壩料智能計量稱重和加水系統的研制與應用

樊 鵬，王 寧

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概況

土石壩填筑料工程量大、種類多，傳統計量方式[1- 2]，數據收集工程量大，準確性差。且上壩堆石料需進行加水作業，以提高碾壓質量，常規方法是在壩面通過布設水管灑水或灑水車灑水，但會影響填筑正常進行且在灑水時與填筑施工交叉作業存在較大安全隱患。為了實現填筑壩料智能計量稱重和自動加水改善填筑壩料工程特性，依托長河壩工程對相關工程技術進行研究與應用。

長河壩水電站礫石土心墻堆石壩，最大壩高240.0 m，壩頂長度502.85 m，頂寬16.0 m，河床覆蓋層深約80 m，大壩總填筑方量約3 300萬m3。

2 壩料計量稱重系統

2.1 壩料計量稱重系統介紹

傳統過磅稱量僅是單純地對填筑壩料的稱重數據進行記錄，計量人員每班打印相應的過磅數據，并根據數據向各運輸單位進行計量。計量員每次需要進行大量的分類篩選工作，施工效率低，且相關數據也僅是作為了計量依據，不能有效的進行分類匯總進一步輔助項目管理。計量稱重系統主要針對大壩填筑的壩料實現稱重數據的自動收集、實時傳輸、同步整理、以及異常數據信息預警等功能。

2.2 數據收集實時傳輸

傳統方式需要依靠大量人員進行統計、整理才能得出受人為因素影響的數據，精確性大打折扣。通過對無線傳輸技術研究，使其服務于施工作業面有關的數據，進行實時的數據收集及自動化傳輸[3]，方便管理人員對有施工作業有關的數據及時整理歸存，并以數據結合視頻影像輔助指導完成有關調度施工決策等。

礫石土心墻壩填筑具有料種多、填筑量大的特點，所以地泵房面對的是繁多的運輸車輛，不同地點的料源和不同位置的卸料地點，從而產生大量的過磅數據。以往的過磅數據全部依靠地泵員進行統計整理，下班后交給后方管理人員，造成數據分析的延后。為了解決這一問題，在傳統過磅方式的基礎上，增加了信息傳輸。地泵房每過一車料，信息在存儲至地泵房本機上的同時發送到后方共享電腦上，稱重數據傳輸示意如圖1所示。后方管理人員可以第一時間看到過磅數據，隨時對數據進行數據分析和整理，從而對出現的問題做出及時處理。

圖1 稱重數據傳輸示意

稱重數據實時傳輸的實現，減少數據收集的中間環節，降低了可能出現錯誤的概率。同時在每個地磅房加裝監控系統，對稱重車輛和值班員雙向監控。當運輸車隊提出稱重車數有異常時，可以通過調取監控錄像用于比對。

同時，獨立開發相關的統計分析管理軟件，通過將稱重數據進行軟件的統計分析，計量管理人員可以直觀的對違規稱重的數據進行自動提取、識別和判定，有效的避免了車輛一車多卡、循環過磅等的問題，確保了稱重信息的準確性。

2.3 數據同步收集整理

系統開發前技術人員首先對計量稱重涉及的運輸單位、發貨地點、收貨地點、壩料品名的邏輯關系進行了梳理，相關邏輯關系詳見圖2。系統開發的目的是在圖中點擊關系中的任何一個點，系統會將這個點上的關聯信息進行羅列。比如使用人點擊了過渡料，并選取一個時間段，系統會總動羅列出該料在哪個發貨地點供應了多少，在哪個收貨地點接收了多少，哪家運輸單位運送了多少噸和多少車。為確保稱重數據的完整性，系統預留手動輸入的接口，手動數據以excel表格的形式導入軟件中，數據導入軟件中軟件自動與收集到的數據進行整合(特殊情況下需要采用手工記錄的稱量數據)。數據查詢的條件有發貨地點、收貨地點、運輸單位和品名，查詢的要求是能按照條件查詢到每天、周、月的稱量車數和過磅噸位的總和。運輸單位信息的錄入編輯具有可修改性，可在基礎數據界面進行編輯。

圖2 壩料計量稱重系統邏輯關系

通過開發在施工管理系統的計量管理界面可輕松的完成數據的分類匯總、統計和查詢，壩料計量稱重系統分類查詢匯總如圖3所示。

圖3 壩料計量稱重系統分類查詢匯總

2.4 異常數據預警

研究過程中發現一開始計量稱重系統由于系統本身設計存在缺陷，主要因為系統識別車輛身份是通過安裝在自卸汽車的駕駛室玻璃上的無線射頻卡實現的。實際操作中若一輛車同時裝有2張不同的射頻卡，稱重系統將識別2輛車的運輸重量。此外，部分路段施工中檢查發現過駕駛員采取循環過磅騙取計量成果的現象。通過將稱重數據進行軟件的統計分析，計量管理人員可以直觀的對違規稱重的數據進行自動提取、識別和判定，有效的避免了車輛一車多卡、循環過磅等的問題，確保了稱重信息的準確性。稱重計量系統異常數據分析原理見圖4。

圖4 稱重計量系統異常數據分析原理

異常數據分析的目的在于使用者在系統上設定標準運輸時間和標準運輸噸位后，系統可以自動識別收集到的過磅數據是否在正常的范圍內，并對地磅的運行狀態進行動態監控。主要有以下幾方面要點：

(1)異常數據的分析主要是指單車運輸稱量數據異常的判斷。使用者在系統輸入標準值后，系統會根據標準值自動提取過磅數據的異常信息。

(2)系統對異常數據自動進行自動識別的同時，還能夠將這些異常數據進行標識和保存。

(3)系統要有異常數據的提示功能，計量人員進行窗口對識別的異常數據進行最終的閉合管理，數據確為異常，計量員對異常數據進行刪除。數據是特殊情況下造成進行閉合保存。

3 自動加水系統

3.1 自動加水系統介紹

填筑壩料補水采用壩外式加水，研究設計了一種筑壩料自動加水系統[4]，并已獲得專利授權。該系統與壩料計量稱重系統有效綁定使用，系統通過檢測車載無線射頻卡(RFID)自動識別地泵系統測得的該車壩料重量，計算出適宜加水量，并利用液體流量傳感器及電磁閥控制水流開關，實現智能化加水。系統能夠有效保證加水量，且實現自動控制，結構簡單、安全可靠、經濟。

3.2 堆石料運輸車輛自動加水與監控系統應用

在土石壩填筑過程中，上壩堆石料往往需要進行加水作業。該系統通過在車輛上安裝射頻卡，可讀取車輛編號、載重等數據，自動計算加水量，在車輛進入加水區后，讀卡器根據感應的車輛信號，實現自動加水的統計，并在電子顯示牌上顯示需加水量、加水狀態等信息，并將數據收集至中心數據庫內。通過在加水管路上安裝電磁閥門，可實現上壩堆石車輛自動加水與監控，并統計加水系統過車次數以及加滿水次數，計算加水合格率，若加水不達標或加水未完成，司機和車輛不得離開加水區，保證施工質量。

4 結 語

壩料智能計量稱重和加水系統是針對目前水利水電工程施工現狀研究的，適用于快節奏、高強度的施工過程管理。通過研究形成的主要結論如下：

(1)研究搭建了壩料計量稱重管理系統和自動加水系統的集成平臺，協同處理施工業務。同時實現了數字化遠程操控，提高了工作效率。

(2)通過對壩料稱重計量系統數據的同步采集、整理與異常數據信息的預警功能的深層開發，實現了數據的實時收集與智能分析，縮短了管理路徑，提高了過程管理響應速度。

(4)依托計量稱重系統可進行系統反算壓實方的填筑施工進度，實現了施工進度的實時過程跟蹤，加強了過程管控。

(5)通過數據實時收集與整理，實現了關鍵數據的快速分析，更有效輔助施工質量管理。

[1] 馬洪琪. 我國壩工技術的發展與創新[J]. 水力發電學報, 2014, 33(6): 1- 10．

[2] 張建棟, 雷玉霞. 淺談大型土石壩工程的信息化稱重計量[J]. 四川水力發電, 2015, 34(3): 11- 14．

[3] 孫周輝. 數字大壩系統在長河壩電站大壩工程中的應用[J]. 四川水力發電, 2015, 34(5): 139- 143+156.

[4] 李法海, 王森榮, 薛凱, 等. 一種筑壩料加水裝置[P]. 四川： CN203583487U, 2014- 05- 07．