裴　亮,，徐建江，何　坤，，吳震宇,，陳建康,

(1．四川大學(xué) a.水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室；b.水利水電學(xué)院，成都　610065；2. 中國電建集團 成都勘測設(shè)計研究院有限公司，成都　610072)

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高RCC拱壩施工期溫控決策支持平臺研究

裴亮1a,1b，徐建江2，何坤1a，1b，吳震宇1a,1b，陳建康1a,1b

(1．四川大學(xué)a.水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護國家重點實驗室；b.水利水電學(xué)院，成都610065；2. 中國電建集團 成都勘測設(shè)計研究院有限公司，成都610072)

混凝土高壩開裂是普遍存在的現(xiàn)象，國內(nèi)外許多混凝土壩都因施工裂縫而被迫停工處理?；炷粮邏蔚臐仓┕み^程受到自然環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式、溫控、資源等多種因素的影響，如何綜合考慮這些影響因素制定切實可行的大壩澆筑施工計劃，并在施工過程中加強對混凝土溫度和應(yīng)力的實時監(jiān)控和科學(xué)管理十分必要。混凝土高壩施工過程決策支持系統(tǒng)的研究開發(fā)，能夠為水電大壩的建設(shè)和安全提供先進的管理路徑，具有巨大的潛在效益。以立洲水電站工程為依托，研發(fā)了高RCC拱壩施工期溫控決策支持平臺，實現(xiàn)了碾壓參數(shù)、溫控信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)和仿真成果等數(shù)據(jù)信息的高效管理，大壩溫控防裂效果和趨勢的實時監(jiān)控和預(yù)測預(yù)警，以及專家遠程會商決策支持，對促進高RCC拱壩施工溫控決策支持科學(xué)化水平和確保施工質(zhì)量具有重要意義。

RCC拱壩；混凝土;溫控防裂；決策支持；預(yù)警預(yù)報

1　研究背景

混凝土高壩的澆筑施工過程受到自然環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式、溫控、資源等多種因素的影響[1-3]，實際施工時，上述因素的改變在很大程度上導(dǎo)致設(shè)計中制定的溫控和防裂效果與實際情況產(chǎn)生較大的出入。因此，有必要在拱壩施工過程中加強對大壩混凝土溫度的實時監(jiān)控和科學(xué)管理[2,4]。行之有效的方法之一就是建立一個施工期溫控管理決策支持系統(tǒng)，在施工過程中不斷對大壩溫度場及溫度應(yīng)力場進行動態(tài)仿真、實時監(jiān)控，根據(jù)工程實際條件的不斷變化，通過預(yù)測大壩溫度及應(yīng)力，對出現(xiàn)的異常情況進行預(yù)警，適時調(diào)整溫控措施,防止大壩裂縫，確保大壩工程進度與質(zhì)量。

決策支持系統(tǒng)(DecisionSupportSystem，簡稱DSS)是20世紀70年代末期興起的一種新的管理系統(tǒng),自提出以來得到了長足發(fā)展和多方面的應(yīng)用嘗試。在國外，DSS被廣泛應(yīng)用于企業(yè)、軍事、環(huán)境、能源等領(lǐng)域，在國內(nèi)的應(yīng)用也得到了迅速發(fā)展。近年來，中國水利水電科學(xué)研究院、武漢大學(xué)、天津大學(xué)和三峽大學(xué)等單位在高拱壩施工期信息管理和溫控決策支持平臺方面做了深入的工作，取得了一批優(yōu)秀成果。中國水利水電科學(xué)研究院研發(fā)的混凝土高壩施工溫度控制決策支持系統(tǒng)為大壩溫控設(shè)計、施工的決策過程提供科學(xué)依據(jù)，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于浙江寧波周公宅拱壩、安徽陳村拱壩和吉林豐滿大壩[2-4]。李洋波等[5]研發(fā)的高拱壩施工的溫控數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)包含完備的大壩施工信息和溫控信息，該系統(tǒng)已被應(yīng)用于溪洛渡等工程。常曉林[6]等基于SQL數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)的溫控支持決策平臺支持決策系統(tǒng)可實現(xiàn)各項溫控數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、存儲、查詢等功能，該系統(tǒng)被應(yīng)用于大崗山拱壩混凝土施工期溫度、應(yīng)力動態(tài)控制。鐘登華等[7-13]對溪洛渡、糯扎渡等工程整個設(shè)計施工過程進行動態(tài)可視化圖形仿真研究，其成果為大壩施工總布置設(shè)計與決策提供了一個科學(xué)、直觀的可視化分析途徑。本文依托立洲水電站工程，采用C/S與B/S相結(jié)合的模式研發(fā)了高RCC拱壩施工期溫控決策支持平臺，實現(xiàn)了碾壓參數(shù)、溫控信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)和仿真成果等數(shù)據(jù)信息的全面高效管理與動態(tài)展示，大壩溫控防裂效果和趨勢的實時監(jiān)控和預(yù)測預(yù)警，以及專家遠程會商決策支持與數(shù)據(jù)共享。

2　系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

高拱壩施工期溫控決策支持平臺是一個集監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、管理、分析，以及溫控仿真數(shù)據(jù)管理、分析，溫度及溫度應(yīng)力實測值和計算值預(yù)警預(yù)報，輔助大壩施工安全決策等為一體的大型智能程序，使得資源共享、異地辦公、協(xié)同發(fā)展成為現(xiàn)實，先進的智能信息管理系統(tǒng)和自動化技術(shù)極大地簡化了數(shù)據(jù)采集、整編、管理工作，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及可視化技術(shù)，不僅能準確高效地分析數(shù)據(jù)，而且能實現(xiàn)對工程施工全過程、全方位信息管理與分析，從而提高大壩工程施工整體管理水平，為決策層提供決策所需的準確及時的信息。

2.1研發(fā)模式

決策支持平臺系統(tǒng)主要任務(wù)是生成各種報表、圖形文件、大型專業(yè)計算程序的編譯以及網(wǎng)頁訪問，要求采用的匯編語言具備穩(wěn)定、安全的數(shù)據(jù)傳輸性；能快捷穩(wěn)定地調(diào)用其他程序開發(fā)的或計算機上已有的com組件(如：AutoCAD、word等)，從而能借助成熟的商業(yè)軟件，快速進行圖形報表的生成；能較好地實現(xiàn)Web編譯。綜上因素，微軟.NET平臺下的C#語言能夠較好地滿足決策支持系統(tǒng)對匯編語言的要求。

2.2網(wǎng)絡(luò)開發(fā)模式

綜合C/S(Client/Server)、B/S(Browser/WebServer)模式的優(yōu)劣和本系統(tǒng)的功能要求，采用C/S和B/S相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)模式，共用服務(wù)器，根據(jù)客戶端系統(tǒng)功能要求配置不同的客戶端，既能在一定程度上統(tǒng)一客戶端，減輕系統(tǒng)更新升級量，實現(xiàn)廣域資源共享，又能滿足特定客戶端事務(wù)處理功能，從而優(yōu)化了整個網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架模式。

2.3數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

數(shù)據(jù)庫語言主要有VisualFoxPro，Access，SQLServer,Oracle等。決策支持系統(tǒng)主要涉及的數(shù)據(jù)技術(shù)挑戰(zhàn)在于：數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的高度共享；工程人員、管理人員及相關(guān)專家對數(shù)據(jù)的持續(xù)訪問調(diào)用能力；實時高效提供大壩施工決策輔助數(shù)據(jù)。綜合以上因素，選用SQLServer2008為數(shù)據(jù)庫平臺。

3　立洲RCC拱壩施工期溫控決策支持平臺研發(fā)

3.1系統(tǒng)架構(gòu)

立洲RCC拱壩施工期溫控決策支持平臺(DSP-lzV1.0)選擇Windows7作為基礎(chǔ)平臺，在.NETFrameWork4.5的環(huán)境下以C#作為程序平臺，應(yīng)用SQLServer2008作為數(shù)據(jù)庫平臺。

根據(jù)測點高程分布、部位分布生成測點樹的管理模式，使得用戶能快速地對各測點進行查詢、錄入與修改。并通過SQLConnection類連接數(shù)據(jù)庫，再利用SQL語句來操作SQLServer數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改、查詢，以及數(shù)據(jù)分析。

3.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

本系統(tǒng)將監(jiān)測信息進行采集，并對采集來的數(shù)據(jù)信息進行誤差識別，分析處理，再存儲形成相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，供監(jiān)測資料分析、工程安全分析等系統(tǒng)調(diào)用，為安全評價提供數(shù)據(jù)支持。直接錄入或?qū)氲谋O(jiān)測數(shù)據(jù)首先保存于原始庫中，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，剔除粗差后數(shù)據(jù)進入整編庫，整編庫中的數(shù)據(jù)經(jīng)過工程人員評判、修改后進入技術(shù)整編庫。原始數(shù)據(jù)庫保存所有原始數(shù)據(jù)，經(jīng)工程人員處理的整編數(shù)據(jù)庫和技術(shù)整編庫數(shù)據(jù)可靠性高且更符合工程實際，可供安全分析、安全評價、圖形生成、報表生成等使用，生成數(shù)據(jù)庫則保存計算人員分析處理的相關(guān)重要成果。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)流程如圖1，圖2所示。

3.3系統(tǒng)功能

立州RCC拱壩施工期溫控信息決策支持平臺提供了監(jiān)測信息管理、溫控信息管理、圖形報表生成、溫控信息分析、大壩溫度及應(yīng)力的實時監(jiān)控與預(yù)警預(yù)報以及遠程會商等功能。

監(jiān)測信息錄入模塊主要功能是對溫度計、應(yīng)力計、環(huán)境量，以及相關(guān)儀器的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進行添加、查詢、校核，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。圖形報表生成模塊負責(zé)生成測值歷時過程線、測值歷時報表以及統(tǒng)計分析過程線和報表。

溫控信息管理模塊主要功能是提供溫控基本信息如：倉面基本信息(樁號、入倉時間、碾壓層厚、起止高程、區(qū)間混凝土方量等)、倉面溫控信息(入倉溫度、澆筑溫度、倉面氣溫、冷卻水溫度和流量、通水起止時間、保溫措施等)、倉面溫控標準等信息的錄入和查詢；溫控基本信息入庫后可在信息查詢界面進行查詢，如圖3所示，倉面的基本信息采用文字描述或說明，施工澆筑進度通過2D圖形表示，此外，計劃、實際月澆筑強度可通過柱狀圖直觀展示。

圖2　Dsp-lz系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程Fig.2　Data flow of Dsp-lz system

溫控信息實時動態(tài)預(yù)警模塊完成已存入數(shù)據(jù)庫的溫控信息動態(tài)分析和溫控動態(tài)實時預(yù)警2部分功能。前者主要對大壩溫度、應(yīng)力的實測值和仿真計算值(主要包括壩體特征點溫度變化過程和特征值)以及環(huán)境溫度、溫控信息進行變化率、相關(guān)性等分析，并繪制其歷時過程線，功能界面如圖4所示。后者針對立州RCC碾壓混凝土拱壩的溫控關(guān)鍵指標(如：最高溫度、內(nèi)外溫差、上下層溫差、溫降速率等)進行計算，并與溫控標準和規(guī)范要求對比，對超標值進行預(yù)警預(yù)報。

圖4　溫控實時動態(tài)預(yù)警界面Fig.4　Interface of real-time dynamic warningfor temperature control

作圖分析模塊提供特征值分布圖和三維有限元仿真模擬成果圖展示功能。前者提供了不同工程部位、不同斷面的多種類型分布特性展示功能，主要提供各類分布圖，供大壩溫控決策參考使用。分布特性的類型包括溫度分布特性、應(yīng)力分布特性和裂縫監(jiān)測分布特性3類。系統(tǒng)可按用戶指令自動生成并展示其分布特性，同時可在CAD中生成相應(yīng)的分布圖；后者則提供施工期溫度場、溫度應(yīng)力場仿真分析成果展示。

3.4預(yù)警系統(tǒng)

在混凝土壩建設(shè)中，裂縫是一個普遍性的問題，它不僅影響正常施工，而且影響工程正常運行和安全，甚至導(dǎo)致工程報廢。而在大壩裂縫事故中，除少數(shù)裂縫是因結(jié)構(gòu)不合理或地基不均勻沉降造成的，大多數(shù)都是由溫度應(yīng)力引起的，尤其是施工期的裂縫，更是如此。因此根據(jù)混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范(SL282—2003)、設(shè)計提出的溫控標準，以及立州RCC拱壩工程特性，對大壩施工期溫度控制指標(如最高溫度、內(nèi)外溫差、溫降速率等)和溫度應(yīng)力的仿真計算值和實測值進行實時預(yù)警，從而保證大壩的正常施工與安全。預(yù)警系統(tǒng)包括預(yù)警指標體系構(gòu)建、預(yù)警指標值設(shè)置、預(yù)警模式選擇等。

3.4.1預(yù)警模式

本系統(tǒng)的預(yù)警方式采用實測值異常預(yù)警與三維有限元仿真模型計算值異常預(yù)警。實測值異常預(yù)警針對所有溫度監(jiān)測點和應(yīng)力監(jiān)測點，若測值超過相應(yīng)的設(shè)計標準，系統(tǒng)將發(fā)出測值異常預(yù)警；仿真計算值異常預(yù)警針對特征點仿真分析結(jié)果，即計算值超過設(shè)計標準，系統(tǒng)將發(fā)出測值異常預(yù)警。系統(tǒng)會將異常點整理生成報表，以供施工安全的分析和施工決策。

3.4.2預(yù)警指標

根據(jù)《混凝土拱壩設(shè)計規(guī)范》(SL282—2003)和設(shè)計提出的溫控標準，分部位、分時段擬定立洲RCC拱壩施工期溫度及溫度應(yīng)力預(yù)警指標。

(1)最高溫度：壩體允許最高溫度由月平均氣溫和內(nèi)外溫差之和控制，對于壩體強、弱約束區(qū)混凝土應(yīng)同時滿足基礎(chǔ)溫差。

(2)內(nèi)外溫差：不分季節(jié)，按照全年允許最大內(nèi)外溫差17 ℃進行預(yù)警。

(3)上下層溫差：16 ℃。

(4)混凝土與冷卻水溫差：20 ℃。

(5)溫降速率：一期冷卻允許最大溫降速率為：0.5 ℃/d，二期冷卻允許最大溫降速率為0.3 ℃/d。

(6)溫度應(yīng)力：壩體不同位置混凝土允許拉應(yīng)力參照規(guī)范進行取值。

3.4.3預(yù)警數(shù)據(jù)

預(yù)警本身是一種信息，需要以豐富可靠的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。所以建立預(yù)警系統(tǒng)首先要進行數(shù)據(jù)采集并對其進行歸類、轉(zhuǎn)化和分析。為保證預(yù)警系統(tǒng)的可靠性，減少誤報次數(shù)，以技術(shù)整編庫為基礎(chǔ)，從數(shù)據(jù)庫中提取大壩溫度、應(yīng)力和環(huán)境量等基本信息，根據(jù)規(guī)范要求計算出大壩最高溫度、內(nèi)外溫差、溫降速率，以及混凝土與冷卻水溫差。預(yù)警系統(tǒng)根據(jù)計算分析結(jié)果自動對照相應(yīng)的預(yù)警指標進行是否發(fā)出預(yù)警的判斷。

3.4.4預(yù)警反饋

系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警后在系統(tǒng)界面上生成預(yù)警信息，包括預(yù)警儀器編號、樁號、高程、實測值(計算值)及其對應(yīng)的預(yù)警指標和預(yù)警位置示意圖。對發(fā)出預(yù)警的指標在界面上以紅燈顯示，未出現(xiàn)預(yù)警則是綠燈。系統(tǒng)界面顯示預(yù)警信息的同時以短消息的方式將信息告知大壩管理人員。

3.5遠程會商系統(tǒng)

3.5.1遠程會商模式

大壩施工期溫控防裂出現(xiàn)問題或緊急情況，需要進行專家咨詢時可向?qū)＜野l(fā)送遠程會商邀請。專家接受邀請后可得到訪問本系統(tǒng)的賬號和密碼，通過互聯(lián)網(wǎng)以瀏覽器的方式進入系統(tǒng)查詢大壩施工、溫控信息和系統(tǒng)分析結(jié)果，同時決策者或者使用人員可向在線多位專家發(fā)出圖文或視頻會商邀請，進行遠程會商。

3.5.2遠程會商功能與服務(wù)

(1)遠程查詢功能：通過互聯(lián)網(wǎng)訪問本系統(tǒng)，進行大壩施工情況、溫控防裂信息、監(jiān)測信息、溫度場及溫度應(yīng)力場仿真分析成果和系統(tǒng)分析結(jié)果查詢。

(2)視頻會議功能：基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)，采用AnyChat即時通訊解決方案開發(fā)遠程會商系統(tǒng)，系統(tǒng)界面中可同時顯示多個視頻窗口，包括所有會場與本地視頻，與會專家可以通過本系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上進行面對面交談。

(3)圖文討論與數(shù)據(jù)共享：突破以往視頻會議中只能夠傳輸音頻、視頻的功能限制，在同一信道上進行圖文信息交換。系統(tǒng)為與會人員提供一個公共可視區(qū)域，通過在該區(qū)域內(nèi)輸入文字或繪制圖形對討論問題進行注釋和示意，所有討論內(nèi)容將同步顯示在與會專家的系統(tǒng)界面上。數(shù)據(jù)共享功能通過平臺成果庫中文件下載功能來實現(xiàn)，系統(tǒng)功能界面如圖5所示。

圖5　遠程視頻會商界面Fig.5 Interface of remote video consultation

(4)應(yīng)急通訊處理：為及時與專家取得聯(lián)系，系統(tǒng)會將遠程會商邀請以短消息、電子郵件等方式發(fā)送至專家的終端。

4　結(jié)　語

依托木里河立洲RCC拱壩開發(fā)了高RCC拱壩施工期溫控決策支持平臺，該系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：

(1)施工期大壩碾壓參數(shù)記錄、溫控措施信息、實測數(shù)據(jù)和仿真分析成果等數(shù)據(jù)量大且隨時更新，運用溫控決策支持平臺可實現(xiàn)上述信息高效、準確的管理。

(2)對大壩溫度及溫度應(yīng)力進行預(yù)測預(yù)警可實現(xiàn)對大壩溫控防裂效果和趨勢的實時監(jiān)控，異常情況發(fā)生時能夠第一時間通知參建各方采取處理措施。

(3)遠程會商系統(tǒng)為決策者提供了專家咨詢的網(wǎng)絡(luò)平臺，專家接受會商邀請后能夠通過互聯(lián)網(wǎng)快速掌握大壩基本情況，就出現(xiàn)的問題或者異常進行圖文、視頻討論。這無疑為決策者提供了高效的信息支持和決策輔助，對提高大壩管理水平具有重要意義。

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(編輯：趙衛(wèi)兵)

Decision Support Platform of Temperature Control for RCC HighArch Dam in Construction Stage

PEILiang1,2,XUJian-jiang3,HEKun1,2,WUZhen-yu1,2,CHENJian-kang1,2

(1.StateKeyLaboratoryofHydraulicsandMountainRiverEngineering,SichuanUniversity,Chengdu610065,China;2.CollegeofWaterResource&Hydropower,SichuanUniversity,Chengdu610065,China;3.ChengduEngineeringCorporationLimited,PowerChina,Chengdu610072,China)

Crackinginhighconcretedamisacommonproblem.ManyconcretedamsinChinaandabroadareforcedtoshutdownduetocracksinconstruction.Theprocessofpouringhighconcretedamisaffectedbynaturalenvironment,structure,temperaturecontrol,resourcesandotherfactors.Itisnecessarytodevelopapracticalplanofdamconstructionbyconsideringthesefactors.Real-timemonitoringandscientificmanagementofconcretetemperatureandstressduringconstructionarealsorequisite.Researchanddevelopmentofdecisionsupportsystemforconcretedamconstructioncanprovideadvancedmanagementapproachfortheconstructionandsafetyofhydroelectricdams,andpotentialbenefitswillbehuge.WiththeprojectofLizhouhydropowerstationasresearchbackground,atemperaturecontroldecisionsupportplatformforhighRCCarchdamisdeveloped.Throughthisplatform,datainformationsuchasrollingparameters,temperaturecontrolinformation,monitoringdataandsimulationresultsareefficientlymanaged.Moreover,theeffectandtrendoftemperaturecontrolarereal-timemonitoredandpredicted,early-warningisaccomplishedanddecision-supportfromexperts’remoteconsultationisprovided.TheseresultsareofimportantsignificanceforpromotingthescientificlevelofconstructiontemperaturecontroldecisionsupportforhighRCCarchdamandensuringtheconstructionquality.

RCCarchdam;concrete;temperaturecontrolandcrackprevention;decisionsupport;predictionandpre-warning

2015-07-14;

2015-08-21

四川大學(xué)青年教師科研啟動基金項目(2014SCU11018)

裴亮(1986-)，男，內(nèi)蒙古阿拉善盟人，講師，博士,研究方向為大體積混凝土溫控防裂，(電話)18628096381(電子信箱)peiliang8649@163.com。

陳建康(1963-)，男，甘肅靖遠人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事水工結(jié)構(gòu)方面的研究工作，(電話)028-85405601(電子信箱)SCU-jiankang@163.com。

10.11988/ckyyb.20150582

2016,33(09):149-154

TV313

A

1001-5485(2016)09-0149-06