重大水利水电工程项目关系国家政治、经济社会和科技文化的发展,工程项目决策、建设和运营面临诸多挑战,任何失误都可能带来巨大的损失或社会、经济及自然环境等影响。如糯扎渡水电站(坝高.5m)、溪洛渡水电站(坝高.5m)、两河口水电站(坝高m)、乌东德水电站(坝高m)、白鹤滩水电站(坝高m)等,这些水电站均为m级特高工程,建设规模和施工难度均居世界前列,施工质量直接关系工程成败及下游人民生命和财产安全。水电工程建设施工方法和管理经历了传统人工、机械化、自动化、数字化和智能化的发展过程。在人工和机械化阶段,常规质量控制受人为因素影响、管理粗放、信息沟通不畅,导致施工措施与管理不到位,易导致工程质量失控;在互联网、大数据背景下,近年来信息技术与工程建设结合,已有一批重大水电工程陆续建成,基本形成了工程数字化建设模式和施工质量控制体系,广泛应用于工程建设进度、质量和安全等方面。水电工程数字化建设实践中,国内主要依托糯扎渡、长河坝、双江口、溪洛渡等为代表的水电工程开展了相关数字化、智能化的研究与应用。天津大学和华能集团依托糯扎渡水电站,研发了大坝工程质量与安全信息管理系统,对心墙堆石坝填筑过程、坝料上坝运输进行实时监控,自动采集与控制坝料加水信息,对工程质量、安全监测、施工进度等信息进行集成管理,总结数字大坝的定义为“互联网＋卫星技术＋当代信息技术＋先进控制技术＋现代坝工技术＝数字大坝”。国电大渡河依托长河坝、双江口水电站,开展了工程生命周期管理、全方位风险预判和全要素智能调控,通过研发工程数据中心、工程管控平台和决策指挥中心,实现数据驱动的感知、预判和决策管理模式。三峡集团依托溪洛渡水电站,探索性开展了特高拱坝智能化研究,提出智能大坝理念,开创高拱坝智能化建设的先河。随着信息技术、传感与数据处理技术的升级和迭代,特别在“中国制造”“工业4.0”“互联网＋”等国家战略下,水电智能化技术需同步升级与纵深发展。为此,在金沙江下游白鹤滩特高拱坝建设过程中,本文提出智能建造筑坝理念,升华“感知分析控制”闭环智能控制理论向“全面感知真实分析实时控制”的转变,进一步将现代先进智能化手段与工程建设深度融合,开展面向关键施工工艺和业务流程的智能建造理论体系研究与技术实践,对工程智能化、精准化管理模式进行创新,提升工程建设与管理水平。一、特高拱坝智能建造理念特高拱坝智能建造指集成融合传感技术、通信技术、数据技术、建造技术及项目管理等知识,对建造物及其建造活动的安全、质量、环保、进度、成本等内容进行感知、分析、控制和优化的理论、方法、工艺和技术的统称,以促进安全、优质、绿色、高效建造。智能建造将建造过程按最小单元和过程进行分解,细化各建造过程的资源投入、工艺过程、业务流程、结构性态、工程进度等要素,对建造过程进行智能化分析与调控,保证工程建造质量和成本。智能建造具有自动感知、自适应学习、协同互动、智能控制等特征,需具备以下功能:对建设过程中人、机、料、法、环等要素进行实时自动感知;以感知的数据为基础,进行数据存储与分析,构建数字化、可视化模型,对工程建设进度、质量、安全、效率等要素进行重构、仿真和评判;实现信息、资源互通共享和项目协同管理,形成业主、设计、监理、施工参建各方的协同联动机制,提供优质、高效、广泛、深度的数据交换;积累形成数据库和知识库,不断迭代和学习,满足工程建设需求;利用数据、模型、知识进行自适应学习,通过海量数据挖掘发布预警信息,辅助工程建设管理与决策。溪洛渡大坝建设中,首次提出了“感知分析控制”的闭环智能控制思想,研发构建了覆盖工程建设多专业的信息管理平台,为工程优质、高效建设施工与管理提供了重要保障。随着信息系统、传感技术与数据处理等技术升级和迭代,年开工建设的白鹤滩特高拱坝建设实践中,以智能建造闭环控制理论为基础,升华“感知分析控制”闭环智能控制理论向“全面感知真实分析实时控制”的转变(见图1),深度融合工程空间模型与信息,建立动态精细化的可感知、可分析、可控制的智能化建设与管理运行体系。图1特高拱坝智能建造闭环控制体系1)全面感知,即利用现代的传感与采集技术,通过个体式、断面式、扫描式等移动终端和装置,实时、全面、准确采集工程建设中的各类施工数据,借助卫星通信技术、移动网络及互联网技术实时动态进行双向传输、存储与动态分析。结合水电项目特点,将感知数据分为基础数据、过程数据、监测数据与环境数据。其中,基础数据包含拱坝结构模型、设计(力学、热学、结构)、地质、基础试验、工程特征等信息;过程数据包含管理、设备材料、进度计划、质量安全、合同等信息,如施工过程资源设备投入、备仓与浇筑过程质量验评、混凝土生产、运输、浇筑、温控、灌浆、金属结构等施工全过程信息;监测数据包含基岩与混凝土应力与变形、地应力、混凝土温度、渗流、横缝开合度、地震、临时施工等;环境数据指现场气温、湿度、风向、风速、降雨、太阳辐射等气象数据及水文水情等信息。2)真实分析,在实时感知的数据基础上,利用计算机仿真、建筑信息模型(BIM)、虚拟现实等技术,将数据信息与三维空间模型耦合关联,建立实时动态映射关系,实现工程信息与数据可视化、数字化,利于后续的直观表达或分析;利用云计算、大数据等技术,进行数据关联、挖掘、统计、呈现等,实时动态分析数据规律,预测后续趋势,对工程建设进度、质量、安全进行分析预测;利用数值仿真技术,对工程结构的温度、应力、变形、渗流与稳定进行仿真模拟与重构,评估、预测工作性态。3)实时控制,通过工程大数据中心、风险预警、智能化控制设备等手段对感知分析的数据信息进行处理与反馈,达到实时自动控制的目的。对于施工过程的海量数据信息,通过构建全过程数字化管理模块、App录入工具,构建工程大数据中心,利用协同工作管理平台、大屏展示、App查询等方式,将工程信息实时反馈,利于参建各方及时处理与决策;对于关键指标或重要参数(如坯层覆盖时间、混凝土最高温度、降温幅度等),依据设计规范和关键绩效指标(KPI),利用信息推送或短信预警等方式进一步对异常情况进行分类分级预警,利于参建各方及时准确掌握关键信息并处理;对于能实现智能化的关键工艺,按“感知分析控制”的闭环智能控制思想,研发动态精细化的可感知、可分析、可控制的智能控制装备(如智能通水、智能喷雾、智能灌浆等),实现关键工艺的智能分析与调控。二、特高拱坝智能建造系统架构智能建造系统涉及范围广、专业类型多,是一个庞大的系统工程,基本架构包含感知层、网络层、数据层、平台层、应用层及系统集成接口组成。其中,感知层是智能建造系统的数据来源,由射频标签、

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