“壩”氣十足
──強震區大崗山高拱壩智能化建設探秘
邱雲 李爽
圖為大崗山水電站高拱壩鳥瞰圖
遠眺大崗山水電站，巍巍拱壩橫貫大渡河。
這座大渡河上唯一一座超高薄壁拱壩，工程地質條件複雜，擁有世界最高的地震設防要求。如何進行設計和施
工？如何保障工程施工質量、進度、安全等目標的實現？如何控制工程投資？如何確保大壩在蓄水期間安全穩定運行？一
個個關鍵技術難題擺在建設者面前。
跟隨筆者腳步，從勘測設計角度出發，從中找尋答案。
高拱壩設計底氣從何而來
近日，中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司（以下簡稱：“成都院”）以“強震區大崗山高拱壩智能化建設”榮獲中國電力科學技術進步二等獎。這個以服務全球清潔能源與基礎設施、環境工程建設的企業，在中國水電建設史上創造了諸多奇蹟。
在這個集體中，走出了中國工程院院士，走出了中國勘測設計大師，走出了一大批代表我國水電設計最高水平的專家。
人才輩出的背後，離不開一個個中國紀錄和世界紀錄工程的歷練。在祖國水能富足的大江上，他們設計了中國第一座200米級高拱壩二灘水電站，這座上世紀投產的中國最大水電站，讓世界開始驚訝中國的水電設計和建設管理水平；成功設計了壩身洩量最大、地下洞室群系統最複雜的高拱壩溪洛渡水電站；成功設計世界難度最大、最大壩高305米的世界第一高拱壩錦屏一級水電站；也完美設計了經受汶川特大地震、仍然巋然屹立的世界最高碾壓混凝土拱壩──被專家院士們譽為“最牛大壩”的沙牌水電站……
這些光環閃耀的水電站造就了中國一大批水電人才，也奠定了成都院水電設計的領先地位，為後來各種類型、不同規模水電站的設計做好了技術儲備。
成都院，是一個懂得傳承，也懂得發揚壯大的群體。
為了將大崗山儘早開發建設，2003年12月18日，該院原副院長、原總工程師鄭文正在前往大崗山工地時，不幸遇難，時年63歲。有著卓著業績和榮譽的鄭文正，本可以樂享天年，但退休以後他離職不離崗。在生命定格的瞬間，他的手中還緊握著記有一個個水力工程特性的工程記錄本。
為了將大崗山設計成又一經典之作，該院勘測設計者成千上萬次地調整控制拱壩體形的參數，以獲得最優體形；不厭其煩地搜索控制壩肩穩定的關鍵塊體，多方案比選以獲得最優的基礎處理方案……他們做著旁人看來再枯燥繁瑣不過的基礎工作。
他們都是大壩設計者。大壩設計的工作性質，賦予了他們科學、負責、堅韌的可貴品質。
據大崗山項目經理黃彥昆介紹，壩高210米、裝機總容量260萬千瓦的大崗山水電站，除了高地震烈度，還具有高邊坡、大型地下洞室群等工程特點，拱壩抗震安全、混凝土溫控、複雜地層灌漿等技術問題十分突出。
雞蛋，從外打破是食物，從內打破是生命。換言之，從外打破是壓力，從內打破是成長。對該院而言，迎難而上，才能實現自我蛻變，適應新的環境，迎接新的挑戰。
為了適應大崗山水電站工程建設安全風險大、質量標準高、進度壓力大、投資風險高等的需要，在業主的主導下，結合現場安全、質量、進度、投資等施工管理的重難點，建立了“數字大崗山”智能化管理系統。
毋庸置疑，大崗山工程又將是一個新的起點。
智能化設計體現在哪裡
設計是工程建設的核心和靈魂。高難度工程需要高水平控制技術和手段，該院依靠“施工仿真”，通過模擬大壩施工在水文氣象、壩體結構、施工機械、施工資源、工期規劃、施工技術要求、施工組織水平等眾多約束條件下的大壩施工全過程，研究大壩施工不同階段制約進度的關鍵因素，從而有針對性的提高施工效率、優化施工組織、糾正進度偏差。
“‘施工仿真’技術具有考慮全面、分析效率高、不干擾原型系統運行、直觀的優點。”參與研究的設計者這樣總結。
拱壩相對重力壩最大優點是混凝土用量少，但混凝土水化熱帶來的溫度控制難度依然不小。控制不當，拱壩易出現裂縫，而裂縫對拱壩的整體受力極其不利。曾有水電站因為拱壩壩身裂縫出現較多，蓄水進程一再推延。
大崗山拱壩絕對不能出現這種情況！在大崗山建設過程中，該院設計人員將混凝土壩施工仿真技術與現代築壩技術的發展、物聯網技術的研究應用、數字大壩技術相結合，針對混凝土高拱壩溫控應力的個性化控制要求和大壩不同施工階段的進度控制特點，提出了基於物聯網技術的高可靠度施工仿真技術及系統，在現代高拱壩建設過程中再次創造輝煌。
此外，成都院三維協同設計這一核心技術也派上用場。該院利用三維精確建模與地面激光掃描雷達技術開發的大崗山壩區三維地質模型，直觀而精確展示大崗山壩肩及基坑複雜地質情況，為大崗山數字大壩系統研發、大壩應力研究提供基礎模型，從而有力支撐了大崗山智能大壩的建設。
與重力壩相比，拱壩特別是高拱壩的結構、受力情況極為複雜，整個施工過程中，壩體的受力狀況都在不斷調整。這些特點，給拱壩的施工質量控制帶來很大挑戰，因此，拱壩也被認為是水工界最複雜的建築物。陸佑楣院士曾表示，“拱壩是真正培養工程師的地方。”
高混凝土壩施工過程智能控制技術的質量控制系統有了用武之地。施工質量智能控制技術，實質是物聯監控技術，採用物聯網終端設備對施工中混凝土生產、運輸、平倉、振搗過程進行精細化實時監測，進一步對影響施工質量的各關鍵控制參數進行智能跟蹤分析，及時反饋至物聯網終端設備調整施工參數，並向施工人員和管理人員發出預警，以控制工程施工質量。
在澆築過程中，該院利用溫度計、光纖測溫等手段全面瞭解混凝土溫度變化情況，利用數字大壩體系研究實施了人工智能通水冷卻降溫控溫，嚴格遵循設計要求的控制參數，確保大壩澆築至今沒有出現任何危害大壩結構安全的溫度裂縫。
專題研究論證影響顯著
大崗山距蘆山不遠，蘆山7.0級地震發生時，剛澆築完成110米的大壩安然無恙。2014年10月，大壩全線澆築至壩頂高程，一年後蓄水至正常蓄水位。截至目前，大壩已經經受過三個汛期的考驗。無疑，大崗山的設計是成功的。
壩址區設計地震基岩水平峰值加速度為557.5加侖，高壩在水推力作用下，遇到更大的地震，能否“泰山壓頂不彎腰”呢?
該院開展了專題研究論證。對比選出的拱壩體型，考慮各種影響因素的三維非線性有限元動力分析和三維整體動力模型試驗，結合高壩抗震設計要求及工程類比分析，綜合評價大壩抗震能力。
大崗山設計總工程師邵敬東介紹，針對工程“三高一大”的特點，經過和業主及相關科研單位開展大崗山智能化課題研究，為國內外水電工程施工，尤其是為高地震烈度地區高拱壩智能化施工積累了可靠的大數據和豐富的管理經驗，具有極高的參考價值。
──強震區高拱壩施工關鍵技術研究。研究拱壩混凝土、灌漿施工關鍵技術，對砂石骨料生產、混凝土製備、運輸、澆築、養護，灌漿試驗、施工、檢測、驗收標準等進行深入研究，通過創新施工方法、改進施工工藝，從而保證工程建設順利進行，同時也推進了拱壩施工技術的發展。
──大數據智能化管理。開發“數字大崗山”系統，構建纜機防碰撞、混凝土溫控決策、大壩進度仿真、視頻監控、
灌漿監控、拌和樓監控以及安全監測等七大子系統，實現拱壩混凝土、灌漿以及安全監測數據的採集、處理；在此基礎上開發一體化管理平臺，實現對數據的查詢、分析、統計。
──通過技術上與管理上創新性研究，從而實現了高標準建設高拱壩的目標。技術上對當前拱壩建設關鍵問題進行了深入研究，研究採用了大量新技術、新工藝；管理上引入高科技、智能化軟硬件設備，收集施工過程中關鍵數據，實時跟蹤、反饋、分析，科學指導工程施工，實現大型水電工程大數據智能化集成管理。
研究的最終目的，是指導實踐和提供借鑑。研究成果實現了大崗山水電站高效快速施工，直接經濟效益1.93億元，其中纜機防碰撞等技術應用在藏木等水電工程中並取得顯著效果，為峽谷地區大型水電工程的建設提供了工程借鑑和實例；獲得國家專利7項，發表相關論文數11篇。
這些成果，是在“啃”著大崗山關鍵技術“硬骨頭”的過程中，總結與提煉出來的。繼大崗山水電站後，該院又在開展葉巴灘、孟底溝水電站兩座200米級高拱壩設計。不難想象，大崗山的成功，將大大指導今後高拱壩的建設，進一步提升該院在水電設計中的龍頭地位，尤其是複雜高拱壩設計領域的領先優勢。
從此，大崗山大壩屹立於滾滾大江中，接受來自世界讚許的目光。
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