大坝混凝土浇筑过程模拟系统

1、概述
    三峡二期工程大坝混凝土浇筑，无论总量还是施工强度在国内外水电历史上都是空前的。巴西伊泰普水电站混凝土最大年浇筑强度达303万m2，创造了水电历史最高记录；我国葛洲坝水电站，最大年浇筑强度达203万m2。三峡二期大坝混凝土浇筑总量达1238万m3，年浇筑强度达410万m3，月最高浇筑强度近45万m3，40万m3/月以上高强度浇筑时间持续9～10个月。所以二期工程混凝土施工作为三峡工程又一创世界记录的难题，多年来为国内外专家所关注。二期大坝结构十分复杂，大坝一般分两条纵缝，泄洪坝段设22个溢流表孔，23个泄洪深孔，22个临时导流底孔；左岸厂房坝段有14个钢管；另外，还有3个排砂孔，2个排漂孔。二期大坝混凝土施工设备种类多，干扰大，有塔带机、门机、缆机、混凝土施工除平面上有交叉外，空间上也相互制约和干扰。二期混凝土施工期，自1999年年初全面清基交面到2002年10月全线到达185m，施工期仅46个月。二期混凝土的施工还受到夏季高温、雨季、雾天等自然因素的影响。二期大坝混凝土施工量大、工期紧、质量要求高，施工难度大。为确保2003年10月首批机组并网发电，二期大坝混凝土施工必须精心组织，严格施工，采用先进的手段指导施工。
    做好混凝土施工计划十分重要，以往水电工程大坝混凝土施工计划都要耗费大量人力和时间，还要随着施工进展不断调整，而且容易产生差错。三峡二期混凝土浇筑块数以万计，各种施工条件又十分复杂，施工计划的编制调整如果用人来做，将是相当困难的。
    二期混凝土施工模拟系统就是采用先进的计算机技术，结合二期工程施工实际情况和技术要求，并融入以往混凝土施工的经验，对二期大坝混凝土施工过程进行模拟。此模拟对混凝土每块浇筑的过程进行计算和记录，从而对坝体一天的浇筑情况到周、月、季、年计划直至大坝建成，可对大坝建设任何时段的形象进度、浇筑量等进行快速查询。其模拟采用二维、三维动态显示，是一个可以看得见的施工过程。这个系统比用人来做，提高效率上千倍，对混凝土施工指挥和决策具有重大意义。
    2、二期大坝混凝土施工模拟系统介绍
    二期大坝混凝土施工模拟系统对二期工程泄洪坝段、左岸厂房坝段混凝土施工过程进行了模拟，系统主
要包括数据库输入、计算、查询和计划四部分。
    2.1 数据输入
    数据输入就是对混凝土浇筑边界条件的输入，如施工设备及混凝土拌合系统的控制范围和时段、施工设备性能、大坝的体型尺寸、施工程序及混凝土浇筑有关技术参数。其中有些不变条件在程序中处理，如大坝体型等；有些可变条件做成表格的形式，可以根据不同方案需要进行修改，如技术参数中的混凝土浇筑间歇期、浇筑层厚、仓面准备情况等。对已浇筑块的资料也需输人系统，作为计算的基础依据，如开仓时间、入
仓时间、高程、混凝土量及性质、所用浇筑设备等。数据输入还包括已施工的灌浆、排水资料的输入。
    二期大坝混凝土拌合系统有79m、90m、120m和82m共四个系统，施工设备有6台塔带机、2台缆机，另外还有胎带机和门机。在本系统中，混凝土开仓浇筑除满足仓面准备等条件外，还要同时满足相应部位设备要求和拌合楼生产能力的要求，而且冬季和夏季的生产能力也不同。
    输入的数据是系统正确、合理运行的基础，这些数据又是施工经验的总结。所以科学的、符合工程实际施工情况的数据对本系统尤为重要。已浇筑块资料是下步计算的基础条件，只有准确的录人才能计算出最近工程实际的进度，同时，坝体完工后，可获得一份宝贵的历史记录资料。
    2.2 计算
    坝体浇筑模拟计算数学模型，以状态变量和决策变量与约束条件间的数学逻辑关系来定量描述。主题程序通过状态变量和决策变量的不断改变，按照既定的浇筑规律和约束条件对大坝混凝土进行施工过程的模拟。状态变量是能反映大坝混凝土施工形象面貌的变量，包括：各坝段混凝土浇筑高程、方量和时间；决策变量是根据混凝土浇筑的规律要求随时判断将要进行的浇筑的坝块和所用的浇筑机械；约束条件，指大坝混凝土施工中应遵守的一般规律和制约混凝土施工的各种因素：主要包括混凝土施工过程中的一般规律、合同文件、技术规范要求以及三峡工程特定的结构形式和特定的施工条件下的各种要求等，如坝体层间间歇时间、混凝土初凝终凝时间、相邻坝块高差、立模拆模要求、基础处理、仓面清理、大坝上升速度和施工期允许应力等。大坝混凝土施工模拟，就是选择满足约束条件的决策变量，并根据决策变量的变化，计算出一组新的大坝混凝土状态变量；然后在新的状态下，进行新的决策变量判断；通过大坝混凝土状态变量的不断改变，大坝混凝土也就从低到高地进行着模拟浇筑。
    模拟系统在计算的同时，进行二维和三维的动态显示。二维按坝体纵缝分三块显示，三维既可以对整体、又可以对局部显示，观察方向可随意选择，在显示时，正在动态浇筑的块体以不同的颜色加以表示，可以清楚形象地看出坝体施工的过程，同时可以动态显示出正在浇筑块体的浇筑时间、浇筑部位、浇筑机械、浇筑方量、浇筑顺序等，整个大坝浇筑过程真实地展现在眼前，全部施工状态尽收眼底。
    2.3 查询
    查询分为图形查询、工程质量查询和报表查询。
    2.3.1 图形查询
    三维图查询：可以整体、分坝段、分时段、以不同的缩写比例查询，还可以从上游左侧、上游右侧、下游左侧、下游右侧四个方位查询。
    立视图查询：可以分时段查询三个柱块，同时显示当前时段不同坝段的高程及顶块浇筑时间、分标段混凝土量和混凝土总量。见附图1。
    剖面图查询：显示某一坝段剖面，并在图上标明已浇筑部位及当前浇筑部位，在图形旁边标明相应部位不同坝块混凝土块浇筑信息，如柱块号、浇筑时间、每一块浇筑量，使用设备情况等。
    逐月浇筑强度图：以柱状图的形式全过程显示每月浇筑强度及混凝土浇筑累计总量。