水利枢纽鱼道及“莱茵河鲑鱼2000计划”鱼道等.我国鱼道建设和研究历史较短，从1958年首次提到鱼道的富春江七里泷水电站至今，在模型试验、鱼道建设、运行观测及过鱼效果等方面具有代表性的只有1980年建成于湖南衡东的洋塘水电站水闸鱼道.据不完全统计，我国各类水利工程已建鱼道40～60座，因为鱼道本身建设缺陷和管理不当等原因，至今正常运行的鱼道寥寥无几，绝大部分鱼道已经废弃[3].

我国鱼道建设的问题主要有以下几点：(1)缺乏正确的思想指导和系统的理论方法，对鱼道的作用和地位认识不统一、不明确，对鱼道的规划设计还比较粗略，没有完善的统一的设计规范和标准.(2)鱼道设计目标单一且结构设计上存在各种缺陷.(3)鱼道的建设缺乏基础研究和资料累积.(4)鱼道设计方式落后、施工周期长、施工材料以及施工方式不环保[4].首先鱼道的建设涉及到多个学科的交叉应用，不同领域虽然已经有对鱼类极限游速等水生物特性、水流状况等水力特性的研究[5]，但是各领域专业人士相互之间交流较少，研究工作大都还处在各自为营的境界.其次绝大多数的鱼道采用砌石或混凝土作为建筑材料，建设周期长，从开始建设到投入使用往往耗时多年，不仅影响河流的生态系统而且还影响水利枢纽的正常工作[6-7].(5)鱼道后期运行缺乏规范的管理.

2 预制装配式技术

17世纪英法等国家开始了建筑工业化道路的最初探索，20世纪50年代二战客观上促进了欧洲国家建筑工业化的大力发展，积累了大量的实践经验，并针对预制装配技术研制了成熟的行业规范和技术准则.我国开展工业化建筑的探索从20世纪70年代初起，预制混凝土构件生产经历了大发展时期.据不完全统计，到1985年全国预制装配式建筑比例已占所有建筑量的35%.

建筑工业化是以构件预制化生产、装配式施工为生产方式，以设计标准化、构件部品化、施工机械化为特征，能够整合设计、生产、施工等整个产业链，实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展的新型建筑生产方式.在工程实际建设中预制装配式技术已经得到了很好的应用(见图1).预制装配技术是建筑工业化的核心，其建筑工业化特点：建筑设计标准化、部品尺寸模数化、构配件生产工业化、施工机械装配化、结构装修一体化、拆除废件资源化和生产管理信息化.

图1 预制装配式技术的应用

近年来，预制构件的优化和新型预制构件的研究一直在稳步进行，随着我国新型城镇化的逐步推进、“一带一路”的战略实施，同时在国家和地方政府大力提倡节能减排的环境保护政策感召下[8]，我国建筑业开始迈向“新型建筑工业化”的转型升级之路，预制装配式技术将会充分发挥出优势.

3 预制装配式技术在鱼道建设中的应用

我国鱼道的建设和研究起步晚、发展慢、问题多、需求大.近年来，我国水利事业发展迅速，大力建设开发水力资源，建造了许多水利枢纽，鱼道的研究和建设刻不容缓.为了克服鱼道建设的现有问题，将建筑工业化的理念和体系应用在鱼道建设中，从而形成一套完整系统的、集数据采集—模拟实验—结构设计—建造施工—管理维护为一体的鱼道建设体系[9-10].

3.1 建立一套鱼道模数协调体系

建筑模数是指在建筑设计中，统一选定的协调建筑尺度的增至单位.目前世界上统一采用的基本模数数值用M表示，1M=1 000 mm，在它的基础上又分为扩大模数和分模数.而要实现鱼道建设的工厂预制、现场装配，建立一套鱼道部品模数协调体系是必要的.鱼道的净宽、池室尺寸、内部隔板尺寸、休息室尺寸和观察室尺寸等都是根据水生物特性和水力特性的测量数据和计算数据来设计[11]，有规可循.所以，建立一套鱼道模数协调体系对鱼道部件的生产、定位和安装、后期维护和管理，乃至鱼道部件拆除后的再利用都有重要作用.

3.2 研究鱼道结构体系、优化鱼道设计

根据世界各国鱼道过鱼效果的调查来看，集溢流堰式、潜孔式和竖缝式鱼道一体的组合型鱼道效果最好，适合的地形和鱼类最广.采用预制装配式技术的思路，可以根据已知的生物特性、水力学参数[12]、鱼道的设计条件来研究出符合鱼道建造要求的预制装配式结构体系(见图2).比如槽式鱼道的截面多是矩形或者梯形[13]，可以设计一些矩形或者梯形截面的结构，再通过多种不同结构体系的搭配来完成鱼道结构设计，大大地优化了鱼道的设计，更便于设计出不同的组合型鱼道，应用到不同的环境中去.鱼道的设计应该独立于水利工程的设计成为一类专业化的设计.

图2 槽式鱼道过鱼段结构部件

现有的绝大多数鱼道采用砌石或混凝土作为建筑材料，建设周期长，从开始建设到投入使用往往耗时多年[14].现场装配作业可以直接将设计完成的预制的鱼道各构件拿到现场安装搭建，且鱼道已经被构件化，所以现场不需要大量的现浇作业，只有少数的地方需要浇筑，能够缩短30%～70%的工期.这样既简化施工流程、缩短建设周期，还能减小施工对周围生态系统、对水利枢纽产生的影响.

3.3 健全鱼道的观测记录和管理维护体系

鱼道的正常运行离不开良好的管理和及时的维护.我国现有鱼道中正常运行数量少、废弃损坏多的原因就在于没有一个完整统一的管理体系.预制装配式技术的应用可以让后期的维护管理变得简单而有序.因为整个鱼道的设计、施工阶段被简化，鱼道的各构件也是按照规范制造的，可以在装配式部件的基础上安装或者加设出口水位流量控制调节设施[15]、补水设施、诱鱼集鱼设施、观测记录装置[16]、拦污检修设备等等设施，让鱼道更好地达到使用功能.在检修的时候不需要整条鱼道修复，只需要将损坏的部位拆除修复.整条鱼道各部品构件还可以根据不同的对象、不同的情况随时调整.

鱼道往往作为水利枢纽的附属部分，管理权属于水利枢纽，因此渔业部门和环境部门的管理要求不能落实到鱼道的运行上.应该将鱼道的管理权限划入渔业部门、环境部门或者专门设立的部门，并结合预制装配式技术制定一套完整的、系统的，集数据采集—模拟实验—结构设计—建造施工—管理维护为一体的鱼道建设流程(见图3).

图3 结合预制装配式技术的鱼道建设流程

4 结 论

随着我国建筑工业化的普及发展和新型建筑工业化的提出，传统建筑业重获新生，这给我国鱼道的研究和建设提供了许多可能和参考.虽然我国由建筑工业化向新型建筑工业化的转变还有很长的路要走，但针对我国没有完整统一的鱼道研究、建设体系，也没有规范系统的维护、管理体系的特点，应用预制装配式技术在鱼道的研究和建设上是极具前景的.这为加快我国鱼道的研究和建设，提供一条全新的发展思路.

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