一座世界上“最聪明”的大坝——溪洛渡拱坝智能化建设探秘

中国日报3月21日电（记者 吕畅）在奔流不息的金沙江畔，一座宏伟的大坝巍然屹立在峡谷之中，它不仅继三峡之后，我国第二、世界第三大水电站工程，更是世界“最聪明”的大坝，一个充满活力的 “生命体”。

今年年初，由三峡集团牵头完成的“300米级溪洛渡拱坝智能化建设关键技术”荣获国家科技进步二等奖，溪洛渡水电站随之走入公众的视野中。

“溪洛渡水电站大坝是世界上最聪明的大坝，一有头疼脑热就会及时告诉你。”中国工程院院士、三峡集团原总工程师张超然表示。

记者在采访中解到，该智能技术以混凝土浇筑、温控和基础灌浆为核心解决施工智能控制，基于物联网技术和大数据分析技术等展开系统研究，使高拱坝建造过程的管理具备数字化、信息化和智能化的“神经系统”，实现高拱坝智能管控，时刻知晓大坝的“身体状态”，真实把握大坝建设的“脉搏”。

在金沙江水电开发前线奋斗了30多年张超然曾经担任成都勘测设计研究院总工程师，亲手绘制了溪洛渡水电站的最初蓝图。20年前，他调任三峡集团总工程师，溪洛渡工程是他“最疼爱的孩子”。

张超然说，溪洛渡大坝建立了一套全过程、全方位、全时程、全生命周期的仿真系统，10年、20年，甚至100年后，都可以通过仿真计算来掌握大坝的生命。

溪洛渡水电站是国家“西电东送”骨干工程，位于四川省雷波县和云南省永善县交界的金沙江上。溪洛渡水电站装机容量1386万千瓦，在世界已建成的大坝中排名第三。溪洛渡大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高285.5米，为超高薄壁拱坝，是世界上已建成的三座300米级特高拱坝之一，也是三峡集团开发建设的首座300米级拱坝。截止2月底，溪洛渡水电站总发电量已突破1200亿千瓦时。

拱坝历来被认为是水工界最复杂的建筑物。溪洛渡大坝施工中，存在着很多在三峡、向家坝这样的重力坝施工中从未遇到过的质量和安全难题。溪洛渡特高拱坝建在长江干流上，工程具有高地震区、高拱坝、高水头、大泄流量等特点，给设计、施工、管理面临众多的世界性难题。它的地震设防标准、坝身泄洪流量、泄洪功率都位居世界特高拱坝之首，河床水文地质条件和大坝结构复杂程度也是世界拱坝之最。

同时，结合绿色环保理念，它还是世界上唯一采用地下洞室开挖料作为全坝粗骨料的特高拱坝，混凝土本体材料抗裂特性偏弱，而且河床水文地质条件极为复杂。施工中还面临着混凝土温控防裂、河床坝段弱卸荷下限岩体基础处理、扩大基础坝体结构整体安全、工程安全度汛等一系列关键技术难题。为了保证工程质量和大坝的绝对安全，在溪洛渡大坝建设之初，三峡集团就提出：依托现代化信息和管理手段，建设溪洛渡“数字大坝”工程,在此基础上结合智能化控制装置研发实现“智能大坝”建设。

所谓“数字大坝”，就是通过统一的三维系统模型、平台、接口，全面、准确、及时的采集覆盖整个大坝建设各专业、全过程的信息数据，随着混凝土大坝的不断上升，虚拟的“数字大坝”也不断成长。

“数字大坝”系统可以实现数据的查询、分析、反馈和直观展示，从而为现场参建各方提供了信息交流和现场监控的高效平台。通过登录“数字大坝”系统，建设者可以直观的了解整个现场的施工情况，对大坝施工全程监控，并根据现场存在的问题采取相应的施工措施，促进各单位协同工作、快速反应。

据三峡集团新闻发言人杨骏介绍，“数字大坝智能管理系统”的研发和应用，不仅提高了溪洛渡工程建设质量，还有效地控制了工程建设成本，仅大坝冷却用水一项就节约3000多万立方米，节约投资约5000多万元。

三峡集团副总经理樊启祥是从三峡工程建设中成长起来的水利水电专家，也是溪洛渡拱坝智能化建设关键技术创新成果的主要完成人之一。他介绍说，三峡工程的提出、论证、设计、建设、运行过程，本身就是一个伟大的创新，而智能大坝建设是未来水电发展的大趋势，溪洛渡工程引领着世界高拱坝的发展方向。

从“数字大坝”到“智能大坝”

“数字大坝”以虚拟大坝的构建为核心，主要功能是以采集、展示、分析为主，以控制为辅；随着系统开发的深入，以混凝土无线测温系统、混凝土智能通水冷却控制系统、混凝土智能振捣监控系统、人员安全保障管理系统等为主的智能控制系统相继建成，实现了信息监测和控制的自动化、智能化，完成了“数字大坝”向“智能大坝”的跨越，形成了以智能拱坝建设与运行信息化平台（iDam）为智能化平台，以智能温控、智能振捣和数字灌浆等成套设备为智能控制核心装置的大坝智能化建设管理系统。

其中，“iDam”是一个集网络、硬件、软件、项目合同各方和专家团队为一体的综合性人机交互系统，需要在坝体内埋设成千上万只温度计、多点位移计、应力计等监测仪器；需要研发混凝土施工、温度控制、仿真分析、预警预控等14个功能模块。此外，还需要布置一个庞大的覆盖全坝的信息网络。这些设备敷设就像人体的毛细血管和神经系统，将触角伸向坝体的各个部位。智能温控、智能振捣和数字灌浆等智能控制核心装置与“iDam”结合，实现现场建设状态的感知、分析、控制的智能化，这就像是给建设中的大坝装上智能大脑，可以对大坝混凝土温度控制、混凝土振捣质量、灌浆施工等实施全方位的智能监控，确保大坝在保证质量与安全的前提下高效建设。

溪洛渡大坝“聪明“在哪里？

溪洛渡大坝“聪明“之处在于，建设和管理大坝的技术人员能预知它的“头疼脑热”，能及时调整它的状态，让它始终处于健康状态。特高拱坝智能化建设，是基于物联网“全面感知、真实分析、实时控制”的闭环控制特征，围绕特高拱坝建设过程中面临的混凝土温控防裂、混凝土浇筑振捣质量、大坝基础灌浆、工程安全度汛等技术挑战，以新一代通信技术为支撑，集成物联网技术、移动通信技术、数据筛选分析技术、三维仿真技术、预警预判和决策支持技术、高精度定位技术，将筑坝技术数字化、信息化，实时感知关键控制点的工程数据，并通过业务协同一体化平台iDam，开展基于真实数据驱动的高可靠度的进度仿真和全坝全过程的温度、应力、渗流等多场耦合的坝体坝基真实工作性态仿真，进行多方案的比选和预测分析，对技术施工、工作性态、进度质量等进行实时动态分析评价，动态优化调整控制。运用成套智能控制装备和控制系统，实现了大体积混凝土施工质量的预报、预警与智能控制，混凝土通水冷却“早冷却、慢冷却、小温差”的实时、在线、个性化温控，解决了大体积混凝土施工漏振、过振、欠振等质量控制难题，并实现了基础处理灌浆抬动、压力、流量、密度的现地和远程实时监测与控制，使大坝建设过程的全程可控，从而实现拱坝建设科学有序高效。

溪洛渡拱坝智能化建设技术创新，引领水电行业由传统走向现代化、智能化。从实体大坝到数字大坝，再到智能大坝，借助现代化的信息和管理手段，溪洛渡工程建设实现了大坝建设的全方位控制与管理，在世界高拱坝建设领域居领先地位。溪洛渡工程蓄水运行后，连续3年的监测成果表明，拱坝各项指标均在设计允许范围之内，开创了智能高拱坝建设的先河。成果经鉴定委员会认为：“该成果是混凝土拱坝筑坝技术的重大创新，居于国际领先水平”。

智能大坝未来趋势

清华大学教授林鹏全过程参与了溪洛渡拱坝智能化建设项目。他介绍说，新中国成立以来，我国建坝的第一个时代是20世纪五六十年代建成的密云水库，这座人工修筑的碾压式土坝体现了很多创新。第二个时代是葛洲坝工程，从人工筑坝转变到机械施工，集中全国科研力量进行攻关。第三个时代是三峡工程建设的自动化时代，管理上、技术上都有很大提升。

“溪洛渡工程代表第四代，也是智能化建设时代，未来的第五个时代，将在白鹤滩、乌东德工程建设中体现，充分利用“互联网++”技术，真正进入建设智慧大坝的时代，” 他说。

从实体大坝到数字大坝，再到智能大坝，借助现代化的信息和管理手段，溪洛渡工程实现了大坝建设的全方位控制与管理，取得一系列重大创新成果，保证了长江干流上国家骨干工程的建设质量和安全，并为制定特高拱坝设计、施工和运行的技术规范，提供了详实的工程数据和实践经验，成为全世界高拱坝建设智能化时代的引领者。