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全球第三的塊頭 世界第一的頭腦
                          

――解碼拿下工程咨詢“諾貝爾獎”的溪洛渡水電站

科技日報記者: 付麗麗

攝影:王連生


    崛起中國的名片夾里,又多了一張“中國水電”。
去年9月26日,摩洛哥馬拉喀什。素有國際工程咨詢領域“諾貝爾獎”之稱的“菲迪克2016年工程項目杰出獎”, 授予了中國溪洛渡水電站。這是全球21個獲獎項目中唯一的水電項目。

溪洛渡水庫蓄水至600米高程


    作為國家“西電東送”骨干工程,位于川滇兩省交界、金沙江下游的溪洛渡水電站,裝機容量位居世界第三。但真正讓這座水電站得到世界認可的,是大塊頭之上的“聰明”頭腦。


“頭疼腦熱”早知道


    站在高達285.5米的溪洛渡水電站大壩上,其視覺震撼不言而喻,而更讓人驚嘆的,則是其建造中的智能化。
    在全球已建成的水電站中,溪洛渡水電站裝機容量1386萬千瓦,居中國第二、世界第三。其大壩為混凝土雙曲拱壩,壩頂高程610米,最大壩高285.5米,為超高薄壁拱壩,是世界上已建的三座300米級特高拱壩之一。

溪洛渡工程全景


    “說其是‘世界上最聰明的大壩’,其‘聰明’之處在于,建設和管理大壩的技術人員能預知它的‘頭疼腦熱’,及時調整它的狀態,讓它始終處于健康狀態。”中國工程院院士張超然說,溪洛渡大壩建立了一套全過程、全方位、全生命周期的仿真系統,10年、20年,甚至100年后,都可以通過仿真計算來掌握大壩的狀態。
    拱壩歷來被認為是水工界最復雜的建筑物,溪洛渡大壩又有著獨特的“三高”,即高地震區、高拱壩、高水頭、大泄流量等特點,這給設計、施工、管理帶來的都是世界級難題。
    “這么龐大的工程,大體積混凝土澆筑是關鍵,而溫度控制又是其中最核心的內容。”三峽集團向家壩―溪洛渡建設部主任王毅華說,大壩內外溫差容易產生裂縫,對大壩安全造成極大威脅。
    “為此,在施工過程中,我們安裝了9700多個現狀監測傳感器,及時自動采集不同壩段的相關數據進行分析,并借助通水管道智能閥,控制冷卻系統自動均勻冷卻。溫度高了就多加點水,反之則少點。”王毅華說。
    三峽集團建設管理公司鄔昆博士介紹,建造過程中團隊特意開發了大壩智能化建設管理系統平臺(iDam),這個綜合性人機交互系統,需要在壩體內埋設成千上萬只溫度計、多點位移計、應力計等監測儀器;需要研發混凝土施工、溫度控制、仿真分析、預警預控等14個功能模塊。這些設備敷設就像人體的毛細血管和神經系統,將觸角伸向壩體的各個部位,從混凝土內部溫度感知和實時自動計算、分析和比較,實現了“最高溫度、降溫速率、異常溫度”的預報、預警與智能溫度控制。
    “這就像是給大壩裝上智能大腦,使施工中的大壩能夠實現智能溫控、智能振搗和智能灌漿等。”鄔昆說。
    張超然表示,這是智能化的集中體現,以前大壩建設比較落后,數據采集、冷卻水控制都是人工完成,不準確,人為失誤也無法避免。“智能化也是質量的保證,溪洛渡大壩680萬立方米的大體積混凝土沒有出現一處開裂,這不得不說是中國大壩建設史上的奇跡,也創造了業界‘無壩不裂’的傳奇。”張超然說。


方寸之地內的建筑藝術


    漫步溪洛渡電站,發現讓人驚嘆的不只是那高聳的大壩,還有藏身于地下的龐大的洞室群。人們很難想到,裝機容量1386萬千瓦的18臺機組全部在地下。“這也是在設計中精心打造的,由于溪洛渡地勢比較狹窄,為更少占用土地,遷移人口,就盡可能地利用兩邊的山,把廠房放在山洞里。”樊啟祥說。

溪洛渡右地下岸電站


    溪洛渡水電站總設計師、中國電建成都院副總經理王仁坤介紹,溪洛渡地下電站是目前世界已建最大規模的地下洞室群,在不到1平方公里內有近百條洞室縱橫交錯,洞室邊墻高、跨度大,其中主廠房跨度31.9m,尾調室高度95m,開挖過程中如果控制不到位,容易引起巖體開裂破壞甚至塌方,影響施工和后期運行安全。
    為此,其團隊首創了超大地下洞室群圍巖穩定與控制成套技術,利用監測數據,進行分析研究,用電腦來模擬巖體的應力、變形等特性,從而判斷巖體當前和長期的穩定性。根據分析的結果,為下一步的設計及施工提供重要參考依據。“做到每次開挖一層后,必須監測分析一層,確保巖體穩定后,才能開挖下一層。”王仁坤說。
    就這樣,他們在左右岸開挖了342條洞室,地下廠房洞室群數量和尺寸(最大尺寸為443.3m×31.9m×75.6m)均為世界之最。原中國大壩協會名譽主席潘家錚院士稱贊:“溪洛渡地下工程是世界一大奇觀,溪洛渡地下電站工程堪稱精品,是中國水電工程的驕傲。”


開啟水電智能化2.0時代


    除了技術過硬,突破工程難點外,還在于始終貫徹了環境友好的可持續發展理念,體現了菲迪克的核心原則――質量、廉潔和可持續性。
    “建設一個工程不是交付一個產品,而是要將其打造成一個價值體,并且在未來有更大的價值再造能力。過程中要切實履行對生態環境保護的功能,讓工程和環境是一個和諧體,而不是矛盾體。”三峽集團副總經理樊啟祥說。
    “溪洛渡大壩還是世界上唯一全壩粗骨料采取地下洞室玄武巖開挖料的特高拱壩。簡而言之,就是大壩建設中需要的石頭骨料全部來自地下工程中開挖出的玄武巖,從而避免了處理開挖料帶來的生態影響。”樊啟祥說。
    張超然表示,溪洛渡只是開啟了水電智能化的1.0時代,未來,烏東德、白鶴灘水電站要向2.0時代邁進。
    “溪洛渡智能大壩從混凝土拌和機,一直到通水冷卻、保溫養護,采用溫控系統,混凝土只能精確到來自哪臺拌和機,卻無法追溯到源頭。從開挖石料開始,自動控制篩選,從源頭實現智能化,這將是未來2.0版本的發展方向。”水電水利規劃總院副總工程師魏志遠說。

                        
發布時間:2017年02月17日

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