摘 要：隨著中國水電事業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷成熟，越來越多的大型水電工程得以發(fā)展和建設(shè)。心墻堆石壩由于具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和較為成熟的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)，使得其可以從眾多壩型中脫穎而出。針對當(dāng)前心墻堆石壩施工無法得到及時(shí)、準(zhǔn)確、有效控制的現(xiàn)狀，提出了心墻堆石壩施工智能監(jiān)控理論，通過對施工信息的感知、分析、優(yōu)化、決策和反饋，實(shí)現(xiàn)心墻堆石壩施工過程的智能控制，基于該理論，結(jié)合心墻堆石壩施工方案優(yōu)化決策方法，研發(fā)了心墻堆石壩施工智能監(jiān)控系統(tǒng)，為心墻堆石壩施工提供了新的控制思路和方法，使心墻堆石壩施工過程得到了及時(shí)控制，從而保證大壩建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：心墻堆石壩；智能監(jiān)控；施工方案優(yōu)化決策

大壩工程在全球水能源開發(fā)和水資源利用中發(fā)揮著重要作用。心墻堆石壩就地取材、對壩址條件的適應(yīng)性好具有較好的經(jīng)濟(jì)性、抗震性等特點(diǎn)。但其施工過程十分復(fù)雜，涉及諸多施工機(jī)械和施工環(huán)節(jié)，需要對施工方案規(guī)劃和壩料運(yùn)輸、壩面填筑兩大施工過程進(jìn)行控制。心墻堆石壩施工過程受到眾多動(dòng)態(tài)因素的干擾和多種施工條件的約束，屬于典型的復(fù)雜、非線性施工控制系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)同心墻堆石壩施工控制過程有效結(jié)合，產(chǎn)生了心墻堆石壩施工實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)，施工信息的獲取變得更加高效和全面，使得管理者能夠?qū)κ┕ば畔⑦M(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的掌握，為施工過程控制提供了有效的輔助手段，但是仍需依靠人工進(jìn)行施工過程的分析、決策和執(zhí)行。智能控制技術(shù)對不斷變化的環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，并可對多種信息進(jìn)行有效處理，從而減小不確定性，并可保證規(guī)劃、生成和執(zhí)行等過程的安全可靠性，從而達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)和良好的性能指標(biāo)，為心墻堆石壩施工控制提供了新的思路和發(fā)展方向。

1.心墻堆石壩施工智能監(jiān)控理論

隨著心墻堆石壩工程的不斷建設(shè)和發(fā)展，建設(shè)者已經(jīng)積累了豐厚的控制經(jīng)驗(yàn)，隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，也為傳統(tǒng)的心墻堆石壩施工控制提供了有力的控制方法。然而，心墻堆石壩施工控制仍面臨著很多考驗(yàn)。因此，需要對心墻堆石壩施工控制方法進(jìn)行深入的探索，對施工過程中多種參數(shù)和不確定性進(jìn)行分析，探索施工規(guī)律，提高控制水平，從而實(shí)現(xiàn)心墻堆石壩施工智能控制。心墻堆石壩施工智能監(jiān)控理論是基于“全面感知、真實(shí)分析、智能優(yōu)化、動(dòng)態(tài)決策、實(shí)時(shí)控制”的監(jiān)控思想，集網(wǎng)絡(luò)、硬件和軟件為一體，以計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息論、控制論和智能科學(xué)方法為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)字大壩理論、施工仿真理論，集成網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)、無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等，在大壩施工方案規(guī)劃、壩料裝載、壩料運(yùn)輸、壩料加水、壩料卸載、倉面平倉、倉面碾壓和倉面壓實(shí)質(zhì)量分析等大壩施工全過程中，對施工信息進(jìn)行實(shí)時(shí)智能感知、分析、優(yōu)化和決策，最終實(shí)現(xiàn)施工方案優(yōu)化決策、壩料運(yùn)輸智能調(diào)度控制和壩面填筑智能壓實(shí)控制，提高心墻堆石壩施工控制的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和有效性，實(shí)現(xiàn)大壩施工智能化控制。心墻堆石壩施工流程主要包含施工方案規(guī)劃和施工方案執(zhí)行兩大過程。施工方案規(guī)劃主要包括心墻堆石壩施工方案整體規(guī)劃和施工過程倉面施工方案動(dòng)態(tài)規(guī)劃。施工工序主要包括壩料壩料裝載、運(yùn)輸、卸料、加水、倉面平倉、碾壓和壓實(shí)質(zhì)檢等。因此，心墻堆石壩施工智能控制應(yīng)當(dāng)從上述環(huán)節(jié)和流程出發(fā)，從施工方案規(guī)劃和施工工藝執(zhí)行兩部分對心墻堆石壩建設(shè)過程進(jìn)行控制。基于此，對心墻堆石壩施工智能監(jiān)控理論初級(jí)階段的監(jiān)控內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出心墻堆石壩施工方案優(yōu)化決策方法，心墻堆石壩施工智能調(diào)度控制方法和心墻堆石壩施工智能壓實(shí)控制方法。

2.心墻堆石壩施工方案優(yōu)化決策方法

在心墻堆石壩施工控制中，施工方案是施工過程控制的標(biāo)準(zhǔn)，也是各項(xiàng)施工環(huán)節(jié)開展和執(zhí)行的依據(jù)。因此，施工方案的優(yōu)化決策方法在心墻堆石壩施工智能監(jiān)控理論中應(yīng)作為重要的控制內(nèi)容進(jìn)行研究。在施工方案規(guī)劃中，可結(jié)合心墻堆石壩整體施工控制為目標(biāo)對施工方案進(jìn)行整體規(guī)劃，并指導(dǎo)現(xiàn)場施工；在施工過程中，再結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工情況對施工方案進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，從而保證在心墻堆石壩整體施工目標(biāo)的控制下的單個(gè)倉面或具體施工過程的控制。心墻堆石壩施工方案優(yōu)化決策方法是指，通過采用施工仿真技術(shù)，結(jié)合智能優(yōu)化方法，對心墻堆石壩分期分區(qū)施工方案進(jìn)行仿真優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)面向設(shè)計(jì)階段的心墻堆石壩整體施工方案制定，同時(shí)在施工過程中，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工參數(shù)，對施工方案的動(dòng)態(tài)仿真分析和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)面向施工階段的施工方案動(dòng)態(tài)控制。通過設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)階段的施工方案聯(lián)合優(yōu)化控制，最大限度地保證心墻堆石壩施工控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。其含義可以通過心墻堆石壩施工方案優(yōu)化目標(biāo)、優(yōu)化內(nèi)容和優(yōu)化流程，三個(gè)方面進(jìn)行分析：優(yōu)化目標(biāo)與心墻堆石壩施工控制目標(biāo)一致，追求心墻堆石壩施工質(zhì)量和進(jìn)度目標(biāo)的聯(lián)合優(yōu)化控制；優(yōu)化內(nèi)容主要包括心墻堆石壩分期分區(qū)施工方案仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工過程中倉面施工方案動(dòng)態(tài)仿真優(yōu)化兩部分；優(yōu)化流程中，在已有現(xiàn)場土石方調(diào)配計(jì)劃、大壩體型參數(shù)、施工設(shè)計(jì)參數(shù)、資源配置能力和環(huán)境氣候參數(shù)的基礎(chǔ)上，以倉面為分析對象，根據(jù)大壩體型參數(shù)對倉面進(jìn)行流水單元施工多方案設(shè)計(jì)，并對倉面多施工方案分別進(jìn)行仿真分析。

3.心墻堆石壩施工智能監(jiān)控系統(tǒng)

基于心墻堆石壩施工智能監(jiān)控理論的核心思想，結(jié)合心墻堆石壩施工方案優(yōu)化決策，施工過程智能調(diào)度控制和智能壓實(shí)控制方法，建設(shè)并實(shí)施心墻堆石壩施工智能監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)控施工過程和內(nèi)容的不同分為三大模塊，六大子系統(tǒng)，分別為：（1）施工方案優(yōu)化決策模塊，包含分期分區(qū)施工方案仿真優(yōu)化子系統(tǒng)和倉面施工方案動(dòng)態(tài)仿真優(yōu)化子系統(tǒng)：該模塊的系統(tǒng)功能有大壩填筑工期分析、分期分區(qū)高程分析、大壩月上升高度分析、大壩月填筑強(qiáng)度分析、倉面流水單元優(yōu)化方案優(yōu)化、倉面施工機(jī)械配置方案優(yōu)化、倉面施工工期優(yōu)化。（2）施工智能調(diào)度控制模塊，包含運(yùn)輸過程智能監(jiān)控子系統(tǒng)和加水過程智能監(jiān)控子系統(tǒng)：其系統(tǒng)功能是裝料過程實(shí)時(shí)監(jiān)控、卸料過程實(shí)時(shí)監(jiān)控、道路行車密度實(shí)時(shí)分析、道路行車速度實(shí)時(shí)分析、車輛運(yùn)輸路徑智能優(yōu)化控制、壩料加水過程智能調(diào)控。（3）施工智能壓實(shí)控制模塊，包含平倉過程實(shí)時(shí)監(jiān)控子系統(tǒng)和碾壓過程智能監(jiān)控子系統(tǒng)：平倉厚度實(shí)時(shí)分析和反饋控制、碾壓參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、壓實(shí)質(zhì)量智能分析和控制、碾壓參數(shù)智能優(yōu)化和反饋控制。心墻堆石壩施工智能監(jiān)控系統(tǒng)基于“全面感知、真實(shí)分析、智能優(yōu)化、動(dòng)態(tài)決策、實(shí)時(shí)控制”的監(jiān)控思想，通過對多種技術(shù)進(jìn)行融合從而完成系統(tǒng)構(gòu)建，系統(tǒng)構(gòu)建技術(shù)可分為信息采集技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、信息分析技術(shù)、智能優(yōu)化技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等五大類。

4.結(jié)束語

隨著中國水電事業(yè)的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷成熟，越來越多的大型水電工程得以發(fā)展和建設(shè)。本文結(jié)合心墻堆石壩施工過程中進(jìn)度和質(zhì)量控制研究的不足，提出了心墻堆石壩施工智能監(jiān)控理論和方法，為心墻堆石壩施工進(jìn)度和質(zhì)量控制提供了科學(xué)的控制手段。然而，對于心墻堆石壩施工智能監(jiān)控仍還需進(jìn)一步的研究。

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作者簡介：

成滿拴（1980.3.23-）寧夏，男，大學(xué)本科，工程師，從事施工單位項(xiàng)目管理工作。