一項高科技成果在三峽工程中的應用

史振寰　胡興娥

摘 要 三峽二期大壩混凝土施工摸擬系統采用先進的計算機技術，結合二期工程施工實際情況和技術要求，并融入以往混凝土施工經驗，對三峽二期大壩混凝土施工過程進行模擬。此模擬對混凝土澆筑過程進行計算和記錄，從對壩體每一天的澆筑情況到周、月、季、年計劃直至大壩建成進行模擬，可對大壩建設任何時段的形象進度、澆筑量等進行快速查詢。其模擬采用二維、三維動態顯示，是一個很形象的施工過程，這個系統據推斷比過去人工來做可提高效率上千倍，對混凝土施工指導的決策具有重大的意義。

關鍵詞 三峽二期工程 混凝土澆筑 計算機模擬系統

1、概述

三峽二期工程大壩混凝土澆筑，無論總量還是施工強度在國內外水電歷史上都是空前的。巴西伊泰普水電站混凝土最大年澆筑強度達303萬m²，創造了水電歷史最高記錄；我國葛洲壩水電站，最大年澆筑強度達203萬m²。三峽二期大壩混凝土澆筑總量達1238萬m³，年澆筑強度達410萬m³，月最高澆筑強度近45萬m³，40萬m³/月以上高強度澆筑時間持續9～10個月。所以二期工程混凝土施工作為三峽工程又一創世界記錄的難題，多年來為國內外專家所關注。二期大壩結構十分復雜，大壩一般分兩條縱縫，泄洪壩段設22個溢流表孔，23個泄洪深孔，22個臨時導流底孔；左岸廠房壩段有14個鋼管；另外，還有3個排砂孔，2個排漂孔。二期大壩混凝土施工設備種類多，干擾大，有塔帶機、門機、纜機、混凝土施工除平面上有交叉外，空間上也相互制約和干擾。二期混凝土施工期，自1999年年初全面清基交面到2002年10月全線到達185m，施工期僅46個月。二期混凝土的施工還受到夏季高溫、雨季、霧天等自然因素的影響。二期大壩混凝土施工量大、工期緊、質量要求高，施工難度大。為確保2003年10月首批機組并網發電，二期大壩混凝土施工必須精心組織，嚴格施工，采用先進的手段指導施工。

做好混凝土施工計劃十分重要，以往水電工程大壩混凝土施工計劃都要耗費大量人力和時間，還要隨著施工進展不斷調整，而且容易產生差錯。三峽二期混凝土澆筑塊數以萬計，各種施工條件又十分復雜，施工計劃的編制調整如果用人來做，將是相當困難的。

二期混凝土施工模擬系統就是采用先進的計算機技術，結合二期工程施工實際情況和技術要求，并融入以往混凝土施工的經驗，對二期大壩混凝土施工過程進行模擬。此模擬對混凝土每塊澆筑的過程進行計算和記錄，從而對壩體一天的澆筑情況到周、月、季、年計劃直至大壩建成，可對大壩建設任何時段的形象進度、澆筑量等進行快速查詢。其模擬采用二維、三維動態顯示，是一個可以看得見的施工過程。這個系統比用人來做，提高效率上千倍，對混凝土施工指揮和決策具有重大意義。

2、二期大壩混凝土施工模擬系統介紹

二期大壩混凝土施工模擬系統對二期工程泄洪壩段、左岸廠房壩段混凝土施工過程進行了模擬，系統主要包括數據庫輸入、計算、查詢和計劃四部分。

2.1 數據輸入

數據輸入就是對混凝土澆筑邊界條件的輸入，如施工設備及混凝土拌合系統的控制范圍和時段、施工設備性能、大壩的體型尺寸、施工程序及混凝土澆筑有關技術參數。其中有些不變條件在程序中處理，如大壩體型等；有些可變條件做成表格的形式，可以根據不同方案需要進行修改，如技術參數中的混凝土澆筑間歇期、澆筑層厚、倉面準備情況等。對已澆筑塊的資料也需輸人系統，作為計算的基礎依據，如開倉時間、入

倉時間、高程、混凝土量及性質、所用澆筑設備等。數據輸入還包括已施工的灌漿、排水資料的輸入。

二期大壩混凝土拌合系統有▽79m、▽90m、▽120m和▽82m共四個系統，施工設備有6臺塔帶機、2臺纜機，另外還有胎帶機和門機。在本系統中，混凝土開倉澆筑除滿足倉面準備等條件外，還要同時滿足相應部位設備要求和拌合樓生產能力的要求，而且冬季和夏季的生產能力也不同。

輸入的數據是系統正確、合理運行的基礎，這些數據又是施工經驗的總結。所以科學的、符合工程實際施工情況的數據對本系統尤為重要。已澆筑塊資料是下步計算的基礎條件，只有準確的錄人才能計算出最近工程實際的進度，同時，壩體完工后，可獲得一份寶貴的歷史記錄資料。

2.2 計算

壩體澆筑模擬計算數學模型，以狀態變量和決策變量與約束條件間的數學邏輯關系來定量描述。主題程序通過狀態變量和決策變量的不斷改變，按照既定的澆筑規律和約束條件對大壩混凝土進行施工過程的模擬。狀態變量是能反映大壩混凝土施工形象面貌的變量，包括：各壩段混凝土澆筑高程、方量和時間；決策變量是根據混凝土澆筑的規律要求隨時判斷將要進行的澆筑的壩塊和所用的澆筑機械；約束條件，指大壩混凝土施工中應遵守的一般規律和制約混凝土施工的各種因素：主要包括混凝土施工過程中的一般規律、合同文件、技術規范要求以及三峽工程特定的結構形式和特定的施工條件下的各種要求等，如壩體層間間歇時間、混凝土初凝終凝時間、相鄰壩塊高差、立模拆模要求、基礎處理、倉面清理、大壩上升速度和施工期允許應力等。大壩混凝土施工模擬，就是選擇滿足約束條件的決策變量，并根據決策變量的變化，計算出一組新的大壩混凝土狀態變量；然后在新的狀態下，進行新的決策變量判斷；通過大壩混凝土狀態變量的不斷改變，大壩混凝土也就從低到高地進行著模擬澆筑。

模擬系統在計算的同時，進行二維和三維的動態顯示。二維按壩體縱縫分三塊顯示，三維既可以對整體、又可以對局部顯示，觀察方向可隨意選擇，在顯示時，正在動態澆筑的塊體以不同的顏色加以表示，可以清楚形象地看出壩體施工的過程，同時可以動態顯示出正在澆筑塊體的澆筑時間、澆筑部位、澆筑機械、澆筑方量、澆筑順序等，整個大壩澆筑過程真實地展現在眼前，全部施工狀態盡收眼底。

2.3 查詢

查詢分為圖形查詢、工程質量查詢和報表查詢。

2.3.1 圖形查詢

三維圖查詢：可以整體、分壩段、分時段、以不同的縮寫比例查詢，還可以從上游左側、上游右側、下游左側、下游右側四個方位查詢。

立視圖查詢：可以分時段查詢三個柱塊，同時顯示當前時段不同壩段的高程及頂塊澆筑時間、分標段混凝土量和混凝土總量。見附圖1。

剖面圖查詢：顯示某一壩段剖面，并在圖上標明已澆筑部位及當前澆筑部位，在圖形旁邊標明相應部位不同壩塊混凝土塊澆筑信息，如柱塊號、澆筑時間、每一塊澆筑量，使用設備情況等。

逐月澆筑強度圖：以柱狀圖的形式全過程顯示每月澆筑強度及混凝土澆筑累計總量。見附圖2。

2.3.2 工程量查詢

分時間、分高程、分不同壩段范圍、分柱塊顯示已澆筑混凝土量、剩余混凝土量、混凝土總量。

2.3.3 報表查詢

現供查詢的表格共11種，可根據需要查詢：混凝土澆筑月報表，混凝土澆筑順序表，混凝土澆筑量統計表，混凝土高程進度表，混凝土方量計劃表，混凝土層數進展表，澆筑機械月報表，不同部位澆筑強度表，

不同部位高程表，不同部位澆筑塊厚度，各月高程表。

2.4 計劃

分全程計劃和分時段計劃。全程計劃即以當前面貌為起點，作以后整個施工過程的計劃；分時段計劃即

根據輸入的起止時間作計劃，可作年計劃、月計劃、周計劃、天計劃。

3、二期大壩混凝土澆筑模擬系統的特點

二期大壩混凝土澆筑模擬系統不是一般的演示系統，而是一個在真實數據基礎上建立起來的、功能很強的實用系統。它具有以下特點：

3.1 幫助業主和監理工程師快速評價和評審承包商提交的施工總進度計劃。

業主和監理可以利用此系統，預先對工程的總進度計劃進行分析預測，同時對總進度進行分解，作出短期或長期的時段計劃，做到對整個工程情況心中有數，為評審承包商施工總進度計劃提供有力的手段。

3.2 對加快施工進度和技術措施進行定量分析，提供決策依據

本系統可以分別改變某些混凝土澆筑邊界條件,分別計算出對進度計劃的影響程度。如局部或全部改變澆筑層厚對混凝土澆筑的影響，改變間歇期對混凝土澆筑的影響，改變設備布置情況對混凝土澆筑的影響；或同時改變某幾個邊界條件組合因素對混凝土澆筑情況的影響等。通過對計算結果的分析比較，找出對工期最有利的影響因素，并采取相應的措施指導施工。

3.3 快速對混凝土澆筑方案進行多方案比較

以前人工挑塊進行混凝土進度計劃編制，一般要組織一個班子，計算一個方案少則半個月，多則幾個月。如需改變某個參數時，還得重復上述過程。因此，如需要適應工程進展情況或進行多方案比較，頻繁改變一些參數編制詳細進度計劃很難實現。

有了這個系統后，情況就大不一樣了，計算好幾個方案也只要幾天時間。如在1998年12月份排后期總進度計劃和1999年年進度計劃時，共算5個方案也只化了三天時間。有了這樣一個工具，可以使決策人員在很短的時間內就對不同條件下的施工情況有充分的認識，加快決策進程。

3.4 對混凝土施工進行各種因素敏感性分析

隨著工程的進展，施工情況和計劃情況難免有很多不吻合的地方，有時也可能因某種特殊的原因，造成工期延誤情況。為了使工程按期完成，就要加快施工進度。但是到底采用哪些措施能加快進度呢?哪些措施對加快進度影響較大、是關鍵性措施呢?只要我們找出可能的影響因素，然后針對不同的影響因素的組合計算不同的施工方案，就可以在比較后得出明確結論。

3.5 及時地對工程進度進行實時控制和動態監控管理

在工程施工過程中，每一天的施工情況都在改變，特別是工程形象面貌，每澆一塊混凝土就引起變化。本系統能按已形成的形象面貌為基礎，及時作出相應的調整計劃，如作出年計劃、月計劃、周計劃，并把這些結果與總進度計劃比較，對當前施工進度進行快速、合理的評價，及時發現與總進度計劃的偏差，并找出影響因素，避免偏差積累到一定程度而無法彌補。根據當天的施工情況也可計算出第二天澆筑哪幾塊混凝土及具體時間安排，用于指導現場施工。

3.6 對三峽大壩二期混凝土澆筑的過程以三維立體的方式進行動態顯示

以三維立體的方式進行動態顯示，使人看起來更直觀、更形象，整個施工面貌在計算機前就能看得見，足不出戶能知施工現場事。使領導和施工人員不用到現場也能有依據決策。

4、結語

目前三峽二期大壩混凝土澆筑模擬系統已投入試運行，三峽總公司已用此系統輔助安排了1999年施工計劃，并提供了施工單位修改計劃的依據，此系統受到了甲方、各施工單位、各監理單位的歡迎。在應用過程中，功能還會不斷地改進、完善和加強。

* 三峽二期工程大壩混凝土澆筑模擬系統是中國長江三峽工程開發總公司和成都勘測設計研究院，針對三峽工程的特點研制出的大型混凝土澆筑模擬仿真系統。