光热电站大规模定日镜施工中的数字化技术应用

2022-07-06张锋凌陈杨化陈维虎冯子恒陈传琪

建筑施工 2022年2期

张锋凌陈杨化陈维虎冯子恒陈传琪

中建三局第二建设工程有限责任公司湖北武汉 430074

随着工程技术的不断发展，工程领域正逐渐呈现出项目工程庞大、设计复杂性高、协同工作难、数据量大等特点。光热发电工程的定日镜场除了有一般大型工程具有的特点外，还具有自身的一些特殊之处：第一，定日镜数量众多，坐标数据庞大，而现场施工面积广且施工节奏紧凑，从而对施工管理和组织协调的要求更加严格；第二，定日镜的各种组件繁杂，预拼装及安装过程中若稍有疏忽，都会导致严重的质量隐患和工程延误；第三，对于施工过程中每一面镜子的施工进度、施工状态及施工质量情况的掌握，是能够及时对施工资源、路径做动态整合、调配的关键。

光热发电工程定日镜场的以上3个特点，足以说明在定日镜施工过程中引入数字化技术的必要性。

1 工程概况

国外某光热光伏混合电站项目，其100 MW塔式发电区域定日镜场（图1）占地面积约800万 m2，定日镜数量达7万面，安装构件达40多万件。

图1 定日镜场效果图

每个定日镜在电站运行过程中要动态追踪太阳光并精准反射至吸热器上，因此定日镜的施工质量和安装速度将直接影响投产发电节点和发电效率。

如何快速、便捷及准确获取各个点位定日镜的安装信息，高效控制各构件的安装精度，对庞大的施工信息进行记录和传输，实时掌控各点位构件安装完成情况，为施工管理提供便捷性，最终高质、高效地完成全场定日镜安装是塔式光热项目镜场施工的关键。

通过应用数字化建造技术-镜场施工管理系统，集成大数据、物联网、无线传输以及云平台等功能，达到高效、准确、可控的项目管理实施效果。对类似的大型工程项目具有积极的借鉴意义[1-5]。

2 云平台大数据分析管理应用

通过镜场施工管理系统云平台，管理者可掌握全场定日镜的施工进度、施工状态及施工质量情况。

每片定日镜组件的安装进度、立柱坐标信息以及误差参数可随时从系统中调取，可及时发现、纠正施工过程中的错漏；同时通过系统实时进行大数据分析，生成可视化安装进度、移交情况，从而动态进行材料设备调配、施工部署及施工线路决策，解决了大规模多点安装作业管理的难题。

定日镜数量多，坐标数据庞大，近百万个数据均通过镜场施工管理系统云平台进行存储，通过云平台实现可视化管理，并可结合相关联的其他施工工序的状态和工期要求，分析确定整体施工顺序组织。

在确定整体施工顺序后，镜场施工管理系统按照施工计划陆续下发每面镜子的施工指令，该施工指令包含施工定位、构件状态等。

现场施工人员按照施工指令完成对应定日镜的施工，每完成一个步骤后就扫描对应的二维码，从而完成施工状态的反馈和收集。在施工完成后的验收流程中，也同样采用扫码的形式完成信息的集成。

相较于传统的施工组织，数字化技术的引入，带来了3个明显的优点：

1）起到了精细化控制的作用。通过给每一个施工单元下发施工指令，以达到整体施工的组织目标。细化到点，可行性高。

2）起到了决策支撑的作用。由于系统集成了项目全生命周期内的信息，故可以通过上下游的信息反推施工指令是否合理，如组装能否在施工前完成、采购能否在组装前完成等，达到支撑科学决策的效果。

3）起到了风险化解的作用。通过施工链分析，可以直观地发现施工关键线路以及上游环节的主要延误风险项，从而可以提前规避风险。

3 物联网技术应用

3.1预组装阶段物联网技术应用

塔式光热电站镜场定日镜由微型桩立柱与上部组件构成，定日镜的上部组件主要包括扭矩管与方位角驱动组件TT-AD杆、定日镜镜片组件（MA）、动力控制模组（PCM），在出厂时均印有溯源二维码标签。这些主要构件按照流水化作业的方式在车间进行预拼装，可以减少现场安装的工程量，保证施工质量（图2）。

图2 定日镜构件组成

定日镜数量众多，组装顺序按逻辑要求固定，组装时采用机械流水线、自动流水线、人工组装相结合的方法，较为复杂。而按照施工管理系统的内置逻辑要求，可以按部就班依照指令逐步完成整个预组装流程。在各组件每批次组装完成后，通过手持终端扫描组件溯源二维码，将组装信息无线传输录入镜场施工管理系统。而后期安装运营期间，可通过此溯源二维码随时调取每个构件的组装信息，实现施工全过程可追溯。

镜场施工系统的终端信息录入指令界面均已按组装安装流程进行逻辑顺序设定。输入组装信息后，系统判定前置施工任务完成，方可进行下步信息录入，规避了组装顺序错误或步骤遗漏的问题。同时，也可以和其他阶段联动：组装信息反馈至上游仓储环节，与构件出库入库一一对应；发送至下游的施工环节，组装完成的定日镜即可发送施工指令（图3）。

图3 手持端录入界面及PCM预组装手持端录入界面

3.2安装阶段物联网技术应用

定日镜上部相关构件在现场车间预拼装完成后，采用运输车将构件批量运输至现场。在各组件安装完成后，利用镜场施工管理系统，手持终端先扫描立柱二维码，定位确认身份后，再扫描组件的溯源二维码，在系统中将组件的出厂、组装及安装信息绑定于该点位立柱信息中，并上传“安装完成”状态。

从镜场施工管理系统中可查看主要构件从开始组装到安装完成的所有状态信息，简易、高效地实现了施工过程可追溯，也可通过镜场施工管理系统终端扫描构件二维码快速识别构件的信息和状态（图4）。

图4 扫描TT-AD杆溯源二维码界面

相较于传统的施工模式，采用镜场施工管理系统可快速、便捷及准确获取各个点位定日镜的安装信息，高效控制各构件安装精度，对庞大的施工信息进行记录和传输，实时掌控各点位构件的安装完成情况，为施工管理提供便捷性。

4 无线传输技术应用

若依靠传统的人工施工组织和人工测量，施工面积达800万 m2的7万面定日镜场无疑像个巨大的迷宫。

而镜场施工管理系统云平台数据与终端之间通过无线网络进行数据传输，施工过程中的数据可通过终端传输至云平台，也可通过终端查看云平台的相关数据。在现场进行安装精度调节和施工验收时，可通过移动终端的数据与现场数据无延时比对校核，简便、高效。

施工时，首先采用GPS测量仪器进行立柱测量定位，并采用长螺旋湿成孔工艺进行钻孔。将每个定日镜安装位置的相关设计信息（三维坐标、方位角、立柱长度）生成二维码标签粘贴于即将安装的立柱上，将设计信息与该立柱进行绑定。

立柱吊装前，在顶端安装差分GPS设备（图5）。该差分GPS设备（JIG）可以将立柱的三维坐标、垂直度、方位角等信息实时传送至镜场施工管理系统中，终端通过扫描二维码或输入立柱编号，可以同步显示立柱的设计信息及差分GPS测量数据，并显示出施工偏差。

图5 差分GPS设备安装

施工指令从镜场施工管理系统下发至移动终端，终端将施工参数发送至差分GPS设备（JIG）。根据JIG的实时反馈和指引，便可以快速到达指定点位。JIG将实时偏差信息通过无线传输反馈在移动终端，工程师根据移动终端上的偏差情况调整定日镜立柱的坐标、标高、方位角及垂直度至设计误差允许的范围。在浇筑混凝土前，采用镜场施工管理系统终端扫描立柱二维码获取设计及施工数据并进行复测。若复测结果数据偏差过大，则重新进行立柱调整。浇筑回填完成后，通过镜场施工管理系统终端扫码，将立柱安装完成信息提交至镜场施工管理系统平台，立柱安装工作结束（图6）。