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大坝可以有多“聪明”?

时间:[2017-01-10 ] 信息来源:中国能源报
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  大坝一直是水电工程的核心,从传统的施工工艺到数字化平台,再到智能化应用,我国坝工技术在短短时间内实现一次次重大飞跃。

  这一期“能源黑科技”,小编要带大家去金沙江下游的溪洛渡水电站。

  要知道这个电站规模大、难度高,是世界上最具代表性的水电工程之一。该工程首创的300米级拱坝智能化建设关键技术,先后获得2015年国家科学技术进步二等奖,和素有国际工程咨询领域“诺贝尔奖”之称的“菲迪克2016年工程项目杰出奖”,这不仅代表了全球大坝智能化建设的最高水准,更向世界展示了我国水电的创新实力。我们的记者也说它是世界上最“聪明”大坝,一起去看看吧!

世界最“聪明”大坝

  285.5米特高拱坝屹立于金沙江上,不仅带来视觉震撼,更蕴含科学奥秘。

  “这么庞大的工程,大体积混凝土浇筑是关键,而温度控制又是其中最核心的内容。”三峡集团向家坝—溪洛渡建设部主任王毅华告诉记者,“大坝内外温差容易产生裂缝,对大坝安全造成极大威胁。”

  据介绍,溪洛渡大坝施工过程中,安装9700多支现状监测传感器,及时自动采集不同坝段的相关数据进行分析,并借助通水管道智能阀,控制冷却系统自动均匀冷却。“以前大坝建设比较落后,数据采集、冷却水控制都是人工完成,不准确,人为失误也无法避免。”中国工程院院士张超然介绍。

  溪洛渡大坝680万立方米的大体积混凝土没有出现一处开裂,这不得不说是中国大坝建设史上的奇迹,也打破了业界常说“无坝不裂”的定律。

  解决了温控难题,泄洪方式的确定又给工程师们带来不小的挑战。自1939年有史册记载以来,该流域发生过的最大洪水流量为29000立方米/秒,而溪洛渡枢纽工程校核洪水流量达52300立方米/秒,溪洛渡工程处于狭窄河谷地带,其中大部分必须依靠坝身泄洪完成。

  水电水利规划总院副总工程师魏志远称:“拱坝仅仅依靠泄洪洞是无法实现这么大洪水的泄洪要求,必须采用坝身泄洪才行。但是,拱坝相当于一个薄壳,在上面打孔会对坝体生产损伤,而且泄洪能量非常大,大坝能否承受得住确实是个难点。”

  记者注意到,溪洛渡水电大坝上分别排列有7个表孔和8个深孔用于泄洪,总泄洪流量达36000立方米/秒。“设计是灵魂,好的方案才能确保工程安全可靠,同时兼顾经济合理、生态环保。泄洪消能设施的设计并非一蹴而就,而是通过多种方案仿真模拟、对比试验、不断优化,才最终形成‘七上八下’泄洪孔布置。”中国电建成都院副总经理王仁坤表示。

  “聪明”的大坝不仅有最优的设计方案做基础,最先进的技术做保障,还与信息化平台密不可分。

  “溪洛渡大坝是世界上最聪明的大坝,一有头疼脑热就会及时告诉你。”张超然说,“溪洛渡大坝建立了一套全过程、全方位、全生命周期的仿真系统,10年、20年,甚至100年后,都可以通过仿真计算来掌握大坝的状态。”

  据介绍,信息化技术帮助大坝智能化实现感知、分析、控制三方面要求,即信息实时采集、快速查询;权威专家跟踪分析,典型问题评价预测、提前解决;大坝浇筑及时反馈分析,成套设备自动控制。

中国标准获国际认可

  溪洛渡水电站开创了智能化大坝的先河,其关键技术不仅在国内获得科学进步大奖,也在世界工程咨询界树立了典范。

  欧美国家水电开发早,开发程度相对更高,国际上一直都认可其水电标准。“溪洛渡水电站获奖具有上述很多特点和优势,凝聚了当今工程技术科学成果,顺应了发展阶段和时代发展的要求,适应趋势,遵循规律,体现了时代性、创新性、科学性。”三峡集团副总经理樊启祥表示,“目前,中国水电已经可以与欧美发达国家同台竞技,并且已经被国际认可。”

  除了工程本身,项目的可持续性也是菲迪克奖的重要评判标准。

  溪洛渡水电站的建成不仅为社会提供源源不断的清洁能源,防洪拦沙效益显著,也为金沙江流域经济发展注入强大动力,实现了人与自然和谐可持续发展,是长江经济带的重要战略支撑。

  “可持续性强调的是工程的价值,即有更强的价值创造能力。我们利用自然,必须遵循自然规律,对生态环境和移民负责到底。”樊启祥说,“处理好项目开发和保护之间的辩证关系,要把保护放在首位和前提才能做好开发。”

  蒋彬是云南永善县移民局党委书记,他全程参与移民工作,是溪洛渡库区永善县移民安置的亲历者和见证人。

  “库区安置量大,搬迁人口多,移民工作不容易开展。目前看来,移民确实是脱贫减贫的一种方式,我们的移民新居很漂亮,极大地改善了村民的居住条件。”蒋彬介绍,“水电站投运之后,每发一度电会有0.08元归入地方财政,永善县的城镇化建设至少推进了五年,人口也由原来的1.8万人增加到现在的5万人。”

  溪洛渡水电站获得菲迪克奖也为中国水电“走出去”参与海外竞争提供了强有力的资质,并在国际市场树立标杆。

  “但我们还需清醒地认识到,目前智能化大坝仍处起步阶段,智能化水平,以及领域范围的拓展还有很大的提升空间。”张超然认为,“大规模水电项目建设为智能大坝由1.0版向2.0版迈进创造机遇和市场空间。”

  据了解,金沙江上游的乌东德和白鹤滩水电站将在溪洛渡智能大坝的基础上,进一步优化升级,比如目前乌东德工程首创的智能灌浆系统就是一次成功探索。

  “溪洛渡智能大坝从混凝土拌和机,一直到通水冷却、保温养护,采用温控系统,混凝土只能精确到来自哪台拌和机,却无法追溯到源头。从开挖石料开始,自动控制筛选,从源头实现智能化,这将是未来2.0版本的发展方向。”魏志远表示。

  名词解释:“菲迪克工程项目杰出奖”

  该奖被誉为是国际工程咨询领域的“诺贝尔奖”,2016年,菲迪克工程项目杰出奖颁出6座奖杯,分别由金沙江溪洛渡水电站、钱江隧道、贵阳至广州高速铁路以及美国项目和摩洛哥两个项目摘得。