混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動(dòng)化處理系統(tǒng)研究與應(yīng)用

■陳軍琪，許 娜 ■葛洲壩集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，湖北 宜昌 443002

1 引言

冷卻通水是大體積混凝土溫控的重要措施。隨著混凝土施工質(zhì)量要求越來(lái)越高，冷卻通水技術(shù)不斷發(fā)展。個(gè)性化冷卻通水技術(shù)的提出，極大地改善了大體積混凝土的溫控效果。然而，個(gè)性化通水冷卻技術(shù)需要對(duì)通水參數(shù)和混凝土溫度進(jìn)行準(zhǔn)確和及時(shí)的測(cè)量，但人工調(diào)控方式效率低、誤差大、調(diào)控滯后不能滿足現(xiàn)代水利工程高質(zhì)量快速施工的要求。

混凝土壩冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動(dòng)化處理系統(tǒng)［1］，界面簡(jiǎn)單，可設(shè)置必要的控制參數(shù)，并通過(guò)自動(dòng)采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理，生成可供溫度仿真和預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)，再根據(jù)溫度場(chǎng)仿真和控制算法求解下一步的通水計(jì)劃。它具有準(zhǔn)確性高，測(cè)試效率高，牢固可靠、適應(yīng)性強(qiáng)，自動(dòng)化程度高，安裝簡(jiǎn)便，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，是水利水電工程施工信息化的重要組成部分，也是我國(guó)水利信息化的必要手段，將對(duì)我國(guó)水電工程建設(shè)和節(jié)水事業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

2 混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動(dòng)化處理系統(tǒng)

大壩混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要處理兩種數(shù)據(jù)，一是混凝土內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)，二是冷卻水?dāng)?shù)據(jù)。混凝土內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)，指的是在澆筑時(shí)預(yù)埋設(shè)在壩塊內(nèi)部的用于觀測(cè)大壩混凝土內(nèi)部溫度的永久溫度計(jì)按規(guī)定時(shí)間間隔所采集的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用于指導(dǎo)給壩塊通水降溫的流量控制。混凝土內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)主要包括采集時(shí)間和溫度值。冷卻水?dāng)?shù)據(jù)指的是按規(guī)定時(shí)間間隔采集的冷卻水主管的通水?dāng)?shù)據(jù)，主要包括采集時(shí)間、進(jìn)出水溫度和水流量。軟件中包含了冷卻通水控制方法和數(shù)據(jù)分析功能，該模塊可以為通水控制管理人員提供數(shù)據(jù)分析和輔助設(shè)計(jì)［3］，減少通水管理人員的手工計(jì)算和抄寫。

軟件系統(tǒng)按CS 模式設(shè)計(jì)，采用VBA 和SQL 語(yǔ)言編程，是基于MS Office Access 和MS SQL Server 的數(shù)據(jù)處理和分析軟件，主要用于大型混凝土工程冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)的管理和分析，可以配合大壩混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作，也可以單獨(dú)使用。軟件具有界面簡(jiǎn)潔友好，操作方便快捷，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可靠，報(bào)表采用靈活的Excel 表格，可多用戶并行操作，功能易擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)設(shè)計(jì)有用戶管理和權(quán)限管理模塊，可以分配各個(gè)操作界面的訪問(wèn)權(quán)限，將各個(gè)模塊的功能分配給指定的人員來(lái)錄入和操作，有利于系統(tǒng)的管理。軟件操作界面參見(jiàn)圖1。

大壩混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)的操作界面可分為幾大模塊，即基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)錄入、查看和導(dǎo)出、通水輔助計(jì)劃。下面是對(duì)各個(gè)模塊分別進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動(dòng)化處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是為計(jì)算通水日計(jì)劃輸入的參數(shù)，它包括流量傳感器注冊(cè)數(shù)據(jù)和倉(cāng)號(hào)管理、安裝管理數(shù)據(jù)。

流量傳感器注冊(cè)后，即通過(guò)輸入有關(guān)流量傳感器裝置的編號(hào)和序列號(hào)，可以方便的看到流量傳感器的使用情況和安裝位置。倉(cāng)號(hào)管理的信息數(shù)據(jù)包括:①該倉(cāng)的冷卻期信息，要為各個(gè)冷卻期的控制參數(shù)，這些參數(shù)是要用于冷卻水控制計(jì)算;②該倉(cāng)中安裝的混凝土溫度計(jì)信息;③該倉(cāng)安裝的冷卻水管信息，信息需按要求填寫，其中冷卻水管安裝信息中的支管套數(shù)是必填的;④混凝土溫度計(jì)與冷卻水管的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖1 大壩混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)處理軟件部分界面截圖

2.2 數(shù)據(jù)錄入

(1)混凝土內(nèi)部溫度錄入:數(shù)據(jù)來(lái)源為試驗(yàn)室的觀測(cè)資料。按設(shè)計(jì)要求的時(shí)間觀測(cè)所有溫度計(jì)的值。

(2)冷卻水調(diào)整信息錄入:錄入原有的(未使用本軟件以前)冷卻水調(diào)整日計(jì)劃信息，如果一直使用本軟件一般不需要在此界面上輸入資料。該界面可用來(lái)查看某日的通水計(jì)劃，也可以做少量修改。

(3)冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)錄入:錄入冷卻通水的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來(lái)源是通水班每次所觀測(cè)的數(shù)據(jù)。

(4)氣溫錄入:錄入大壩氣溫觀測(cè)資料，數(shù)據(jù)來(lái)源于通水班的氣溫觀測(cè)資料。由于氣溫錄入的特點(diǎn)，程序在錄入日期時(shí)做優(yōu)化，第一行數(shù)據(jù)需要輸入完整的日期和時(shí)間，而第二行和接下來(lái)的行只需要輸入時(shí)間即可，程序默認(rèn)采用上次的日期。并且在錄入日期可用點(diǎn)號(hào)代替冒號(hào)，提高了錄入的速度和效率。

2.3 查看和導(dǎo)出

(1)混凝土內(nèi)部溫度查看:按照混凝土溫度計(jì)的編號(hào)來(lái)查看其歷史數(shù)據(jù)和過(guò)程線，也可以用作Excel 數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。

(2)冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)查看:按照冷卻水管編號(hào)來(lái)查看其歷史數(shù)據(jù)和過(guò)程線，也可以用作Excel 數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。

(3)通水情況查看(可導(dǎo)出作為周報(bào)):導(dǎo)出“冷卻通水情況表”，可以方便地粘貼到周報(bào)中。程序可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excel 表格并自動(dòng)以“冷卻通水情況導(dǎo)出+統(tǒng)計(jì)時(shí)間+存儲(chǔ)時(shí)間.xls”形式的文件名保存在程序根目錄中，然后程序自動(dòng)打開(kāi)Excel 文件呈現(xiàn)在用戶面前。

(4)業(yè)主報(bào)表導(dǎo)出(導(dǎo)出符合業(yè)主要求的Excel 報(bào)表形式):用于查看和導(dǎo)出“混凝土單元工程通水冷卻檢測(cè)記錄表”，導(dǎo)出的Excel 表格可以用于導(dǎo)入業(yè)主的信息系統(tǒng)。程序可以將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Excel 表格并以“通水冷卻檢測(cè)記錄+開(kāi)始時(shí)間+截至?xí)r間+保存時(shí)間.xls”的文件名保存在程序根目錄下。

2.4 通水輔助計(jì)算

該系統(tǒng)最核心的功能部分就是能夠輔助通水日計(jì)劃的計(jì)算。軟件包含了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)控制算法，可以提供一個(gè)控制流量范圍作為參考，最終由操作人員來(lái)決定是否采用。如果經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證該算法有效并可靠，則可以取消由操作人員確定的步驟。

其中，算法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有:冷卻期、本期控制的最高溫度、本期出現(xiàn)的最高溫度、本期出現(xiàn)的最低溫度、本期已經(jīng)冷卻的天數(shù)、本期控制目標(biāo)溫度、前日壩體末次溫度、前日降溫速率、控制降溫速率、當(dāng)前壩體溫度回彈、冷卻水管編號(hào)、前日計(jì)劃通水溫度、前日計(jì)劃通水流量，還有本日擬通水溫度和本日擬通水流量。界面下部是“歷史通水日計(jì)劃”，顯示了最近5 次的通水日計(jì)劃給操作人員做參考。界面的最下部是操作區(qū)域，如果操作人員不同意推薦的本日擬通水溫度和本日擬通水流量則可以在文本框中輸入需要的值。“保存”按鈕是保存“輔助通水日計(jì)劃”的內(nèi)容，這時(shí)這些內(nèi)容會(huì)顯示到“歷史通水日計(jì)劃”中，表示已經(jīng)保存了。“前一項(xiàng)記錄”“后一項(xiàng)記錄”分別用來(lái)，遍歷所有的溫度計(jì)，即每一個(gè)溫度計(jì)在每天做一個(gè)通水計(jì)劃。

3 結(jié)論

“大壩混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)處理軟件”主要處理兩種數(shù)據(jù)，一是混凝土內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)，二是冷卻水?dāng)?shù)據(jù)。混凝土內(nèi)部溫度數(shù)據(jù)主要包括采集時(shí)間和溫度值，可用于指導(dǎo)壩塊通水降溫的流量控制。冷卻水?dāng)?shù)據(jù)，指的是按規(guī)定時(shí)間間隔采集的冷卻水主管的通水?dāng)?shù)據(jù)，主要包括采集時(shí)間、進(jìn)出水溫度和水流量。軟件的控制方法是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控經(jīng)驗(yàn)提煉的算法，它能夠減輕資料處理的負(fù)擔(dān)，特別是做通水日計(jì)劃，同時(shí)能夠進(jìn)行通水日輔助計(jì)算，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，大大的減少通水人員的計(jì)算和抄寫。該軟件系統(tǒng)也是實(shí)現(xiàn)個(gè)性化智能通水［4］的先決條件，必將有力推動(dòng)混凝土智能溫控技術(shù)的快速發(fā)展。

［1］譚愷炎.等，大體積混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)自動(dòng)化采集系統(tǒng)研制與應(yīng)用.水庫(kù)大壩建設(shè)與管理中的技術(shù)進(jìn)展——中國(guó)大壩協(xié)會(huì)2012 學(xué)術(shù)年會(huì)，2012.

［2］軟件著作權(quán)，大壩混凝土冷卻通水?dāng)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)，葛洲壩集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，2011SR039709，2011-6-22.

［3］周厚貴.等，一種大體積混凝土冷卻通水流量控制方法，中國(guó)，201110318693.5，2011-10-19.

［4］朱伯芳.論混凝土壩的水管冷卻，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院、結(jié)構(gòu)材料研究所，北京100038.