１工程概況

梨園水電站位于云南省迪慶州香格里拉縣（左岸）與麗江市玉龍縣（右岸）交界的金沙江中游河段，是金沙江中游河段規劃的第３個梯級。梨園水電站是以發電為主、兼顧防洪，并具有庫區航運和旅游等綜合效益的大型水電水利工程。水庫正常蓄水位１６１８ｍ，相應庫容７．２７×１０８ｍ３，電站裝機容量２４００ＭＷ（４×６００ＭＷ）。
樞紐主要由混凝土面板堆石壩、右岸溢洪道、左岸引水系統、左岸泄洪沖沙洞及左岸岸邊發電廠房等建筑物組成?；炷撩姘宥咽瘔位A最低高程１４７１ｍ，壩頂高程１６２６ｍ，最大壩高１５５ｍ，壩頂長５２５．３ｍ，壩頂寬１２ｍ。大壩上游壩坡１∶１．４，下游壩坡在高程１５９４ｍ以上采用１∶１．７，以下采用１∶１．５。
堆石壩總填筑量約８０２×１０４ｍ３，其中壩體主填筑料總量約７３２×１０４ｍ３，根據料源及對壩料特性、施工方便、經濟合理等要求，大壩從上游到下游依次分為墊層區（２Ａ）、過渡區（３Ａ）、主堆石區（３Ｂ）、下游堆石區（３Ｃ、３Ｄ），周邊縫下設特殊墊層區（２Ｂ）。
壩體填筑最大剖面見圖１。
２０１１年８月１６日大壩填筑正式開始施工，２０１３年７月２５日，壩體填筑至１６２３ｍ高程，完成大壩主體填筑７３１×１０４ｍ３。壩體填筑最大月強度為４７．９×１０４ｍ３，在這樣的壩體填筑強度下，如何做好大壩填筑施工質量控制，如何在及時高效地收集和管理大壩工程建設過程中的質量監測、安全監控、施工進度等信息，是工程建設管理的重要技術問題。
為此，云南金沙江中游水電開發有限公司委托天津大學開展了“梨園水電站面板堆石壩建設與監測信息管理系統”（簡稱“數字大壩系統”）的研究開發與建設工作。

２梨園ｉｊｕｈ數字大壩系統的開發與建設

２．１數字大壩系統建設目標

１）建立一套具有實時性、連續性、自動化、網絡化、可視化、高精度等特點的梨園水電站面板堆石壩施工監測系統。系統對大壩施工的壩面碾壓和壩料運輸進行有效監控，建立質量動態實時控制及預警機制，使大壩填筑施工過程始終處于系統的監控狀態，實現施工在線實時監測和反饋控制，有效控制施工質量。
２）將水電站的設計、施工及運行過程中涉及眾多動、靜態信息進行綜合集成和有效管理與分析，為水電站設計、施工、運行與工程建設管理等提供全面、快捷、準確的信息服務和決策支持系統。
３）提高工程建設管理水平與效率，為打造梨園優質精品工程服務。

２．２數字大壩系統主要內容

梨園水電站數字大壩系統主要包括上壩運輸過程實時監控、填筑碾壓過程實時監控、大壩施工信息ＰＤＡ采集、大壩安全監測信息集成管理、綜合信息三維可視化管理、數字大壩系統設施等幾個方面的內容。數字大壩系統結構設計見圖２。

２．２．１上壩運輸過程實時監控系統

通過在上壩運輸自卸車上安裝監測設備，對自卸車從料場裝料到壩面卸料的全過程進行遠程監控，當發現自卸車實際卸料地點與應卸料區域不匹配時向施工管理人員進行反饋以及時處理，并可進行上壩運輸強度與上壩道路車流量的統計分析。

２．２．２大壩填筑碾壓過程實時監控系統

通過在振動碾上安裝監測設備，對大壩填筑施工過程中的碾壓參數（包括碾壓機行走速度、碾壓遍數、激振力輸出狀態、壓實厚度）進行遠程監控，當發現存在超速、漏碾等施工不規范情況發生時，即時向施工管理人員進行反饋以及時處理，從而保證碾壓施工過程能嚴格按照經生產型試驗確定的參數進行，避免不規范現象的出現，保證施工質量。
２．２．３大壩施工信息ＰＤＡ采集系統

對于不能應用監測設備自動采集的重要工程信息，如車輛調度信息、試驗檢測信息，需要在施工現場進行采集的，可應用ＰＤＡ進行人工采集。

２．２．４大壩安全監測信息集成管理系統

將大壩安全監測單位采集的安全監測信息集成到數字大壩系統中，并在大壩整個壽命周期內進行長期跟蹤與動態分析。

２．２．５“數字大壩”綜合信息三維可視化管理系統

構建梨園水電站三維虛擬模型，將工程建設過程中涉及的工程信息與三維模型相結合，在虛擬的數字大壩系統環境下，實現各種工程信息的集成化、可視化管理。

２．３數字大壩系統設施

數字大壩系統設施包括總控中心，設置于業主管理營地，由研發單位值守，負責整個系統的管理與維護。分控站設置于大壩施工現場下游約５００ｍ處施工值班室，配備電腦與網絡設備，由監理在此值班，值班人員通過電腦進行監控。ＧＰＳ基準站（整個系統的位置基準）、服務器組（設置于業主營地機房）、硬件設備包括碾壓機監測設備，安裝于碾壓機上。自卸車監測設備，安裝于自卸車上；ＰＤＡ設備等。

３數字大壩系統的運行與管理

３．１數字大壩系統運行管理體系

業主單位通過合同約定、制定數字大壩系統運行管理辦法，明確監理、施工單位數字大壩運行管理及配合責任，過程中通過檢查考核，形成了由業主牽頭協調、監理單位具體負責、施工單位緊密配合、系統研發單位負責維護的管理系統。在梨園水電站壩體填筑碾壓施工質量監控實施中，數字大壩總控中心是整個系統的核心組成部分，負責系統維護與數據分析、管理?，F場分控站的任務是進行大壩碾壓及鋪料現場各作業面施工控制參數的設定以及接收來自總控室的監控信息，由監理單位和施工單位派相關人員２４ｈ值守，應用系統對大壩施工過程進行實時監控與問題處理。

３．２大壩填筑施工現場質量監控管理

梨園水電站數字大壩施工質量監控體系見圖３。
３．２．１大壩填筑開倉、收倉管理

倉面鋪料和碾壓開始前施工單位向監理工程師填報開倉計劃表：明確開始進行鋪料填筑及碾壓施工倉面的范圍、坐標、上壩運輸車輛的取料和卸料位置、倉面碾壓施工質量控制參數等。施工單位現場管理人員通過和現場監理工程師以及數字大壩現場分控站的信息溝通，開倉時通知分控站啟動數字大壩ＧＰＳ質量監控系統，收倉時關閉數字大壩ＧＰＳ質量監控系統。倉面鋪料和碾壓（補碾）施工過程中，碾壓機械和上壩運輸車輛信息有調整時及時通知現場分控站，實時調整監控參數設置。
如果大壩施工單位未按照配合要求完成相關工作，如安排未安裝監測設備的碾壓機施工，在這種情況下數字大壩系統無法進行有效監控。在此情況下，分控站監理工程師不允許該單元開倉。如監控中發現有漏碾等施工不規范問題，施工單位未能妥善處理，數字大壩系統會顯示該單元不能收倉，分控站監理工程師也不允許該單元收倉。

３．２．２碾壓參數監控管理

１）建立碾壓參數監控指標與報警機制。
①碾壓機超速報警：大壩碾壓施工碾壓機行走限速為１．５～３ｋｍ／ｈ，如果碾壓機連續２０ｓ超過限速，則系統會發出超速報警。
②激振力不達標報警：如果碾壓機連續５ｍｉｎ激振力不達標，則系統會發出激振力不達標報警。
③碾壓遍數控制：碾壓遍數控制目標：具體到每一施工單元，滿足碾壓遍數要求的區域面積比率不低于９０％，且無明顯漏碾、欠碾區域。系統會自動生成碾壓軌跡及碾壓遍數圖形及統計分析數據，如未達到規定要求，則該倉判定不合格，需補充碾壓直至達到合格要求為止。
④壓實厚度控制：每一施工單元碾壓結束后，系統將根據上、下兩層監測到的高程數據相減得到該單元厚度分布數據，并以圖形報告的形式輸出，每一施工單元監控得到的壓實厚度均值與要求的厚度之間的偏差應不超過１０％。
大壩碾壓機鋪料現場作業面碾壓機械的行駛速度、激振力檔位的運行工況、碾壓遍數、鋪料厚度以及每一輛上壩運輸車輛的取料和卸料位置都實時直觀的顯示在現場分控站和總控室監控系統的顯示屏上，使現場管理人員實時了解大壩碾壓及鋪料現場各作業面上的施工情況，如碾壓及運輸機械的工作狀態及施工質量情況等，一旦出現施工偏差和質量偏差，數字大壩監控系統將即時通過監控計算機報警、手機短信報警等形式，實時提示現場監理人員跟蹤現場施工質量情況，及時通知施工單位管理人員要求現場機械操作人員進行返工、整改。
２）數字大壩系統監控成果，如碾壓遍數達標率圖形報告等納入單元驗收環節，作為單元驗收的補充材料。

３．３安全監測數據管理

將大壩安全監測數據定期錄入到數字大壩系統中進行集成管理，包括壩體沉降、位移、滲水量等?？梢钥旖莘奖愕牟樵儽O測數據。

３．４試驗檢測資料管理

梨園水電站大壩壓實密度和孔隙率等試驗檢測，采用試坑法檢測和附加質量法檢測。將兩種方法的檢測數據定期錄入到數字大壩系統中進行集成管理。

３．５其它信息資料管理

梨園水電站面板堆石壩建設與監測信息管理系統還包括工程地質情況信息系統、樞紐布置數字化信息系統等，在整個大壩工程施工過程中起到了信息集成管理的作用。相關界面見圖４。
４數字大壩施工參數監控成果
１）上壩運輸車輛卸料報警統計。系統運 行６９３ｄ（２０１１年８月３１日至２０１３年７月２５日），根據監理整合報警情況，共監控１４８１個調度計劃，監測到卸料報警２０１７次，產生卸料報警主要是由于系統運行初期，施工單位未及時上報變更計劃、臨時調動、開倉調度沖突、臨時鋪路等原因造成的，后期隨著管理加強，卸料報警頻次大幅度降低。
２）碾壓機行駛超速報警統計。共計監測到碾壓機實際超速報警６９４次，平均每天每臺超速０．１１次（１ｄ平均按１０臺碾壓機計算），碾壓機超速碾壓得到有效控制。
３）碾壓機振動狀態不達標統計。共計監測到碾壓機振動不達標報警１９２次，平均每天每臺超速０．０３次（１ｄ平均按１０臺碾壓機計算），碾壓機振動不達標情況得到了很好的控制。
４）倉面碾壓遍數統計與分析：監控結果顯示所有全程監控的施工倉面中，碾壓達到了標準遍數及以上，碾壓遍數達標保證率為１００％。
５）倉面壓實厚度統計與分析：主堆石區（３Ｂ）、下游堆石排水區（３Ｄ）、次堆石區（３Ｃ）壓實厚度標準值為０．８ｍ，監測控制值為０．７２～０．８８ｍ；墊層過渡區（２Ａ、３Ａ）壓實厚度標準值為０．４ｍ，監測控制值為０．３６～０．４４ｍ。監控結果顯示，所有監控倉面壓實厚度處于受控狀態。

５壩體填筑碾壓質量檢測

５．１壩體填筑料設計標準壩體主填筑料設計標準見表１。
５．２壩體填筑碾壓質量檢測

梨園水電站壩體填筑碾壓質量檢測采用試坑法檢測和附加質量法檢測。試坑法檢測數據統計見表２（業主試驗檢測中心數據），附加質量法檢測壓實干密度數據統計見表３（業主物探檢測中心數據）。
試驗檢測數據表明，梨園水電站壩體填筑碾壓質量全部達到或超過設計標準，碾壓質量得到了很好的控制。
６結 語

梨園水電站數字大壩系統自應用以來，通過對大壩施工過程進行實時監測和反饋控制，彌補了人為監控的不足，對大壩填筑質量起到了有效的保證作用；將填筑施工質量監測、試驗檢測、安全監測、施工進度等信息進行集成管理，建立起了一個數據信息平臺。數字大壩系統有效提高了大壩施工質量監控的水平和效率，確保大壩施工質量始終處于受控狀態，為土石壩施工質量的高標準控制開辟了一條新的途徑，具有廣闊的應用前景。