《中国电力报》头条,智能温控让大坝“活”起来
发布时间:2020-11-06作者:阅读:89055

    “感知监测单元就像遍布人体全身的神经元,它由数量庞大的多类型传感器、数据读取采集仪表、通讯传输设备等组成,将大坝实时信息传递给控制系统,还可以与大坝已有的安全监测系统对接以获得更多的数据,对大坝施工及运行状况进行全方位实时扫描。”宜昌天宇科技有限公司(简称“天宇科技”)总经理杜彬接受中国电力报记者采访时说,智能温控大坝由布置在混凝土大坝内外的感知监测单元、控制系统和调控设备组成,就像是一个充满活力的“生命体”,智能温控让大坝“活”起来。

  世间万物皆有生命,只有让生命活力呈现才能持久以至永恒。让大坝“活”起来,是水利工作者永恒的课题。天宇科技二十年来致力于混凝土大坝保温保湿防裂防渗技术研究,不断探索与实现。杜彬带领的团队通过对混凝土基础理论及“可永久调控混凝土大坝温度的方法及装置”的研究,提出了“智能温控大坝和温度调控方法”,并获得了发明专利,为混凝土大坝建设及运行中的温度控制提供了技术支持。

实现全生命周期智能温度调控

  “智能温控大坝和温度调控方法改变了仅在施工期通冷却水进行降温的温控模式,可对混凝土大坝全生命周期进行智能、分区、双向的温度调控,这些通过智能温控大坝特有的结构和先进的调控方法来共同实现。”杜彬告诉中国电力报记者说,控制系统犹如人体的大脑,它一方面接受处理与大坝温度调控相关的海量数据信息,另一方面利用“智慧大脑”中存储的规则、知识库、模型库对数据进行处理判定形成具体的温度调控,指导调控设备的运行,实现对大坝混凝土的温度调控。

  再聪明的“大脑”做出正确的决策也离不开信息的支撑。天宇科技采用大数据和现代通讯技术搭建数据库,包括反映混凝土温控需求的混凝土内部数据,指导极端天气条件下提前分阶段进行温度调控的天气预报、水文气象信息,实施大坝混凝土智能温度调控行为后的自我评判、深度学习、自我修正相关数据。

  调控设备就是最终的执行者,有了它智能温控大坝才能告别“纸上谈兵”达到“知行合一”的境界。它包括可提供低温与高温调控介质的生产设备、环境温度达到零摄氏度以下仍可运行的抗冻调控介质,以及将大坝划分为网格状的管网组成,利用物联网技术与控制系统结合。生产设备就像人的心脏可源源不断提供大坝温度调控需要的能量,调控介质好比人体中循环不止的血液,携带着能量对混凝土进行交换和供给,管网结构更像是人体中大大小小的血管,它能够将能量精准的输送至大坝内任意部位。

  智能温控大坝可对大坝全生命周期进行双向调控,它给大坝构造了一颗热情澎湃的“心脏”,在低温季节首先对抗冻性能优异的调控介质进行升温,利用平行于大坝上下游面布置的多层调控管网将“心脏”产生的能量输送至表层混凝土进行升温调控,通过双向的温度调控手段,对大坝全生命周期提供了一种有效的保护。

  目前控制大坝的温度主要有三种方式。一是严格限制混凝土浇筑过程的骨料温度、拌和温度及入仓温度。二是坝体内部布置冷却水管、仓面和大坝表面洒水养护。三是仓面越冬采用聚氨酯或棉被等临时保温,大坝上下游表面、底孔和表孔等部位采用聚氨酯或苯板永久保温等。但是这三种方式单一或者组合效果都不是很理想。“我们在公司的超低温环境试验室(最低温度可达零下45摄氏度)内进行了大体积混凝土温度补偿系统研究实验,观察到采用聚氨酯保温层对混凝土试件进行保温防护,可以减缓外界环境温度变化对混凝土试件温度的影响,但是随着时间的推移保护和无保护大体积混凝土内部温度趋于一致,揭示了大体积混凝土内部无恒定温度场。在试验中通过埋设在混凝土试件中的传感器与温度补偿设备的控制系统相连接实现了温度智能补偿。”杜彬告诉中国电力报记者说。

温度智能补偿系统防裂效果明显

  “对比试验结果显示出温度补偿系统对大体积混凝土试件的温度调控效果明显,引导性的升温或者降温,可以达到试件中心点温度和表面温度相近。温度调控结束后,经过20倍放大观察,多组试件均未发现可见微细裂缝,显示出了混凝土温度补偿系统进行双向引导式调控防裂效果明显,大体积混凝土表面温度调控相对于内部温度调控更加有效。”杜彬接受中国电力报记者采访时说,通过温度调控对混凝土进行有效防护,保持混凝土温差波幅较小状态是防裂的有效手段。大量的试验数据分析表明,依据环境温度对大体积混凝土进行智能温度调控防裂的方法是有效而且可行的。

  智能温控大坝和温度调控方法不论是夏季降温调控,还是低温季节抗冻介质升温调控均为封闭式循环调节,可以有效地节约资源。将大坝网格化分区调控使温度控制更加精准、高效和个性化,它利用布置在大坝内部的管网结构将其划分成多个单元,然后对每一单元的混凝土进行实时监测以获得调控需求,针对性的制定调控策略并指导实施,既可以单独调控某一个单元,也可以同时调控多个单元,对于大坝的一些重点部位和特殊部位重点调控,从而做到精准施策。

  据了解,大坝多采用混凝土材料建筑而成,但施工时混凝土内所含的水泥遇水会产生较大热量,使内部温度远远高于外部。对于我国西北地区的混凝土大坝,冬季受环境低温影响也会出现内外温差较大的情况,进而导致裂缝的产生。

  混凝土材料的传热性能较差,再高效的温控措施都有一定的滞后性。而天气的变化无常让调控更加跟不上节奏,智能温控大坝和温度调控方法将大坝所在地天气预报、水文气象信息接入数据库,提前预知未来的天气以及温度变化,最后通过“大脑”进行系统决策,拿出一个最优的调控策略提前干预,让大坝温度调控节点前移,有效防止大坝裂缝的产生。

  “智能温控大坝建设与大坝实体浇筑同步进行。大坝开始施工后就按浇筑分区建设多个可智能调控温度的子系统,满足施工期对分区建设的混凝土进行调控需求。随着大坝施工进度将先后构建的子系统按整体调控理论进行连接和整合,竣工时就形成智能温控大坝。”杜彬接受中国电力报记者采访时说,天宇科技目前和中水北方勘测设计研究有限责任公司正在合作开展研究,对该技术工程应用进行完善和推广应用至大坝建设,为混凝土大坝安全运行提供保障。

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