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全球第三的块头,世界第一的头脑

——解码拿下工程咨询“诺贝尔奖”的溪洛渡水电站

时间:[2017-01-10 ] 信息来源:科技日报
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  崛起中国的名片夹里,又多了一张“中国水电”。

  2016年9月26日,摩洛哥马拉喀什。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”, 授予了中国溪洛渡水电站。这是全球21个获奖项目中唯一的水电项目。

  作为国家“西电东送”骨干工程,位于川滇两省交界、金沙江下游的溪洛渡水电站,装机容量位居世界第三。但真正让这座水电站得到世界认可的,是大块头之上的“聪明”头脑。

“头疼脑热”早知道

  站在高达285.5米的溪洛渡水电站大坝上,其视觉震撼不言而喻,而更让人惊叹的,则是其建造中的智能化。

  在全球已建成的水电站中,溪洛渡水电站装机容量1386万千瓦,居中国第二、世界第三。其大坝为混凝土双曲拱坝,坝顶高程610米,最大坝高285.5米,为超高薄壁拱坝,是世界上已建的三座300米级特高拱坝之一。

  “说其是‘世界上最聪明的大坝’,其‘聪明’之处在于,建设和管理大坝的技术人员能预知它的‘头疼脑热’,及时调整它的状态,让它始终处于健康状态。”中国工程院院士张超然说,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。

  拱坝历来被认为是水工界最复杂的建筑物,溪洛渡大坝又有着独特的“三高”,即高地震区、高拱坝、高水头、大泄流量等特点,这给设计、施工、管理带来的都是世界级难题。

  “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说,大坝内外温差容易产生裂缝,对大坝安全造成极大威胁。

  “为此,在施工过程中,我们安装了9700多个现状监测传感器,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。温度高了就多加点水,反之则少点。”王毅华说。

  三峡集团建设管理公司邬昆博士介绍,建造过程中团队特意开发了大坝智能化建设管理系统平台(iDam),这个综合性人机交互系统,需要在坝体内埋设成千上万只温度计、多点位移计、应力计等监测仪器;需要研发混凝土施工、温度控制、仿真分析、预警预控等14个功能模块。这些设备敷设就像人体的毛细血管和神经系统,将触角伸向坝体的各个部位,从混凝土内部温度感知和实时自动计算、分析和比较,实现了“最高温度、降温速率、异常温度”的预报、预警与智能温度控制。

  “这就像是给大坝装上智能大脑,使施工中的大坝能够实现智能温控、智能振捣和智能灌浆等。”邬昆说。

  张超然表示,这是智能化的集中体现,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。“智能化也是质量的保证,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,也创造了业界‘无坝不裂’的传奇。”张超然说。

方寸之地内的建筑艺术

  漫步溪洛渡电站,发现让人惊叹的不只是那高耸的大坝,还有藏身于地下的庞大的洞室群。人们很难想到,装机容量1386万千瓦的18台机组全部在地下。“这也是在设计中精心打造的,由于溪洛渡地势比较狭窄,为更少占用土地,迁移人口,就尽可能地利用两边的山,把厂房放在山洞里。”樊启祥说。

  溪洛渡水电站总设计师、中国电建成都院副总经理王仁坤介绍,溪洛渡地下电站是目前世界已建最大规模的地下洞室群,在不到1平方公里内有近百条洞室纵横交错,洞室边墙高、跨度大,其中主厂房跨度31.9m,尾调室高度95m,开挖过程中如果控制不到位,容易引起岩体开裂破坏甚至塌方,影响施工和后期运行安全。

  为此,其团队首创了超大地下洞室群围岩稳定与控制成套技术,利用监测数据,进行分析研究,用电脑来模拟岩体的应力、变形等特性,从而判断岩体当前和长期的稳定性。根据分析的结果,为下一步的设计及施工提供重要参考依据。“做到每次开挖一层后,必须监测分析一层,确保岩体稳定后,才能开挖下一层。”王仁坤说。