大体积混凝土智能温控系统的研发及应用

2020-02-10王新刚杨润来陈智军

水运工程 2020年1期

王新刚,杨润来,陈智军

(1.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300222；2.中交一航局第一工程有限公司,天津 300456)

大体积混凝土结构由于尺寸大、导热系数低，胶凝材料水化放出的热量难以很快散失，内部升温会很高，从而引起结构变形和开裂，这是大体积混凝土结构区别于一般混凝土结构的典型特征[1]。因此，在大体积混凝土施工过程中必须对混凝土内部温度进行监测，并结合温控指标对温度变化进行控制，从而达到降低混凝土温度应力、避免或减少开裂的目的。

在新的历史时期，从精神层面上来说，难以否认的是当代中国马克思主义大众化发展离不开红色文化的支撑。这就是红色文化的产生和发展所带来的不同之处，原因就在于历史背景存在较大差异，马克思主义大众化理论的发展和创新也就意味着红色文化的发展。马克思主义在当代中国的普及，尊重人的主体地位,强调人的能动性和主动性，这些反映在红色文化的意识形态中。“马克思主义在当代中国的普及强调国际视野。学习并传播当代中国马克思主义,要求党既要有中国力量，又要有长远的世界眼光” [7]，红色文化逐渐趋于国际化的发展道路，在作用上，被赋予了新的时代特征的红色文化在推动着当代中国马克思主主义大众化的历史进程。

目前，国内大多数混凝土温度监测仪器设备能实现按预设的时间间隔自动读取并记录温度数据。但这些温度数据还是要靠人工结合温控指标来进行分析判断，再指导施工现场采取相应的温控技术措施。人工方法分析判断温度数据的方法对于一些体积不很大、温度数据也不太多的大体积混凝土工程是可行的，但对于一些特大型工程，比如港珠澳大桥[2]、深中通道等，需要分析的温度数据的量会很大，若温度数据再由人工来分析判断，可能造成数据分析不全面、不及时，还有可能因人为因素造成对温度数据的误判，给裂缝控制带来不可预见的风险。因此，有必要研发一套大体积混凝土智能温控系统，来实现混凝土温度数据的自动读取，并结合温控指标自动分析判断，然后自动发出信息提示施工现场应采取的温控技术措施以及对冷却循环水的自动控制。

针对第三次熔顶，进行了各种检测，排除了熔顶的其它因素，认为熔顶是因为活塞环与缸套拉缸造成的。而活塞缸套组件经检测均合格；活塞与缸套的装配间隙也在标准范围之内。那么问题应该出现在活塞环的装配间隙上，所以对活塞环的各种装配间隙进行了分析。

大体积混凝土智能温控系统主要包括：现场温度信息实时显示、温控技术措施提示、冷却循环水智能控制3个部分。

1 大体积混凝土智能温控系统组成

2)根据温控指标分别控制各冷却水管。冷却水智能控制程序模块根据预设的温控指标，对云服务器中混凝土各温度监测点的温度数据进行实时分析判断，对于超过温控指标的温度监测点所在位置的冷却水管发出电磁阀关闭指令。例如，某温度监测点对应的冷却水循环由小电磁阀Ka1和Kb1控制，当该温度超过温控指示时，冷却水智能控制程序模块对电磁阀控制器发出指令，关闭小电磁阀Ka1和Kb1，实现该测温点位置停止通冷却水。

1.1 现场温度数据自动采集

1)冷却循环水的定时自动改变水流方向。为了使混凝土内部温度下降较为均衡，须定期改变冷却循环水流动方向。时间间隔根据冷却水管的布置形式、冷却水流速及每组冷却循环水管长度等因素综合确定。在实际工程中也可根据监测到的混凝土内部温度下降情况改变冷却水流向的时间间隔。本系统中，冷却水自动控制程序模块按照设定时间定期向电磁阀控制器发出指令，当主水管电磁阀K1、K3开启，K2、K4闭合，实现如图4所示冷却水流动方向；当电磁阀K2、K4开启，K1、K3闭合，冷却水流动方向与图4所示相反。系统工作原理如图5所示。

深圳—中山跨江通道西人工岛岛上段主线隧道暗埋段，结构总长175 m，结构宽46.00～58.96 m，共分为4段，即CW1～CW4。采用C45混凝土。其中暗埋段CW1宽度为46.00～47.26 m，长60 m，高度为10.8 m，底板厚度为1.5 m，顶板厚度为1.6 m，侧墙厚度为1.4 m，中墙厚度为0.8 m。CW1在长度上分4段进行浇筑施工，即CW1-1～CW1-4，长度分别为：16、15、15和14 m。立面上分两步进行浇筑，CW1截面及分步浇筑如图6所示。

图1 大体积混凝土电脑测温无线通讯系统

Gray clustering evaluation of university engineering survey laboratory safety management based on COWA

1.2 现场温度信息实时显示

由图2可知，在大体积混凝土结构施工过程中，各项温度信息实时显示在页面中，一目了然、省时省力，避免了人工读取、分析温度监测数据产生的各种误差。另外，还可以在页面中大体积混凝土结构三维立体模型上点击任何一个温度监测点，来查看该温度监测点的坐标、历史温度数据及温度随时间变化曲线。

图2 大体积混凝土智能温控系统温度数据实时显示

在大体积混凝土智能温控系统中，通过编制现场温度信息实时显示程序模块，实现对云服务器中混凝土各温度监测点温度数据的检索、分析、处理，并将各温度监测点温度指标实时显示在系统页面中。混凝土结构整体温度显示信息主要有现场环境温度、混凝土浇筑温度、冷却水进口和出口温度。混凝土结构各温度监测点显示的温度信息主要有混凝土内部最高温度、混凝土表面温度、混凝土内表温差、混凝土表面与环境温差、混凝土与冷却水最大温差、降温速率共6个温度指示，如图2所示。

1.3 温度预警及温控技术措施提示

通过编制温度预警及温控技术措施提示程序模块，并预先设定温度控制指标[5]，对云服务器中混凝土各温度监测点温度数据进行检索、分析、判断，对于超出温控指标的温度监测点发出预警信息，并提示应采取的温度控制技术措施，如图3所示。可以看到，预警及温控措施提示信息简单明了，具有较好的提示作用。混凝土温控指标及超标后应采取的温控技术措施如表1所示。

我们使用了光圈优先模式，将光圈设置为f/2.8。这样可以保证背景是模糊的，而玻璃球中的景象仍然是清晰的。既然用了大光圈，ISO 100就足够了。手持拍照就可以，无须再使用三脚架。

测温系统工作原理：无线采集器将各个温度传感器的温度数据进行采集，由无线数据中继器汇总，然后发射至Internet，储存到云服务器中，温度数据可以在联网的电脑或手机客户端实时查看。

图3 预警及温控措施提示信息

表1 温控指标及温控技术措施提示信息

1.4 冷却循环水智能控制系统

通过编制冷却循环水自动控制系统程序模块，对电磁阀门控制器发出指令实现对冷却水电磁阀门的控制。冷却循环水智能控制系统主要包括如下功能：

现场温度数据自动采集采用无线通讯系统，由温度传感器、无线采集器、无线中继配器和数据传输单元(DTU)组成，如图1所示。每个无线采集器可同时连接1～8个温度传感器，传感器分辨率为0.1 ℃。

图4 冷却水循环系统

图5 系统工作原理

智能温控系统软件采用python 3.6.0[3]、java 16.0_10[4]、vs 2010等语言编写，硬件采用阵列服务器实现多任务、多线程、多用户功能。

2 大体积混凝土智能温控系统的工程应用

2.1 工程概况

科技是第一生产力这个论断，同样适用于高校的食品卫生安全管理。饮食总公司分别对食堂进行了“明厨亮灶”和“视频门禁”两个专项建设。其中，学校通过两期的“明厨亮灶”建设，共投入121万元，在12个楼面食堂共安装286个红外摄像头，实现了对2万多平方米的食堂所有加工区域进行全方位、全时段的实时监控，而且所有视频汇集到总公司中心监控室。而通过“视频门禁”建设，总公司对学校所有食堂的后厨出入通道实现全面刷卡管理。通过这种升级管理手段的办法，师生们对食堂生产加工安全方面的疑虑减少了，总公司对食堂食品安全生产内控的能力增强了。

图6 CW1截面及分步浇筑(单位： m)

2.2 温度监测点布置

暗埋段CW1为对称结构，混凝土从两侧向中间同时开始浇筑，因此只须在左侧底板、侧墙、中墙及顶板布置温度监测点即可，右侧参考左侧温度值。CW1-1～CW1-4每段分别布置24个温度监测点，每个监测点沿混凝土厚度方向布置4个温度传感器[6]。

2.3 冷却水管布置

根据施工组织设计，首先进行暗埋段CW1-1的浇筑施工，随后施工CW1-3。在暗埋段CW1-1和CW1-3均须在底板、侧墙、中墙及顶板厚度一半位置布置一层冷却水管，间距0.8 m，每个冷却水管循环长度不超过150 m，CW1-1和CW1-3均设置19组冷却水循环。CW1-1冷却水为人工手动控制。CW1-3将各温度监测点与各组冷却循环水的对应关系输入大体积混凝土智能温控系统，自动控制冷却水。CW1-3冷却水管自动控制系统实物如图7所示。

图7 CW1-3冷却水管自动控制系统

2.4 应用效果

深中通道西岛暗埋段CW1-1于2019年5月24日开始浇筑施工，CW1-3于5月31日开始浇筑施工。CW1-1采用传统的人工方法进行温度控制，CW1-3采用大体积混凝土智能温控系统。在CW1-3施工过程中，智能温控系统提示信息如图2、3所示，冷却水控制准确、及时、高效。实践结果表明，CW1-1拆模后在墙体中部出现一条较长的裂缝，而CW1-3仅有少量细小裂缝，控裂效果明显优于CW1-1。