水利工程智能建造进展及关键技术_1

水利工程智能建造进展及关键技术
发布时间：2022-09-21T01:31:31.852Z 来源：《科学与技术》2022年5月10期作者：郭敏
[导读] 近年来，大数据、物联网、人工智能和云计算等信息技术逐渐在土木和水利工程领域得到了广泛应用郭敏
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摘要：近年来，大数据、物联网、人工智能和云计算等信息技术逐渐在土木和水利工程领域得到了广泛应用。

经过多年的发展，我国水电工程的建设先后经历了人工化、机械化、信息化和数字化的阶段，现在已迈入向智能化转型的阶段。

智能建造定义为将信息化、自动化、智能化与工程建设过程高度融合的建造方式，通过集成和应用智能化系统，减少对人的以来和人工决策的主观性，提高基础设施建设的可靠性和经济性，已经成为当前世界各国土木和水利工程建设的发展重点和热点。

关键词：水利工程；智能建造进展；关键技术
引言
我国水利建设将进入新的发展阶段，这对水利工程智能化建设的关键问题提出了新的要求。

新一代信息技术革命为水利工程智能化建设开辟了新的发展途径。

深入整合新一代信息技术，进一步发展水利工程智能化，是今后研究的重点，也是实现安全、质量、效率、经济、绿色、建设创新型智能水利工程建设目标的关键。

1智能建造三维四要素协同系统分析方法
基于智能建筑的闭环控制理论，面对复杂的特殊水电建设环境，在现有智能建筑技术的基础上(表1):(1)迫切需要各要素的数字双胞胎。

(2)大量的人机合作；(3)无智能位移校正；(4)可持续优化调整；(5)资源共享和协作、有效的知识转移和转移，使水电项目在整个生命周期内持续创造价值。

典型河流段生态整治、地下空间健康环境、土石方利用施工平衡、水工长隧道衬砌优化和智能化施工、深层覆层基础振冲石桩置换技术的智能化管理、地质灾害防治等高地水电工程开发建设中遇到的特殊新问题智能闭环控制系统的建设管理和分析方法应围绕以下工程业务问题进行:(1)水电工程的智能建设活动应围绕技术等工程业务问题进行。

从整个项目管理周期、专业知识和研究方法、工作程序和逻辑的三维、时间-空间-质量-数量4个要素构建了水电工程智能建筑活动三维四要素协作系统的分析框架。

该框架从智能建筑的闭环控制理论入手，强调了智能建筑的创新性、知识应用的全面性和管理决策的科学性。

三个维度是:(1)项目全生命周期管理，即项目建设项目规划-建设-运营、项目提案、调查研究、航道规划、前期可行性研究(可行性研究)设计(2)专业知识和研究方法，即理论分析、采用:(C)四个因素是智能施工，旨在解决典型河流段的环境调节、地下空间环境健康、土石施工平衡、水工隧道智能衬砌、深部覆层基础智能振动、地质灾害防治和绿色生产辅助系统、施工活动的主要变量等问题。

这些变量的性能通过智能操作进行闭环控制。

2水利工程智能建造技术
2.1智能碾压
碾压作业是碾压式土石坝和碾压混凝土坝施工过程中的重要环节，大坝的压实质量直接影响大坝的安全和稳定运行。

同时，碾压作业的施工效率也会影响大坝的施工进度和施工成本，尤其是在高海拔地区。

传统的碾压主要采用人工抽检的方式判断压实质量和控制压实参数（如压实次数、压实轨迹、振动频率、行驶速度等），效率相对较低，且无法确保整个施工区域的压实质量，易产生漏碾、欠碾、错碾和过碾等问题，为后续大坝的运行带来隐患。

为了解决传统人工抽检压实质量难以保证的问题，研究人员提出了数字碾压技术，采用不同的压实监测系统来实时监测压实参数和压实质量。

数字碾压技术应用的初期，碾压机仍由人工控制；为进一步减少人为因素的干预、提高碾压的控制精度，基于自动控制理论、相应的控制机构和技术（包括GPS、计算机、通讯、传感等），无人碾压技术得到了发展。

2.2基坑降水智能监测
利用4G网络实现基坑降水的自动化、信息化、智能化。

通过移动应用和计算机终端，降水管理中心监测各时间点降水设备状态，并以4G格式及时将基本降水水平和流量发送到指挥中心，实现数据互联。

从而可以自动有效地掌握基坑降水情况，自动控制降水系统，实现对基坑降水的科学管理。

该系统克服了以前手工检查准确度低、不合时宜、耗时长、缺乏集中有效管理的缺点。

水位传感器不锈钢探头内置硅传感元件，通过压阻效应将水压转换为电信号，然后电压转换器将信号转换为4-20毫安标准远程信号，将检测到的水位信号发送到远程控制分支。

控制存储的计算机将测量的水位信号与设置信号进行比较，计算偏差，然后根据偏差特性将收集到的数据报告给移动智能和APP计算机终端。

服务器发送订单，智能APP云自动或手动接收订单。

2.3智能温控
控；且通常出于安全考虑而采用保守的通水量，忽略了经济性。

随着数字化和智能化技术的发展和应用，智能温控的理论逐渐完善，大体积混凝土结构的温度应力控制，包括数据采集感知、智能评价决策和温度智能调控3部分。

通过对大坝施工过程的多源数据信息进行采集分析，基于全过程温度应力数值仿真计算评价大坝在预设初始通水策略下的整体安全性，并通过对通水策略的优化，采用当前最优通水策略进行温度的调控。

目前混凝土的温度应力调控主要以“保证结构安全、发挥材料性能和提升施工效率”为优化目标，即在保证结构全过程安全裕度的同时，最大限度发挥混凝土材料的自身强度性能（节约造价）。

混凝土浇筑后的温度变化曲线为一个先增大后减小的单峰曲线，基于此规律，智能温控的优化目标包括：最高温度、最大温差（如不同仓浇筑时机不同而带来温差的最大值）、降温速率等。

3平行智能技术
数字两用技术广泛应用于大坝智能化建设领域。

同时，数字孪晶技术也是解决信息物理系统理论的关键技术。

数字缠绕技术与大坝施工系统的深度融合是深化执行层和协调层智能化水平的关键。

该技术系统涵盖了大坝施工闭环控制理念和维修专家的应用，从智能施工过程、大坝智能产品和施工管理系统三个方面进行。

其核心是多维多尺度建模与仿真技术的发展。

通过多源异构、实时噪声数据识别和分布式处理，实现了高容错能力。

基于机器学习、深度学习、迁移学习、强化学习、广度学习等技术的数据智能，具有多尺度、多因素、多过程的组合模型分析方法，用于深度集成，具有强大的分析决策能力。

人员、机器、信息可以时空可视化，协同工作，具有视觉精确反馈控制功能。

基于水利水电工程信息安全的重要性，进行被动主动安全防御。

为参与施工的各方提供信息集成服务。

以智能建坝过程、随机性、银变量、牛顿定律为核心的数字技术预测孪生控制难以实现复杂的开放式社会物理信息系统的协调控制，因此，必须建立一个具有ACP技术的并行系统来解决问题。

通过建立软件定义的构建元素、构建过程和管理关系，建立一个人工系统，实现从小到大、从大到数据
挖掘的过程。

在此基础上，通过计算实验，实现了多智能体在不同场景下的协调交互和优化策略，通过并行完成被动系统与实际施工系统双向交互的调节，将实际系统引导到最佳战略方向。

结束语
目前，我国水利工程智能建造已逐渐由探索阶段向系统化发展阶段过渡，这些技术难点也开始得到领域专家的关注和研究。

可以预见，随着在理论、技术、方法方面研究的不断深入，智能化标准和体系的逐渐完善，集成智能建造平台不断升级和更高效部署，我国水利工程的建设水平将会达到一个新的高度。

参考文献
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