白鹤滩特高拱坝智能建造技术实现世界引领

　　本网讯(彭宗卫 谭尧升)金沙江溪洛渡水电站建成于2014年，荣获有国际工程咨询领域诺贝尔奖之称的“菲迪克工程项目杰出奖”，这座世界第四大水电站曾经被誉为“世界上最聪明的大坝”。时隔近8年之后，白鹤滩水电站——这座以“无缝大坝”精品工程形象面世的巨型水电工程，与“聪明”的溪洛渡大坝相比，又有什么新的内涵呢?

　　据水电专家介绍，20年来，经过在金沙江下游溪洛渡、乌东德、白鹤滩等水电工程中的不断创新、探索和实践，三峡集团在遵循全面感知、真实分析、实时控制、持续优化的闭环智能建造理论基础上，形成了覆盖水电工程建设全过程的智能建造体系，解决了大型水电工程建设环境复杂、条件变化、资源流动、结构转换、性态调整等技术与管理挑战，推动和引领了水电行业智能建造技术的发展。

　　近日，为系统全面总结白鹤滩水电站工程智能建造新技术应用成果，推进国内外大型水电工程建设与管理，中国三峡集团组织张超然、钮新强、冯夏庭、许唯临等院士与专家在四川成都召开专题研讨会。专家一致认为，这是截至目前国内大型水电站智能建造涉及内容最广、研究程度最深、应用成效最显著的示范工程，为工程高标准建设与长期安全运行提供了先进的技术手段，代表了水电建设领域的最高水平，成为行业标杆。

白鹤滩水电站大坝智能建造专题会议现场

　　本文摄影：刘涛、赵洋、谢雷

　　一系列现代化新技术运用，使白鹤滩水电站工程施工管控更加缜密，质量控制更加精准，工作效率大幅提升，复杂环境下的施工安全得到保障

　　在白鹤滩大坝建造过程中，埋设了几万支传感器，如同植入大坝体内的“神经元”，全面掌握大坝施工进度、内部温度、受力状态、周边环境变化等，可以随时获得第一手信息，及时发现异常变化，迅速进行科学研判，辅助对施工进行决策，实现全面感知、真实分析、实时控制和持续优化决策。

　　三峡集团白鹤滩工程建设部技术管理人员表示，即使他们远在数千公里外的北京出差，只要接入平台端口，随时可以看见大坝的“头疼脑热”。随着人工智能技术的运用，给混凝土大坝降温和埋设水管通水冷却这些措施，通过清华大学和三峡集团联合研发的智能通水2.0系统，可以实时在线分析大坝混凝土的温度和温差变化，自行运算后，动态自动调整通水量，让大坝混凝土保持在“最舒适的换热过程”。此外，借助“北斗”系统，对工地现场的车辆和大型机械实现精确定位管理。

　　调研白鹤滩水电站工程，给中国工程院院士、四川大学常务副校长许唯临留下两个“印象深刻”。一是大坝混凝土浇筑达到每年270万立方米，月最高达到了27.32万立方米，创造了同类工程坝体混凝土最快速度、最高施工强度纪录，并且在这种高强度施工下建成了精品大坝和无缝大坝。二是对大坝智能建造印象深刻，整个白鹤滩水电站工程智能建造项目投入达1.7亿元，工作内容覆盖从施工控制到信息管理，一直到全生命周期的仿真与反馈，真正覆盖到大坝的全生命周期。

　　白鹤滩水电站在世界拱坝行业首开智能建造的先河。智能建造系统是个庞大的系统工程，涉及范围广、专业类型多，白鹤滩智能建造各个研究专题聚焦现场问题，围绕建设“无缝大坝”目标，充分发挥了“产学研用”协同创新的作用，开发了智能建造管理平台、智能通水、智能灌浆、智能振捣、性态仿真等多个系统，充分发挥现代信息技术、数据技术和通信技术作用，解决了以往靠经验、靠理论模型进行管理和分析的方式，用数据来管理驱动巨型大坝施工建设，不但项目管理水平和效率显著提升，而且建成了白鹤滩“无缝大坝”，取得了显著成就。

白鹤滩水电站智能灌浆系统局部形象

　　中国工程院院士、东北大学校长冯夏庭认为，特高拱坝施工过程中最重要的挑战是温控防裂，白鹤滩水电站工程通过构建智能通水控制体系，研发成套通水装备，实现了大坝、水垫塘与二道坝等不同水工结构的温度全过程智能精准控制。通过优化低热水泥材料，构建大坝性态仿真体系，开展大坝施工全过程温度应力动态仿真，不断优化完善温控防裂方案及措施，建成了“无缝大坝”，标志着我国已全面突破水工大体积混凝土温控防裂技术，攻克了“无坝不裂”的世界性难题。

　　冯夏庭说，白鹤滩水电站工程建设过程和蓄水以来的主体建筑物工作性态表明，白鹤滩工程开挖揭示的地质条件与前期勘察成果高度一致，重大地质问题均有预判，前期勘察工作细致严谨，大坝及地下洞室群设计合理，开挖、支护、渗控措施有效。智能建造对促进精细管理和提升大坝质量的效果显著。

　　冯夏庭还表示，下一步除了要做好白鹤滩智能建造各专题的系统总结与提炼，建议利用好已有的智能建造系统，利用好大量采集的真实数据，对数据进行充分挖掘分析，发挥好智能建造的价值，在大坝长期蓄水过程中对结构整体稳定、库区边坡等进行真实分析，确保白鹤滩大坝和水库的全生命周期的安全运行。他还建议，将已经成熟和正在研发的智能建造技术、软件系统和技术标准，逐步推广到我国高海拔地区的重大基础工程建设中去，进一步深化智能、低碳、绿色建造的相关研究工作。

　　白鹤滩水电站智能建造技术应用，为未来复杂水电工程和类似的大体积混凝土工程高质量建造提供了样板，推动我国智能建造技术上了一个新台阶

　　白鹤滩水电站工程在应用光纤温感智能监测、振捣机器人、冲毛机器人等方面取得重大突破，以及白鹤滩、乌东德水电站工程在智能建造信息化管理平台、大坝混凝土浇筑的智能仿真、低热混凝土材料和浇筑相关技术的科研应用等方面的重大技术成果,令中国工程院院士、长江设计集团董事长钮新强感到十分欣慰。

　　钮新强认为，水电智能建造技术在白鹤滩工程建设中应用范围最广、效果最好、研究最深，为未来水电工程和类似的大体积混凝土工程高质量建造提供了样板，推动我国水电智能建造技术上了一个台阶。

　　他同时建议，基于白鹤滩、乌东德水电站工程智能建造取得的成果，未来的工程数字化建设规划要向工程数字孪生技术推进，从工程规划、设计、建造到运行阶段，发挥好数字孪生的支撑作用，把工程智能建造提升到智能管理。

　　钮新强认为，工程数字孪生是真正面向工程全生命周期的，是动态的，甚至是有灵魂的。数字孪生有两个关键，一是数据感知，二是数字模型。只有实现了这两个方面的突破，才能为工程全过程智能化服务提供强力支撑。

智能大坝智能监控资料图片

　　中国工程院院士、三峡集团原总工程师张超然表示，白鹤滩水电站工程智能建造的目标就是要建成“无缝大坝”和精品工程，现在这两个目标都完全实现了。水库正常蓄水后，大坝各项参数指标都在设计可控的范围之内。白鹤滩水电站工程智能建造技术在我国智能大坝建造方面形成了崭新的体系，提升了整体建造水平，带动了水电行业健康、持续发展。

　　张超然建议，白鹤滩水电站工程智能建造的经验可以推广应用到更多水电开发项目中去，为实现“双碳”目标、促进经济社会发展全面绿色转型作出更大贡献。尤其是全坝采用低热硅酸盐水泥，为国家全面驱动低热水泥应用打开了一条很好的通道。

　　水电总院副总工程师魏志远表示，白鹤滩大坝是建在复杂地质条件、大推力作用下的高拱坝，是一座真正没有危害性裂缝的大坝。白鹤滩水电站工程建设完全做到了智能化，整个大坝最高温度控制在24℃左右，全坝使用低热水泥，加上智能化温控和智能通水，实现了全过程温度控制，温降做得特别好，这都是智能建造的突出贡献。

　　他说，我国土石坝建设管理有一个目标，就是“坝上的每一方填筑都能找到原始数据，甚至是哪一个人填上去的”。白鹤滩的智能建造数据是从混凝土拌和楼开始控制，第一仓混凝土从拌和楼出来，马上就进入控制系统。

　　魏志远认为，白鹤滩水电站智能建造主要集中在温控系统、智能通水、大坝性态控制和性态检测等技术，在此基础上未来还可以继续发展。

　　白鹤滩水电站工程智能建造技术是全面应用型的集成，成为新历史阶段的集大成者，把中国大坝建造水平提升到一个更高层次，创造了更新的筑坝技术，提升了未来大坝建造技术水平

智能大坝监控埋件安装资料图片

　　三峡集团原总工程师张为民，曾任华东勘测设计研究院院长，曾兼任白鹤滩工程预可研与可研阶段的项目经理，直至2011年调任三峡集团总工程师。调任后他又全程参与了白鹤滩工程筹建与准备工程以及主体工程的招标与建设初期的工作。他说，白鹤滩水电站工程建设初期就确立了一个重要目标，要充分吸收小湾、溪洛渡、锦屏一期等水电站工程建设的经验做法，让白鹤滩水电站工程成为新历史阶段的集大成者，真正建成中国300米级高拱坝的标志性工程。

　　三峡集团原总工程师陈文斌回忆了三峡集团智能建造技术走过的历程。他说，中国水电建设经历了从半机械化到全机械化，再到三峡工程的半信息化，直到乌东德、白鹤滩水电站工程的全信息化、全智能化建坝技术进步，标志着中国筑坝技术进入了一个全新阶段。从2014年开始，三峡集团参与规划整套智能建造系统，如今，当初规划的工作任务基本完成，达到预期目标。智能建造系统代替了很多人工，解决了新时代大量建设者参与施工如何保证施工质量和安全的问题，大量的工程验收和施工组织工作也都是在智能建造系统上完成的。

　　陈文斌认为，白鹤滩水电站工程智能建造技术有原创、也有集成应用，是全面应用型集成，它把中国大坝建设水平提升到一个更高层次，创造了更新的筑坝技术，提升了未来大坝建造技术。为什么白鹤滩大坝没有出现温度裂缝?因为实时掌握了它每个状态的性态，掌握了从拌和楼到仓面浇筑的每个力学性能，掌握了浇筑过程中混凝土料的性能。浇筑白鹤滩大坝的混凝土是有生命的，从拌和楼出来到仓面浇筑的过程，智能建造系统对它进行全程控制，对混凝土性态、固体力学和热力学、结构工作性态分三个阶段进行控制，实现了全面的信息化智能建造。

　　陈文斌说，目前中国能够检测到第一仓混凝土数据的大坝工程，只有白鹤滩水电站工程。施工过程中每一个人的签字、验收，包括混凝土从哪个拌和楼出来，甚至混凝土的配方，都能找到最原始的数据。白鹤滩水电站智能建造系统的应用，取代了一大批人工，替代了一些传统工艺流程。过去一些工程现场需要上万人，现在只有两三千人。同时，通过智能化管理，白鹤滩工程质量安全都控制得很好。

智能建造信息平台运用

　　全国工程勘察设计大师、中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司副总经理王仁坤表示，施工安全管理是白鹤滩水电站智能建造的一个重要内容。白鹤滩大坝所在地气候恶劣，地处干热河谷，夏季最高温度达到43℃，地表温度接近70℃，常年7级以上大风天气达240天，风力最大时达13级。在高山峡谷里面，在高温大风条件下，多年来总共有3000多万吨货物起吊运输，包括混凝土物料的控制、拌和、运输，还有大坝浇筑仓面的均匀上升，基本做到了有序无缝对接，没出现重大安全事故，都得益于智能建造系统。白鹤滩工程有长达200多公里的地下洞室群，还有高边坡开挖，也得益于安全智能管控。

　　王仁坤认为，智能建造的动力来源于提高效能。白鹤滩水电站依靠智能设备和智能建造，大幅提高了施工效率，既解放了劳动力，也提升了安全质量管理水平。白鹤滩水电站智能通水、智能温控、智能灌浆、智能浇筑的效果都集中体现在混凝土质量上，浇筑完成的白鹤滩大坝称得上是真正的“无缝大坝”。此外，智能装备是智能建造非常重要的一环，白鹤滩水电站开发的智能振捣和冲毛设备非常有价值，将来应该形成产业化，加以推广应用。

　　会上，专家还建议在白鹤滩水电站智能建造基础上，在未来的水电站运行维护中大力应用机器人技术，比如大坝特殊部位的检查、水垫塘抽干检修等，都可以应用一些智能技术和机器人技术，从大坝建设到电站运维形成一整套完备的智能技术体系。