浅析心墙堆石坝施工智能监控

摘 要：随着中国水电事业的不断发展和技术的不断成熟，越来越多的大型水电工程得以发展和建设。心墙堆石坝由于具有较强的经济性、安全性和较为成熟的设计、施工经验，使得其可以从众多坝型中脱颖而出。针对当前心墙堆石坝施工无法得到及时、准确、有效控制的现状，提出了心墙堆石坝施工智能监控理论，通过对施工信息的感知、分析、优化、决策和反馈，实现心墙堆石坝施工过程的智能控制，基于该理论，结合心墙堆石坝施工方案优化决策方法，研发了心墙堆石坝施工智能监控系统，为心墙堆石坝施工提供了新的控制思路和方法，使心墙堆石坝施工过程得到了及时控制，从而保证大坝建设目标的实现。

关键词：心墙堆石坝；智能监控；施工方案优化决策

大坝工程在全球水能源开发和水资源利用中发挥着重要作用。心墙堆石坝就地取材、对坝址条件的适应性好具有较好的经济性、抗震性等特点。但其施工过程十分复杂，涉及诸多施工机械和施工环节，需要对施工方案规划和坝料运输、坝面填筑两大施工过程进行控制。心墙堆石坝施工过程受到众多动态因素的干扰和多种施工条件的约束，属于典型的复杂、非线性施工控制系统。随着科学技术的发展，信息技术和计算机技术同心墙堆石坝施工控制过程有效结合，产生了心墙堆石坝施工实时监控技术，施工信息的获取变得更加高效和全面，使得管理者能够对施工信息进行及时、准确的掌握，为施工过程控制提供了有效的辅助手段，但是仍需依靠人工进行施工过程的分析、决策和执行。智能控制技术对不断变化的环境有较强的适应能力，并可对多种信息进行有效处理，从而减小不确定性，并可保证规划、生成和执行等过程的安全可靠性，从而达到预定的目标和良好的性能指标，为心墙堆石坝施工控制提供了新的思路和发展方向。

1.心墙堆石坝施工智能监控理论

随着心墙堆石坝工程的不断建设和发展，建设者已经积累了丰厚的控制经验，随着信息技术和计算机技术的发展，也为传统的心墙堆石坝施工控制提供了有力的控制方法。然而，心墙堆石坝施工控制仍面临着很多考验。因此，需要对心墙堆石坝施工控制方法进行深入的探索，对施工过程中多种参数和不确定性进行分析，探索施工规律，提高控制水平，从而实现心墙堆石坝施工智能控制。心墙堆石坝施工智能监控理论是基于“全面感知、真实分析、智能优化、动态决策、实时控制”的监控思想，集网络、硬件和软件为一体，以计算机科学、信息论、控制论和智能科学方法为基础，结合数字大坝理论、施工仿真理论，集成网络通信技术、卫星定位技术、无线通信技术、传感器技术等，在大坝施工方案规划、坝料装载、坝料运输、坝料加水、坝料卸载、仓面平仓、仓面碾压和仓面压实质量分析等大坝施工全过程中，对施工信息進行实时智能感知、分析、优化和决策，最终实现施工方案优化决策、坝料运输智能调度控制和坝面填筑智能压实控制，提高心墙堆石坝施工控制的及时性、准确性和有效性，实现大坝施工智能化控制。心墙堆石坝施工流程主要包含施工方案规划和施工方案执行两大过程。施工方案规划主要包括心墙堆石坝施工方案整体规划和施工过程仓面施工方案动态规划。施工工序主要包括坝料坝料装载、运输、卸料、加水、仓面平仓、碾压和压实质检等。因此，心墙堆石坝施工智能控制应当从上述环节和流程出发，从施工方案规划和施工工艺执行两部分对心墙堆石坝建设过程进行控制。基于此，对心墙堆石坝施工智能监控理论初级阶段的监控内容进行设计，提出心墙堆石坝施工方案优化决策方法，心墙堆石坝施工智能调度控制方法和心墙堆石坝施工智能压实控制方法。

2.心墙堆石坝施工方案优化决策方法

在心墙堆石坝施工控制中，施工方案是施工过程控制的标准，也是各项施工环节开展和执行的依据。因此，施工方案的优化决策方法在心墙堆石坝施工智能监控理论中应作为重要的控制内容进行研究。在施工方案规划中，可结合心墙堆石坝整体施工控制为目标对施工方案进行整体规划，并指导现场施工；在施工过程中，再结合现场实际施工情况对施工方案进行优化和调整，从而保证在心墙堆石坝整体施工目标的控制下的单个仓面或具体施工过程的控制。心墙堆石坝施工方案优化决策方法是指，通过采用施工仿真技术，结合智能优化方法，对心墙堆石坝分期分区施工方案进行仿真优化，实现面向设计阶段的心墙堆石坝整体施工方案制定，同时在施工过程中，结合现场实际施工参数，对施工方案的动态仿真分析和优化，实现面向施工阶段的施工方案动态控制。通过设计和施工两个阶段的施工方案联合优化控制，最大限度地保证心墙堆石坝施工控制目标的实现。其含义可以通过心墙堆石坝施工方案优化目标、优化内容和优化流程，三个方面进行分析：优化目标与心墙堆石坝施工控制目标一致，追求心墙堆石坝施工质量和进度目标的联合优化控制；优化内容主要包括心墙堆石坝分期分区施工方案仿真优化设计和施工过程中仓面施工方案动态仿真优化两部分；优化流程中，在已有现场土石方调配计划、大坝体型参数、施工设计参数、资源配置能力和环境气候参数的基础上，以仓面为分析对象，根据大坝体型参数对仓面进行流水单元施工多方案设计，并对仓面多施工方案分别进行仿真分析。

3.心墙堆石坝施工智能监控系统

基于心墙堆石坝施工智能监控理论的核心思想，结合心墙堆石坝施工方案优化决策，施工过程智能调度控制和智能压实控制方法，建设并实施心墙堆石坝施工智能监控系统。系统根据监控施工过程和内容的不同分为三大模块，六大子系统，分别为：（1）施工方案优化决策模块，包含分期分区施工方案仿真优化子系统和仓面施工方案动态仿真优化子系统：该模块的系统功能有大坝填筑工期分析、分期分区高程分析、大坝月上升高度分析、大坝月填筑强度分析、仓面流水单元优化方案优化、仓面施工机械配置方案优化、仓面施工工期优化。（2）施工智能调度控制模块，包含运输过程智能监控子系统和加水过程智能监控子系统：其系统功能是装料过程实时监控、卸料过程实时监控、道路行车密度实时分析、道路行车速度实时分析、车辆运输路径智能优化控制、坝料加水过程智能调控。（3）施工智能压实控制模块，包含平仓过程实时监控子系统和碾压过程智能监控子系统：平仓厚度实时分析和反馈控制、碾压参数实时监控、压实质量智能分析和控制、碾压参数智能优化和反馈控制。心墙堆石坝施工智能监控系统基于“全面感知、真实分析、智能优化、动态决策、实时控制”的监控思想，通过对多种技术进行融合从而完成系统构建，系统构建技术可分为信息采集技术、信息传输技术、信息分析技术、智能优化技术和自动控制技术等五大类。

4.结束语

随着中国水电事业的不断发展和技术的不断成熟，越来越多的大型水电工程得以发展和建设。本文结合心墙堆石坝施工过程中进度和质量控制研究的不足，提出了心墙堆石坝施工智能监控理论和方法，为心墙堆石坝施工进度和质量控制提供了科学的控制手段。然而，对于心墙堆石坝施工智能监控仍还需进一步的研究。

参考文献

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作者简介：

成满拴（1980.3.23-）宁夏，男，大学本科，工程师，从事施工单位项目管理工作。