大壩混凝土澆筑過程模擬系統(tǒng)

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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(qiáng)度在國內(nèi)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(qiáng)度達(dá)303萬m2，創(chuàng)造了水電歷史最高記錄；我國葛洲壩水電站，最大年澆筑強(qiáng)度達(dá)203萬m2。三峽二期大壩混凝土澆筑總量達(dá)1238萬m3，年澆筑強(qiáng)度達(dá)410萬m3，月最高澆筑強(qiáng)度近45萬m3，40萬m3/月以上高強(qiáng)度澆筑時(shí)間持續(xù)9～10個(gè)月。所以二期工程混凝土施工作為三峽工程又一創(chuàng)世界記錄的難題，多年來為國內(nèi)外專家所關(guān)注。二期大壩結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，大壩一般分兩條縱縫，泄洪壩段設(shè)22個(gè)溢流表孔，23個(gè)泄洪深孔，22個(gè)臨時(shí)導(dǎo)流底孔；左岸廠房壩段有14個(gè)鋼管；另外，還有3個(gè)排砂孔，2個(gè)排漂孔。二期大壩混凝土施工設(shè)備種類多，干擾大，有塔帶機(jī)、門機(jī)、纜機(jī)、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(dá)185m，施工期僅46個(gè)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(zhì)量要求高，施工難度大。為確保2003年10月首批機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，二期大壩混凝土施工必須精心組織，嚴(yán)格施工，采用先進(jìn)的手段指導(dǎo)施工。
    做好混凝土施工計(jì)劃十分重要，以往水電工程大壩混凝土施工計(jì)劃都要耗費(fèi)大量人力和時(shí)間，還要隨著施工進(jìn)展不斷調(diào)整，而且容易產(chǎn)生差錯(cuò)。三峽二期混凝土澆筑塊數(shù)以萬計(jì)，各種施工條件又十分復(fù)雜，施工計(jì)劃的編制調(diào)整如果用人來做，將是相當(dāng)困難的。
    二期混凝土施工模擬系統(tǒng)就是采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合二期工程施工實(shí)際情況和技術(shù)要求，并融入以往混凝土施工的經(jīng)驗(yàn)，對二期大壩混凝土施工過程進(jìn)行模擬。此模擬對混凝土每塊澆筑的過程進(jìn)行計(jì)算和記錄，從而對壩體一天的澆筑情況到周、月、季、年計(jì)劃直至大壩建成，可對大壩建設(shè)任何時(shí)段的形象進(jìn)度、澆筑量等進(jìn)行快速查詢。其模擬采用二維、三維動(dòng)態(tài)顯示，是一個(gè)可以看得見的施工過程。這個(gè)系統(tǒng)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(tǒng)介紹
    二期大壩混凝土施工模擬系統(tǒng)對二期工程泄洪壩段、左岸廠房壩段混凝土施工過程進(jìn)行了模擬，系統(tǒng)主
要包括數(shù)據(jù)庫輸入、計(jì)算、查詢和計(jì)劃四部分。
    2.1 數(shù)據(jù)輸入
    數(shù)據(jù)輸入就是對混凝土澆筑邊界條件的輸入，如施工設(shè)備及混凝土拌合系統(tǒng)的控制范圍和時(shí)段、施工設(shè)備性能、大壩的體型尺寸、施工程序及混凝土澆筑有關(guān)技術(shù)參數(shù)。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(jù)不同方案需要進(jìn)行修改，如技術(shù)參數(shù)中的混凝土澆筑間歇期、澆筑層厚、倉面準(zhǔn)備情況等。對已澆筑塊的資料也需輸人系統(tǒng)，作為計(jì)算的基礎(chǔ)依據(jù)，如開倉時(shí)間、入
倉時(shí)間、高程、混凝土量及性質(zhì)、所用澆筑設(shè)備等。數(shù)據(jù)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(tǒng)有79m、90m、120m和82m共四個(gè)系統(tǒng)，施工設(shè)備有6臺塔帶機(jī)、2臺纜機(jī)，另外還有胎帶機(jī)和門機(jī)。在本系統(tǒng)中，混凝土開倉澆筑除滿足倉面準(zhǔn)備等條件外，還要同時(shí)滿足相應(yīng)部位設(shè)備要求和拌合樓生產(chǎn)能力的要求，而且冬季和夏季的生產(chǎn)能力也不同。
    輸入的數(shù)據(jù)是系統(tǒng)正確、合理運(yùn)行的基礎(chǔ)，這些數(shù)據(jù)又是施工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。所以科學(xué)的、符合工程實(shí)際施工情況的數(shù)據(jù)對本系統(tǒng)尤為重要。已澆筑塊資料是下步計(jì)算的基礎(chǔ)條件，只有準(zhǔn)確的錄人才能計(jì)算出最近工程實(shí)際的進(jìn)度，同時(shí)，壩體完工后，可獲得一份寶貴的歷史記錄資料。
    2.2 計(jì)算
    壩體澆筑模擬計(jì)算數(shù)學(xué)模型，以狀態(tài)變量和決策變量與約束條件間的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系來定量描述。主題程序通過狀態(tài)變量和決策變量的不斷改變，按照既定的澆筑規(guī)律和約束條件對大壩混凝土進(jìn)行施工過程的模擬。狀態(tài)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(shí)間；決策變量是根據(jù)混凝土澆筑的規(guī)律要求隨時(shí)判斷將要進(jìn)行的澆筑的壩塊和所用的澆筑機(jī)械；約束條件，指大壩混凝土施工中應(yīng)遵守的一般規(guī)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(guī)律、合同文件、技術(shù)規(guī)范要求以及三峽工程特定的結(jié)構(gòu)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(shí)間、混凝土初凝終凝時(shí)間、相鄰壩塊高差、立模拆模要求、基礎(chǔ)處理、倉面清理、大壩上升速度和施工期允許應(yīng)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(jù)決策變量的變化，計(jì)算出一組新的大壩混凝土狀態(tài)變量；然后在新的狀態(tài)下，進(jìn)行新的決策變量判斷；通過大壩混凝土狀態(tài)變量的不斷改變，大壩混凝土也就從低到高地進(jìn)行著模擬澆筑。
    模擬系統(tǒng)在計(jì)算的同時(shí)，進(jìn)行二維和三維的動(dòng)態(tài)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(shí)，正在動(dòng)態(tài)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(shí)可以動(dòng)態(tài)顯示出正在澆筑塊體的澆筑時(shí)間、澆筑部位、澆筑機(jī)械、澆筑方量、澆筑順序等，整個(gè)大壩澆筑過程真實(shí)地展現(xiàn)在眼前，全部施工狀態(tài)盡收眼底。
    2.3 查詢
    查詢分為圖形查詢、工程質(zhì)量查詢和報(bào)表查詢。
    2.3.1 圖形查詢
    三維圖查詢：可以整體、分壩段、分時(shí)段、以不同的縮寫比例查詢，還可以從上游左側(cè)、上游右側(cè)、下游左側(cè)、下游右側(cè)四個(gè)方位查詢。
    立視圖查詢：可以分時(shí)段查詢?nèi)齻€(gè)柱塊，同時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)段不同壩段的高程及頂塊澆筑時(shí)間、分標(biāo)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(biāo)明已澆筑部位及當(dāng)前澆筑部位，在圖形旁邊標(biāo)明相應(yīng)部位不同壩塊混凝土塊澆筑信息，如柱塊號、澆筑時(shí)間、每一塊澆筑量，使用設(shè)備情況等。
    逐月澆筑強(qiáng)度圖：以柱狀圖的形式全過程顯示每月澆筑強(qiáng)度及混凝土澆筑累計(jì)總量。