溪洛渡：开启高拱坝建设管理新时代

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溪洛渡大坝雄姿。

技术人员查询各部位混凝土通水降温情况。

溪洛渡大坝混凝土施工总进度计划三维展示。

3月6日，经过近十年艰苦施工，溪洛渡拱坝坝体全线到顶。这是中国三峡集团开发建设的首座300米级高拱坝，它的建设，将为集团公司后续水电项目开发建设提供重要的技术、管理和经验储备。

远眺溪洛渡，巍巍拱坝横矗金沙，“坝”气十足，但鲜为人知的是，开工之初，对于如何保证溪洛渡特高拱坝的建设质量，不少人存有疑虑，业界也并不看好。正是在这样的环境和背景下，中国三峡集团依托现代化的信息和管理手段，通过打造“数字溪洛渡”工程，实现实体大坝和数字大坝同筑，不仅有效解决了高拱坝施工建设的诸多难题，保证了蓄水、发电目标的顺利完成，更促进了工程施工效率和管理水平的极大提升，开启了高拱坝建设管理的新时代。

高难度工程需要高水平管理

溪洛渡大坝为混凝土双曲坝，坝顶高程610米，最大坝高285.5米，为超高薄壁拱坝，工程地质条件复杂，施工与质量控制难度大。这是中国三峡集团开发建设的首座300米级拱坝，在此之前，集团公司并没有同类工程的建设经验。

尽管集团公司开发建设的世界水电“翘楚”——三峡工程已经高质量完成主体建设任务，并安全高效投入运行，但在复杂的高拱坝施工领域，集团公司技术、管理和经验的储备仍是“白纸一张”。溪洛渡工程规模巨大，举国关注，如何保证工程的建设质量，不仅业界普遍关心，更是集团公司必须回答的问题。

记者在采访中了解到，与重力坝相比，拱坝特别是高拱坝的结构、受力情况极为复杂，整个施工过程中，坝体的受力状况都在不断调整。这些特点，给拱坝的施工质量控制带来很大挑战，因此，拱坝也被认为是水工界最复杂的建筑物。中国工程院院士陆佑楣曾经表示：“拱坝是真正培养工程师的地方”。

拱坝自身的特点决定了溪洛渡工程的建设难度之大，而工程自身的实际情况，让建设者身上本就不轻的担子又重了几分。据溪洛渡工程建设部副主任周绍武介绍，溪洛渡大坝的自身体积收缩变形、混凝土刚性、徐变等力学指标都不理想，对大坝抗裂不利。因此，曾有专家断言：“溪洛渡大坝浇筑之日，就是混凝土裂缝出现之时”。

混凝土裂缝是水电工程的一大“重症”。在世界水工界，一直有“无坝不裂”的说法。导致大坝混凝土开裂的原因有很多，其中最主要的原因是混凝土水泥水化热引起的内部温度变化和温控措施不当。然而，三峡三期工程却成功创造了混凝土大坝无裂缝的奇迹，被已故水电专家、两院院士潘家铮誉为“创造了奇迹”。这说明，只要施工质量控制好，大坝混凝土裂缝是可以避免的。

为了实现对溪洛渡大坝基础处理、混凝土施工与温控过程的有效监控与管理，保证工程的质量和大坝的绝对安全，在工程建设之初，中国三峡集团就提出建设溪洛渡“数字大坝”，借助信息化手段与数字技术，优化施工管理模式。

透视“数字大坝”

记者在采访中了解到，溪洛渡工程“数字大坝”系统是中国三峡集团结合工程建设实际，按照建设“数字溪洛渡”的目标开发的。其目的是对混凝土基础处理、施工、温度控制的数据进行全面的收集、整理、分析、展示和共享，为施工管理提供决策、管理依据，并对现场的施工质量进行分析和评价，及时对生产数据进行有效分析和预警，从而全面提高施工过程控制水平，保证工程质量。不仅如此，系统还能将收集的数据及时反馈到相关科研单位，由这些单位根据相关数据，对混凝土应力状态和开裂风险进行全面分析，并提出合理的处理措施。

“‘数字大坝’的作用，归根结底就是把施工过程、参数进行收集，并按一定逻辑关系进行处理，最后进行评估、预警。同时，提供大量的施工和工程数据给科研院所进行仿真分析，从而指导生产。”溪洛渡工程建设部大坝项目部主任陈文夫介绍说。

2008年5月，由溪洛渡工程建设部主导的溪洛渡“数字大坝”系统建设工作启动，同年10月，系统初步上线；2009年9月，一期项目完成终验；截至目前，系统基本建设完成，初步实现了大坝施工监测与仿真分析的设想。该系统作为一个开放的信息管理平台，具有较强的兼容性，为国内水利水电工程科研攻关和创新提供了一个良好的基础平台。

记者从“数字大坝”系统开发商武汉英思公司了解到，通过混凝土浇筑、温度管理、灌浆、金结等13个模块，系统建立了一个统一的施工过程综合数据采集与分析平台，可以结合各个施工任务的特点与管理要求，有针对性地实现数据采集、管理与分析功能。同时，将各个工序的成果进行集成分析与应用。该系统覆盖了溪洛渡大坝施工的全部范围，为溪洛渡工程精细化施工提供了重要保证。

 海量数据为工程质量“把脉”

“数字大坝”建设为溪洛渡工程带来的最直接效益，建立在其强大的数据采集和反馈能力上。

 在大坝混凝土浇筑过程管理中，有大量的数据来自于生产、施工一线。为了实现有效的数据采集，系统通过建立施工区的无线网络覆盖、采用专用数据采集设备，实现移动式的数据采集模式。大量的生产数据特别是混凝土温控的相关数据，在现场测量、采集后，可快速反馈至后方生产管理部门，以便及时分析。

 溪洛渡工程规模大，各类生产数据内容庞大，采用传统的桌面数据录入模式，不仅费时费力，还存在数据准确性低、及时性差等问题。为尽可能有效地采集数据，系统针对各类数据的特点，实现了多模式的数据采集手段。在溪洛渡，拌和楼的生产数据、缆机运输数据已经实现了自动采集和导入，这种方法避免了人工干预与额外操作，保证了数据采集的准确性与及时性。在大坝浇筑及温控管理过程中，有大量数据需要采用传统方法进行人工测量，借助该系统的现场手持式数据采集功能，可以大幅提高人工测量的工作效率。

 “以混凝土测温为例，埋设在仓面中的大量温度计，需要使用专用仪器一一进行数据采集。借助在线式手持数据采集系统，技术人员能够对采集的目标进行统一的条码编码，实现快速扫描定位和数据的快速录入，并通过规范约束，尽可能减少出错的可能性。”陈文夫说。

溪洛渡“数字大坝”系统的数据采集，不仅实现了对主要施工任务的全覆盖，还能对提取的数据进行汇总、综合，以便各方共享和查询。

“原材料到拌和楼，到水平、垂直运输，再到仓面振捣、温控，在国内外，没有哪个大坝像溪洛渡这样，拥有如此丰富的数据。2013年三峡枢纽工程质量专家组到溪洛渡检查指导工作，认为：“应用现代科技，在溪洛渡拱坝数字建设、智能化建设方面有所突破，开创了我国智能高坝建设的先河……最大坝高285.5米的高拱坝到目前为止基本无裂缝，这是了不起的成就”。

 这些海量的监测数据不仅保证了工程施工的顺利进行，还能在今后的运行中继续发挥作用。通过“数字大坝”系统，建设者掌握了工程全生命周期的各类数据，这些数据将为工程将来长期运行提供重要参考。

施工决策的可靠助手

强大的数据采集能力只是“数字大坝”系统诸多优势的一个方面，该系统对溪洛渡工程建设的直接保障作用体现在，它能对采集的各类现场数据及时通过科学、直观的模式进行汇总、分析与展现，实现综合查询，将现场记录数据转变为有用的信息，为施工决策提供详实可靠的数据依据。

借助二维图表与三维可视化相结合的数据查询与分析模式，系统解决了繁杂的数据采集、统计和分析工作；同时，使得现场生产数据及时准确、完整真实地反馈到管理层，使各级管理人员能迅速、准确地掌握到第一手数据资料，及时了解现场生产情况，并为决策层提供准确、及时的数据和辅助分析，为有效指导管理施工奠定基础。

 “‘数字大坝’建设是对人员思维和管理的一大突破，通过它的建设，我们有效地规范了现场施工管理的业务流程，提高了管理效率，实现了项目管理的精细化。”周绍武表示。

“数字大坝”系统的应用，大大减轻了施工和监理单位的日常工作压力，为其管理带来了便利，赢得了参建各方的广泛好评。多年的运行实践表明，该系统在溪洛渡大坝施工管理过程中充分发挥了作用，有效地服务于各级管理层，应用非常成功。

除分析、查询外，系统还能通过制定各类标准与阀值，根据拟合参数预测变化趋势，来实现各种预警功能，从而实现对大坝混凝土施工的全过程控制，提高现场管理水平。

不仅如此，系统还能借助仿真分析，科学地指导施工。以往，科研单位需要派专人前往工地收集资料，由于现场资料大都缺乏统一的协调管理，资料收集难度很大，而且往往存在缺失等现象，这使得科研工作难以在第一时间展开，从而失去了即时指导现场施工的目的。溪洛渡“数字大坝”系统的建设，解决了传统科研工作中存在困难和不足，大坝施工期的全部第一手资料均可在第一时间从系统中获取。针对工程中存在的问题，科研单位可以及时展开跟踪反演分析，对各种可能的风险进行预测，研究成果能够及时用于指导现场施工。

从“数字大坝”到“智能大坝”

纵观溪洛渡大坝工程现场施工管理水平的发展脉络，可谓一步一个脚印，探索之路从未停止。

溪洛渡“数字大坝”建设初期，系统功能主要以采集和分析为主，以控制为辅；建设中期，开始注重信息监测和控制的结合；到了后期，在自动采集的基础上，开发了以智能控制为主的多项系统，包括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，初步实现了“数字大坝”向“智能大坝”的跨越。

“所谓‘数字大坝’，主要指的是施工过程中的所有数据都能采集，而‘智能大坝’的定义是，我们能对采集到数据进行分析、处理，并进行趋势判断和预测预控，从而更好地指导现场施工。”周绍武这样介绍二者的特点和区别。他认为，智能大坝的“智能性”主要包括四个方面——自我感知、数据分析、智能判断和自我调整。

周绍武向记者演示了系统的智能手机盯仓功能——这是一个安装在智能手机上的数据采集程序，无论是在施工现场还是办公室，只要有3G或者无线网络，就能登录系统。监理在现场通过手机提交各类数据，管理人员在办公室就能实时了解现场的作业情况和质量安全问题。

此外，系统的智能冷却通水功能也颇具亮点。众所周知，温度裂缝是大坝混凝土浇筑的最大风险之一，处理温度裂缝，需要大量的时间、人力和资金投入。混凝土出现裂缝的原因有很多，除自身的抗裂性能外，施工中的温控措施是否得当也是关键因素。

以往，水工界往往采取人工冷却的方式来给混凝土降温，智能冷却通水系统则让这一沿用多年的传统工序实现了前所未有的革新。

据陈文夫介绍，混凝土的温度变化有其独特的过程曲线，只有让冷却温度按照这条曲线发展，才能保证混凝土的施工质量。在业界，一般采用人工控制水量、水温的方式，来保证温度曲线正常发展。智能冷却通水系统则通过预埋在混凝土里的温度计，实时掌握各部位混凝土的即时温度，系统实时读取这些温度数据，结合混凝土冷却阶段，经过计算，自动调节通水流量，让混凝土温度随着曲线发展，实现了冷却过程的完全智能化，不需要人工调整。

数据显示，截至今年3月，溪洛渡拱坝坝体混凝土最高温度的仓次符合率达到91.3%、测点符合率达到90.3%，各降温阶段的降温速率满足设计要求，混凝土实际温度变化曲线与设计温度过程曲线基本重合。

“‘智能化’是一个发展中的概念。可以预计，‘智能大坝’将是水电领域未来的大趋势。目前，我们已经在往这个方向走，可以说，溪洛渡工程引领了世界高拱坝的发展方向。”周绍武说。

两坝同筑，造就西部精品

在溪洛渡工区，“拱坝精品，西部典范”的标语分外醒目。这既是中国三峡集团孜孜以求的目标，也是溪洛渡工程建设成果的初步显现。精品、典范何以成就？两坝同筑便是响亮回答。

如前文所述，高拱坝自身的特点与溪洛渡独特的地质条件，给工程施工管理和质量控制带来极大挑战，“数字大坝”系统的开发和应用，为溪洛渡大坝混凝土浇筑质量控制提供了新的手段，提高了现场混凝土施工质量和温控水平，确保了溪洛渡工程质量、进度受控和工程自身的安全。

“溪洛渡‘数字大坝’的建设和应用，探索出一套先进的施工管理手段。代表了世界水工界最复杂建筑物管理的最高水平。”陈文夫说。

“数字大坝”的建设，开创了“4+1+3”的高拱坝建设管理新模式，业主、施工、设计、监理、科研等参建各方得以在一个平台上协同、高效地工作，这是溪洛渡自开工以来，工程建设得以顺利推进的重要原因。

溪洛渡“数字大坝”搭建的综合性技术平台，将科研单位与工程参建单位紧密集成，以溪洛渡工程建设部、成都勘测设计院、二滩国际、水电八局为核心的4家参建单位，以武汉英思公司为代表的平台设计单位和以清华大学、水科院、三峡大学为代表的3家科研单位，共同建立了“4+1+3”的合作构架，实现了产学研的有效结合，也实现了实体大坝与虚拟大坝的同筑，成为溪洛渡工程优质高效建设的坚强保障。

溪洛渡“数字大坝”的建设，强化了工程施工工艺全过程的管理，改进了大型水电工程施工现场长期存在的粗放化管理模式，实现了全方位的过程进度与质量控制。这种切实有效的管理模式及其给现场施工带来的显著变化，得到了专家的高度肯定。

水电泰斗潘家铮曾说：“溪洛渡工程建立了一套科学的、现代化的管理体系，特别是质量保证体系。这套体系使科研、设计、施工、监理在业主的统筹下分工负责，充分利用科技成果，采用新型测量仪器和设备，进行现代化、信息化的数据采集和处理，建立仿真模型，使整个工程的进展和质量完全在控，使我国高拱坝的施工管理水平又上了一个台阶。”

中国工程院院士谭靖夷评价说：“溪洛渡大坝是我所见到的国内最好的大坝，是坝工建设的艺术品。”

中国工程院院士、中国三峡集团原总工程师张超然表示：“溪洛渡大坝的建设，开创了我国300米级高拱坝建设数字化的先河。”

两坝同筑，不仅铸就了溪洛渡工程这一西部精品，也为我国水电开发积累了宝贵经验。据了解，截至目前，向家坝水电站、丰满水电站、大岗山水电站、澜沧江公司等国内多个在建和待建水电工程的同行，都先后来溪洛渡学习取经。中国三峡集团在溪洛渡开创的这一高拱坝建设管理模式，将继续为我国水电开发和能源建设提供强大动力。