壩料智能計量稱重和加水系統(tǒng)的研制與應(yīng)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(tǒng)計量方式[1- 2]，數(shù)據(jù)收集工程量大，準(zhǔn)確性差。且上壩堆石料需進(jìn)行加水作業(yè)，以提高碾壓質(zhì)量，常規(guī)方法是在壩面通過布設(shè)水管灑水或?yàn)⑺嚍⑺珪绊懱钪＿M(jìn)行且在灑水時與填筑施工交叉作業(yè)存在較大安全隱患。為了實(shí)現(xiàn)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(guān)工程技術(shù)進(jìn)行研究與應(yīng)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(tǒng)

2.1 壩料計量稱重系統(tǒng)介紹

傳統(tǒng)過磅稱量僅是單純地對填筑壩料的稱重數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，計量人員每班打印相應(yīng)的過磅數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)向各運(yùn)輸單位進(jìn)行計量。計量員每次需要進(jìn)行大量的分類篩選工作，施工效率低，且相關(guān)數(shù)據(jù)也僅是作為了計量依據(jù)，不能有效的進(jìn)行分類匯總進(jìn)一步輔助項目管理。計量稱重系統(tǒng)主要針對大壩填筑的壩料實(shí)現(xiàn)稱重數(shù)據(jù)的自動收集、實(shí)時傳輸、同步整理、以及異常數(shù)據(jù)信息預(yù)警等功能。

2.2 數(shù)據(jù)收集實(shí)時傳輸

傳統(tǒng)方式需要依靠大量人員進(jìn)行統(tǒng)計、整理才能得出受人為因素影響的數(shù)據(jù)，精確性大打折扣。通過對無線傳輸技術(shù)研究，使其服務(wù)于施工作業(yè)面有關(guān)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)收集及自動化傳輸[3]，方便管理人員對有施工作業(yè)有關(guān)的數(shù)據(jù)及時整理歸存，并以數(shù)據(jù)結(jié)合視頻影像輔助指導(dǎo)完成有關(guān)調(diào)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(diǎn)，所以地泵房面對的是繁多的運(yùn)輸車輛，不同地點(diǎn)的料源和不同位置的卸料地點(diǎn)，從而產(chǎn)生大量的過磅數(shù)據(jù)。以往的過磅數(shù)據(jù)全部依靠地泵員進(jìn)行統(tǒng)計整理，下班后交給后方管理人員，造成數(shù)據(jù)分析的延后。為了解決這一問題，在傳統(tǒng)過磅方式的基礎(chǔ)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(jī)上的同時發(fā)送到后方共享電腦上，稱重數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，隨時對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和整理，從而對出現(xiàn)的問題做出及時處理。

圖1 稱重數(shù)據(jù)傳輸示意

稱重數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)，減少數(shù)據(jù)收集的中間環(huán)節(jié)，降低了可能出現(xiàn)錯誤的概率。同時在每個地磅房加裝監(jiān)控系統(tǒng)，對稱重車輛和值班員雙向監(jiān)控。當(dāng)運(yùn)輸車隊提出稱重車數(shù)有異常時，可以通過調(diào)取監(jiān)控錄像用于比對。

同時，獨(dú)立開發(fā)相關(guān)的統(tǒng)計分析管理軟件，通過將稱重數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件的統(tǒng)計分析，計量管理人員可以直觀的對違規(guī)稱重的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動提取、識別和判定，有效的避免了車輛一車多卡、循環(huán)過磅等的問題，確保了稱重信息的準(zhǔn)確性。

2.3 數(shù)據(jù)同步收集整理

系統(tǒng)開發(fā)前技術(shù)人員首先對計量稱重涉及的運(yùn)輸單位、發(fā)貨地點(diǎn)、收貨地點(diǎn)、壩料品名的邏輯關(guān)系進(jìn)行了梳理，相關(guān)邏輯關(guān)系詳見圖2。系統(tǒng)開發(fā)的目的是在圖中點(diǎn)擊關(guān)系中的任何一個點(diǎn)，系統(tǒng)會將這個點(diǎn)上的關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行羅列。比如使用人點(diǎn)擊了過渡料，并選取一個時間段，系統(tǒng)會總動羅列出該料在哪個發(fā)貨地點(diǎn)供應(yīng)了多少，在哪個收貨地點(diǎn)接收了多少，哪家運(yùn)輸單位運(yùn)送了多少噸和多少車。為確保稱重數(shù)據(jù)的完整性，系統(tǒng)預(yù)留手動輸入的接口，手動數(shù)據(jù)以excel表格的形式導(dǎo)入軟件中，數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件中軟件自動與收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合(特殊情況下需要采用手工記錄的稱量數(shù)據(jù))。數(shù)據(jù)查詢的條件有發(fā)貨地點(diǎn)、收貨地點(diǎn)、運(yùn)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(shù)和過磅噸位的總和。運(yùn)輸單位信息的錄入編輯具有可修改性，可在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)界面進(jìn)行編輯。

圖2 壩料計量稱重系統(tǒng)邏輯關(guān)系

通過開發(fā)在施工管理系統(tǒng)的計量管理界面可輕松的完成數(shù)據(jù)的分類匯總、統(tǒng)計和查詢，壩料計量稱重系統(tǒng)分類查詢匯總?cè)鐖D3所示。

圖3 壩料計量稱重系統(tǒng)分類查詢匯總

2.4 異常數(shù)據(jù)預(yù)警

研究過程中發(fā)現(xiàn)一開始計量稱重系統(tǒng)由于系統(tǒng)本身設(shè)計存在缺陷，主要因?yàn)橄到y(tǒng)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(shí)現(xiàn)的。實(shí)際操作中若一輛車同時裝有2張不同的射頻卡，稱重系統(tǒng)將識別2輛車的運(yùn)輸重量。此外，部分路段施工中檢查發(fā)現(xiàn)過駕駛員采取循環(huán)過磅騙取計量成果的現(xiàn)象。通過將稱重數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件的統(tǒng)計分析，計量管理人員可以直觀的對違規(guī)稱重的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動提取、識別和判定，有效的避免了車輛一車多卡、循環(huán)過磅等的問題，確保了稱重信息的準(zhǔn)確性。稱重計量系統(tǒng)異常數(shù)據(jù)分析原理見圖4。

圖4 稱重計量系統(tǒng)異常數(shù)據(jù)分析原理

異常數(shù)據(jù)分析的目的在于使用者在系統(tǒng)上設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸時間和標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸噸位后，系統(tǒng)可以自動識別收集到的過磅數(shù)據(jù)是否在正常的范圍內(nèi)，并對地磅的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控。主要有以下幾方面要點(diǎn)：

(1)異常數(shù)據(jù)的分析主要是指單車運(yùn)輸稱量數(shù)據(jù)異常的判斷。使用者在系統(tǒng)輸入標(biāo)準(zhǔn)值后，系統(tǒng)會根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值自動提取過磅數(shù)據(jù)的異常信息。

(2)系統(tǒng)對異常數(shù)據(jù)自動進(jìn)行自動識別的同時，還能夠?qū)⑦@些異常數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識和保存。

(3)系統(tǒng)要有異常數(shù)據(jù)的提示功能，計量人員進(jìn)行窗口對識別的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行最終的閉合管理，數(shù)據(jù)確為異常，計量員對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。數(shù)據(jù)是特殊情況下造成進(jìn)行閉合保存。

3 自動加水系統(tǒng)

3.1 自動加水系統(tǒng)介紹

填筑壩料補(bǔ)水采用壩外式加水，研究設(shè)計了一種筑壩料自動加水系統(tǒng)[4]，并已獲得專利授權(quán)。該系統(tǒng)與壩料計量稱重系統(tǒng)有效綁定使用，系統(tǒng)通過檢測車載無線射頻卡(RFID)自動識別地泵系統(tǒng)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(guān)，實(shí)現(xiàn)智能化加水。系統(tǒng)能夠有效保證加水量，且實(shí)現(xiàn)自動控制，結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)。

3.2 堆石料運(yùn)輸車輛自動加水與監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

在土石壩填筑過程中，上壩堆石料往往需要進(jìn)行加水作業(yè)。該系統(tǒng)通過在車輛上安裝射頻卡，可讀取車輛編號、載重等數(shù)據(jù)，自動計算加水量，在車輛進(jìn)入加水區(qū)后，讀卡器根據(jù)感應(yīng)的車輛信號，實(shí)現(xiàn)自動加水的統(tǒng)計，并在電子顯示牌上顯示需加水量、加水狀態(tài)等信息，并將數(shù)據(jù)收集至中心數(shù)據(jù)庫內(nèi)。通過在加水管路上安裝電磁閥門，可實(shí)現(xiàn)上壩堆石車輛自動加水與監(jiān)控，并統(tǒng)計加水系統(tǒng)過車次數(shù)以及加滿水次數(shù)，計算加水合格率，若加水不達(dá)標(biāo)或加水未完成，司機(jī)和車輛不得離開加水區(qū)，保證施工質(zhì)量。

4 結(jié) 語

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

(1)研究搭建了壩料計量稱重管理系統(tǒng)和自動加水系統(tǒng)的集成平臺，協(xié)同處理施工業(yè)務(wù)。同時實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化遠(yuǎn)程操控，提高了工作效率。

(2)通過對壩料稱重計量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同步采集、整理與異常數(shù)據(jù)信息的預(yù)警功能的深層開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時收集與智能分析，縮短了管理路徑，提高了過程管理響應(yīng)速度。

(4)依托計量稱重系統(tǒng)可進(jìn)行系統(tǒng)反算壓實(shí)方的填筑施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)了施工進(jìn)度的實(shí)時過程跟蹤，加強(qiáng)了過程管控。

(5)通過數(shù)據(jù)實(shí)時收集與整理，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵數(shù)據(jù)的快速分析，更有效輔助施工質(zhì)量管理。

[1] 馬洪琪. 我國壩工技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新[J]. 水力發(fā)電學(xué)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(fā)電, 2015, 34(3): 11- 14．

[3] 孫周輝. 數(shù)字大壩系統(tǒng)在長河壩電站大壩工程中的應(yīng)用[J]. 四川水力發(fā)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．