14-谭恺炎——混凝土个性化通水冷却仿人工智能控制算法研究

大体积混凝土通水冷却仿人工智能控制算法研究

周厚贵1、谭恺炎2、马金刚1

１、中国能源建设集团有限公司，北京，100080

２、葛洲坝集团试验检测有限公司，湖北宜昌，443002

摘要：通过获取冷却通水的流量、混凝土内部温度计算混凝土冷却通水降温效率，根据设计温控曲线确定的降温时段与降温幅度要求，以当前流量与混凝土温度为计算基准计算下一步流量控制值。同时引入实际降温流量系数α的动态调整并配合滞后系数ξ的辅助修正，解决除通水以外的其它温控参数变化引起的计算偏差，实现了控制混凝土内部温度均匀平稳下降，并在预期时间内达到控制目标温度的目的。该算法实现了通水流量的自动计算，排除人工控制的随意性，进一步提高了大体积混凝土的施工质量。

关键词：冷却通水;流量控制算法;仿人工智能;流量系数;滞后系数

Study on Human-simulated Intelligent Control Algorithm for Pipe Cooling of

Mass Concrete

Zhou Hougui 1Tan Kaiyan2Ma Jingang1

1.China Energy Engineering Group Co., Ltd. Beijing, China 100080

2.Gezhouba Group Testing Co., Ltd. Yichang, Hubei, China 443002

Abstract: Through acquiring pipe cooling flow and concrete internal temperature, pipe cooling efficiency is calculated. According to the design temperature control graph, cooling period and cooling magnitude are determined, and next control flow is calculated according to the present flow and concrete temperature. Meanwhile, dynamic adjustment from actual cooling flow factor αand additional correction from lag factor ξare introduced, through which the deviation from temperature control parameters other than pipe cooling is considered. Finally steady cooling of concrete is realized and the aim of controlling target temperature within expected period is achieved. Through this algorithm the automatic calculation of pipe flow is realized, and randomness of manual calculation is eliminated, and the further improvement on construction quality of mass concrete is made.

Keywords: pipe cooling, flow control algorithm, human-stimulated intelligence, flow factor, lag factor

1前言

大体积混凝土在浇筑后，例如大坝的坝体，由于水泥水化放热的作用，其内部会产生大量热量导致温度急剧升高，如果这些热量不能很好地排出会导致混凝土内部产生拉应力继而

产生裂缝，造成质量事故。目前，除了采用降低混凝土拌和物温度、覆盖保温被等措施外，最直接和有效的方法是给混凝土内部埋设冷却水管，并通入冷却水来排出热量，即通水冷却技术。混凝土坝通水冷却技术复杂，是工程建设设计与研究的重要内容。然而，目前混凝土通水冷却的控制方式通常是人工检测、记录与人工调控方式，这种方式效率低，误差大，调控滞后，数据采集的及时性、准确性不高。当前越来越多的工程通过调整不同的温控阶段的水温或流量实行个性化通水，这对温控作业人员的要求很高，且需要大量的作业和管理人员。目前，我国的混凝土工程通水冷却方案是根据工程经验和实测混凝土温度变化过程线规律，划分一期、中期、二期通水降温三个阶段，各阶段分别采用人工凭经验的按固定流量和水温进行通水降温，降温原则就是超温了就加大流量；降温速率过快就降低流量或关闭。这样的经验控制法经常出现温度陡升陡降和反弹等现象，对混凝土的质量很不利。

本文提供一种大体积混凝土通水冷却仿人工智能控制算法，给出通水流量建议值，减少了以往人工经验控制算法计算时间，从定性到定量，提高了计算精度，解决了温控滞后问题，可以提高工程施工质量。

2算法原理

人们在控温过程中凭感官直觉获得被控过程中温度变化，变化的大小及快慢，以及距设定点的远近等信息，并据此对被控对象进行调节控制，虽然这些信息具有模糊量的性质，但经过大脑的分析判断后可作出相应的控制动作（决策），所谓仿人工智能控制，它的基本思想就是在控制过程中，利用计算机模拟人的控制行为，识别和判断描述控制过程中的各种特征量，模仿人的直觉推理，作出相应的控制决策1。大体积混凝土通水冷却仿人工智能控制系统采用流量和温度传感器组获取通水水温、流量以及混凝土内部温度，安装电动阀门实现通水流量调节控制，测控装置搭载算法软件后储存温控设计要求、水温与流量、混凝土温度等数据，对通水降温的效率进行计算，并将混凝土内部温度与设计要求的目标温度进行比较，找出差距后按照同样的降温效率增、减流量，指挥阀门动作调节至计算流量，通过不断感知和反复学习修正，实现目标温度的智能化控制。其系统结构如下图2-1所示。