坝料智能计量称重和加水系统的研制与应用

樊 鹏，王 宁

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概况

土石坝填筑料工程量大、种类多，传统计量方式[1- 2]，数据收集工程量大，准确性差。且上坝堆石料需进行加水作业，以提高碾压质量，常规方法是在坝面通过布设水管洒水或洒水车洒水，但会影响填筑正常进行且在洒水时与填筑施工交叉作业存在较大安全隐患。为了实现填筑坝料智能计量称重和自动加水改善填筑坝料工程特性，依托长河坝工程对相关工程技术进行研究与应用。

长河坝水电站砾石土心墙堆石坝，最大坝高240.0 m，坝顶长度502.85 m，顶宽16.0 m，河床覆盖层深约80 m，大坝总填筑方量约3 300万m3。

2 坝料计量称重系统

2.1 坝料计量称重系统介绍

传统过磅称量仅是单纯地对填筑坝料的称重数据进行记录，计量人员每班打印相应的过磅数据，并根据数据向各运输单位进行计量。计量员每次需要进行大量的分类筛选工作，施工效率低，且相关数据也仅是作为了计量依据，不能有效的进行分类汇总进一步辅助项目管理。计量称重系统主要针对大坝填筑的坝料实现称重数据的自动收集、实时传输、同步整理、以及异常数据信息预警等功能。

2.2 数据收集实时传输

传统方式需要依靠大量人员进行统计、整理才能得出受人为因素影响的数据，精确性大打折扣。通过对无线传输技术研究，使其服务于施工作业面有关的数据，进行实时的数据收集及自动化传输[3]，方便管理人员对有施工作业有关的数据及时整理归存，并以数据结合视频影像辅助指导完成有关调度施工决策等。

砾石土心墙坝填筑具有料种多、填筑量大的特点，所以地泵房面对的是繁多的运输车辆，不同地点的料源和不同位置的卸料地点，从而产生大量的过磅数据。以往的过磅数据全部依靠地泵员进行统计整理，下班后交给后方管理人员，造成数据分析的延后。为了解决这一问题，在传统过磅方式的基础上，增加了信息传输。地泵房每过一车料，信息在存储至地泵房本机上的同时发送到后方共享电脑上，称重数据传输示意如图1所示。后方管理人员可以第一时间看到过磅数据，随时对数据进行数据分析和整理，从而对出现的问题做出及时处理。

图1 称重数据传输示意

称重数据实时传输的实现，减少数据收集的中间环节，降低了可能出现错误的概率。同时在每个地磅房加装监控系统，对称重车辆和值班员双向监控。当运输车队提出称重车数有异常时，可以通过调取监控录像用于比对。

同时，独立开发相关的统计分析管理软件，通过将称重数据进行软件的统计分析，计量管理人员可以直观的对违规称重的数据进行自动提取、识别和判定，有效的避免了车辆一车多卡、循环过磅等的问题，确保了称重信息的准确性。

2.3 数据同步收集整理

系统开发前技术人员首先对计量称重涉及的运输单位、发货地点、收货地点、坝料品名的逻辑关系进行了梳理，相关逻辑关系详见图2。系统开发的目的是在图中点击关系中的任何一个点，系统会将这个点上的关联信息进行罗列。比如使用人点击了过渡料，并选取一个时间段，系统会总动罗列出该料在哪个发货地点供应了多少，在哪个收货地点接收了多少，哪家运输单位运送了多少吨和多少车。为确保称重数据的完整性，系统预留手动输入的接口，手动数据以excel表格的形式导入软件中，数据导入软件中软件自动与收集到的数据进行整合(特殊情况下需要采用手工记录的称量数据)。数据查询的条件有发货地点、收货地点、运输单位和品名，查询的要求是能按照条件查询到每天、周、月的称量车数和过磅吨位的总和。运输单位信息的录入编辑具有可修改性，可在基础数据界面进行编辑。

图2 坝料计量称重系统逻辑关系

通过开发在施工管理系统的计量管理界面可轻松的完成数据的分类汇总、统计和查询，坝料计量称重系统分类查询汇总如图3所示。

图3 坝料计量称重系统分类查询汇总

2.4 异常数据预警

研究过程中发现一开始计量称重系统由于系统本身设计存在缺陷，主要因为系统识别车辆身份是通过安装在自卸汽车的驾驶室玻璃上的无线射频卡实现的。实际操作中若一辆车同时装有2张不同的射频卡，称重系统将识别2辆车的运输重量。此外，部分路段施工中检查发现过驾驶员采取循环过磅骗取计量成果的现象。通过将称重数据进行软件的统计分析，计量管理人员可以直观的对违规称重的数据进行自动提取、识别和判定，有效的避免了车辆一车多卡、循环过磅等的问题，确保了称重信息的准确性。称重计量系统异常数据分析原理见图4。

图4 称重计量系统异常数据分析原理

异常数据分析的目的在于使用者在系统上设定标准运输时间和标准运输吨位后，系统可以自动识别收集到的过磅数据是否在正常的范围内，并对地磅的运行状态进行动态监控。主要有以下几方面要点：

(1)异常数据的分析主要是指单车运输称量数据异常的判断。使用者在系统输入标准值后，系统会根据标准值自动提取过磅数据的异常信息。

(2)系统对异常数据自动进行自动识别的同时，还能够将这些异常数据进行标识和保存。

(3)系统要有异常数据的提示功能，计量人员进行窗口对识别的异常数据进行最终的闭合管理，数据确为异常，计量员对异常数据进行删除。数据是特殊情况下造成进行闭合保存。

3 自动加水系统

3.1 自动加水系统介绍

填筑坝料补水采用坝外式加水，研究设计了一种筑坝料自动加水系统[4]，并已获得专利授权。该系统与坝料计量称重系统有效绑定使用，系统通过检测车载无线射频卡(RFID)自动识别地泵系统测得的该车坝料重量，计算出适宜加水量，并利用液体流量传感器及电磁阀控制水流开关，实现智能化加水。系统能够有效保证加水量，且实现自动控制，结构简单、安全可靠、经济。

3.2 堆石料运输车辆自动加水与监控系统应用

在土石坝填筑过程中，上坝堆石料往往需要进行加水作业。该系统通过在车辆上安装射频卡，可读取车辆编号、载重等数据，自动计算加水量，在车辆进入加水区后，读卡器根据感应的车辆信号，实现自动加水的统计，并在电子显示牌上显示需加水量、加水状态等信息，并将数据收集至中心数据库内。通过在加水管路上安装电磁阀门，可实现上坝堆石车辆自动加水与监控，并统计加水系统过车次数以及加满水次数，计算加水合格率，若加水不达标或加水未完成，司机和车辆不得离开加水区，保证施工质量。

4 结 语

坝料智能计量称重和加水系统是针对目前水利水电工程施工现状研究的，适用于快节奏、高强度的施工过程管理。通过研究形成的主要结论如下：

(1)研究搭建了坝料计量称重管理系统和自动加水系统的集成平台，协同处理施工业务。同时实现了数字化远程操控，提高了工作效率。

(2)通过对坝料称重计量系统数据的同步采集、整理与异常数据信息的预警功能的深层开发，实现了数据的实时收集与智能分析，缩短了管理路径，提高了过程管理响应速度。

(4)依托计量称重系统可进行系统反算压实方的填筑施工进度，实现了施工进度的实时过程跟踪，加强了过程管控。

(5)通过数据实时收集与整理，实现了关键数据的快速分析，更有效辅助施工质量管理。

[1] 马洪琪. 我国坝工技术的发展与创新[J]. 水力发电学报, 2014, 33(6): 1- 10．

[2] 张建栋, 雷玉霞. 浅谈大型土石坝工程的信息化称重计量[J]. 四川水力发电, 2015, 34(3): 11- 14．

[3] 孙周辉. 数字大坝系统在长河坝电站大坝工程中的应用[J]. 四川水力发电, 2015, 34(5): 139- 143+156.

[4] 李法海, 王森荣, 薛凯, 等. 一种筑坝料加水装置[P]. 四川： CN203583487U, 2014- 05- 07．