大壩工程智能建造技術(shù)與實(shí)踐探索

Intelligent construction technology and engineering practice in dam engineering

劉毅，雒翔宇，趙宇飛，趙衛(wèi)全

中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，100038，北京

摘要：我國(guó)大壩智能建造已邁入全新發(fā)展階段，以數(shù)字孿生、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等為核心的新一代信息技術(shù)深度賦能大壩全生命周期建設(shè)和管理。分析總結(jié)了大壩智能建造技術(shù)的發(fā)展歷程，闡釋了智能建造的功能作用，并指出智能建造可為建設(shè)智能大壩提供高質(zhì)量物理大壩本體和全生命周期數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，可成為發(fā)展水利新質(zhì)生產(chǎn)力的集成載體。闡明了感知-分析-決策-饋控的智能建造技術(shù)架構(gòu)，以及技術(shù)通則-集成規(guī)范-專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)相銜接的智能建造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，運(yùn)用實(shí)際案例分析了智能溫控、智能碾壓、智能灌漿、智能跟蹤仿真等典型智能建造技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景?；谥悄艽髩卫砟睿岢鑫磥?lái)大壩智能建造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，即從典型工序突破到全要素集成、從智能監(jiān)控到具身智能、從專注施工建設(shè)到全生命周期統(tǒng)籌，將朝著更加安全、更加綠色、更加智能的方向不斷前進(jìn)

關(guān)鍵詞：智能建造；智能饋控；智能大壩；技術(shù)架構(gòu)；工程實(shí)踐

作者簡(jiǎn)介：劉毅，副院長(zhǎng)、流域水循環(huán)與水安全全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，正高級(jí)工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)研究

DOI：10.3969/j.issn.1000-1123.2025.16.008

大壩是國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施，在保障我國(guó)防洪安全、供水安全、糧食安全、能源安全等方面發(fā)揮著重要作用，其優(yōu)質(zhì)高效建設(shè)和安全高效可持續(xù)運(yùn)行關(guān)系國(guó)計(jì)民生。習(xí)近平總書記對(duì)大壩建設(shè)運(yùn)行管理提出了一系列新思想新觀點(diǎn)新論斷，強(qiáng)調(diào)要堅(jiān)持安全第一，加強(qiáng)隱患排查預(yù)警和清除，確?，F(xiàn)有水庫(kù)安全無(wú)恙；加快推進(jìn)水利基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化；提升流域設(shè)施數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平；加快新一代信息技術(shù)等領(lǐng)域科技創(chuàng)新，積極運(yùn)用新技術(shù)改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。水利部貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記關(guān)于大壩建設(shè)運(yùn)行管理的重要指示批示精神，致力于推進(jìn)安全大壩、生態(tài)大壩、智能大壩建設(shè)，不斷提升大壩現(xiàn)代化建設(shè)運(yùn)行管理能力。2024年4月水利部印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)水利工程建設(shè)數(shù)字孿生的指導(dǎo)意見(jiàn)》，指出要加快推進(jìn)智能溫控、智能灌漿、智能振搗、智能碾壓、智能隧洞掘進(jìn)等智能建造設(shè)備及裝備應(yīng)用，綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、北斗、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，提高水利工程建設(shè)過(guò)程的感知、分析、決策和執(zhí)行能力，引導(dǎo)水利工程施工逐步向智能化施工轉(zhuǎn)變。本文回顧了大壩智能建造技術(shù)的發(fā)展歷程，從需求、趨勢(shì)等多個(gè)維度闡述了大壩智能建造的必要性和意義，提出了智能建造的技術(shù)架構(gòu)，結(jié)合典型工程闡明了智能建造技術(shù)的應(yīng)用成效，圍繞新一代信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)展望了智能建造技術(shù)的發(fā)展前景，可為大壩工程智能化建設(shè)提供參考。

大壩智能建造技術(shù)演進(jìn)

我國(guó)壩工技術(shù)發(fā)展起步較晚。1949年以前我國(guó)高于15m的大壩僅有21座；相比之下歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)建設(shè)一批100m以上的水庫(kù)大壩，其中1936年建成的美國(guó)胡佛大壩壩高221m，代表了當(dāng)時(shí)發(fā)達(dá)國(guó)家筑壩技術(shù)的先進(jìn)水平。新中國(guó)成立以來(lái)，依托一大批大壩工程建設(shè)，我國(guó)壩工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從弱到強(qiáng)、從追趕到領(lǐng)跑的跨越。尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，在一大批重大水利水電工程建設(shè)需求驅(qū)動(dòng)下，信息技術(shù)與壩工技術(shù)深度融合，為智能建造技術(shù)的快速發(fā)展提供了難得的機(jī)遇。下面依托重大水利水電工程開展的典型智能建造技術(shù)實(shí)踐作一簡(jiǎn)要回顧。

1997年，依托三峽水利樞紐工程開發(fā)的三峽工程管理系統(tǒng)（TGPMS）投入應(yīng)用，這是我國(guó)壩工領(lǐng)域大型管理信息系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的首例，具備施工進(jìn)度計(jì)劃、設(shè)備采購(gòu)管理、施工質(zhì)量管理等功能，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量、進(jìn)度、成本三位一體的監(jiān)控與預(yù)測(cè)。

2004年，依托周公宅水庫(kù)開發(fā)的混凝土高壩施工期溫度與應(yīng)力控制決策支持系統(tǒng)，可在大壩施工過(guò)程中對(duì)全壩各壩塊進(jìn)行全過(guò)程仿真分析，及時(shí)了解大壩各壩塊的溫度與應(yīng)力狀態(tài)以及各種溫控措施的實(shí)際效果，并可預(yù)報(bào)竣工后運(yùn)行期的溫度和應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)混凝土壩施工運(yùn)行期的安全評(píng)估發(fā)揮了重要作用。

2008年，依托糯扎渡水電站開發(fā)的數(shù)字大壩管理系統(tǒng)首次采用GPS等信息技術(shù)，從壩料摻配、分區(qū)鋪料、層厚控制、碾壓遍數(shù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)大壩填筑施工參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線、自動(dòng)監(jiān)控，在土石料性能調(diào)控、物料運(yùn)輸調(diào)度控制、碾壓質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控評(píng)估、施工狀態(tài)可視化與信息集成等方面取得重要進(jìn)展，為高心墻堆石壩施工質(zhì)量高標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)控提供了一條新途徑。

2009年，依托錦屏一級(jí)水電站開發(fā)的高拱壩混凝土施工質(zhì)量與進(jìn)度實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，從施工期混凝土溫度自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、施工信息集成與管理、混凝土通水冷卻智能控制、混凝土溫控反演仿真、施工計(jì)劃反饋控制等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)特高拱壩全壩全過(guò)程施工質(zhì)量、進(jìn)度和工作性態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2009年，依托溪洛渡水電站對(duì)智能建造理論進(jìn)行了重大工程實(shí)踐，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)構(gòu)建了涵蓋施工全過(guò)程的實(shí)時(shí)化信息數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、振搗、通水及灌漿等核心環(huán)節(jié)研發(fā)了具備監(jiān)控、預(yù)測(cè)、預(yù)警及控制功能的關(guān)鍵系統(tǒng)，建成了大壩協(xié)同業(yè)務(wù)工作平臺(tái)，有效支撐了溪洛渡拱壩高質(zhì)量建設(shè)。

2015年，依托黃登水電站研發(fā)的數(shù)字黃登大壩施工管理信息化系統(tǒng)投入應(yīng)用，基于統(tǒng)一的系統(tǒng)平臺(tái)和中心數(shù)據(jù)庫(kù)，將原材料監(jiān)測(cè)、混凝土生產(chǎn)、碾壓質(zhì)量控制、溫度智能控制、大壩基礎(chǔ)灌漿監(jiān)控、仿真反演分析、安全監(jiān)測(cè)、決策支持等環(huán)節(jié)有機(jī)融合，形成了一個(gè)高度集成、閉環(huán)反饋控制的全環(huán)節(jié)信息化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字建造技術(shù)的全壩全過(guò)程應(yīng)用。

2017年，依托出山店水庫(kù)工程，利用激光雷達(dá)、短波雷達(dá)、衛(wèi)星定位等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了不改變施工機(jī)械油路、電路等控制系統(tǒng)以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的無(wú)人駕駛改造技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自主施工環(huán)境感知、自主施工行為決策、自主施工動(dòng)作執(zhí)行的目的，結(jié)合建立的土石壩填筑施工過(guò)程實(shí)時(shí)智能化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大壩填筑碾壓施工全過(guò)程智能化，有效保證了施工質(zhì)量。

2020年，依托兩河口水電站大壩工程，采用感知設(shè)備、執(zhí)行設(shè)備和控制設(shè)備統(tǒng)一設(shè)計(jì)和集成裝配的方式，研發(fā)了集成多模態(tài)智能感知、智能規(guī)劃決策和智能控制等功能的無(wú)駕駛艙原生集成式智能無(wú)人碾壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人碾壓機(jī)群協(xié)同作業(yè)。

近年來(lái)大型水利水電工程建設(shè)的智能建造技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多要素多環(huán)節(jié)技術(shù)閉環(huán)。烏東德水電站的低熱水泥與智能通水，全球首例全壩采用低熱水泥，結(jié)合智能溫控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)300m級(jí)特高拱壩無(wú)裂縫，混凝土芯樣長(zhǎng)達(dá)38.1m；東莊水利樞紐工程的寒冷區(qū)高含沙河流智能建造，在涇河流域全方面采用智能建造技術(shù)，集成智能溫控、振搗、灌漿、工地等技術(shù)，全年連續(xù)施工（-10℃無(wú)間歇），歷經(jīng)31個(gè)月，壩體高度達(dá)到230m且無(wú)危害性裂縫發(fā)生；葉巴灘水電站的高海拔智能建造，在海拔3000m區(qū)域應(yīng)用BIM+AI平臺(tái)，集成智能溫控、澆筑、灌漿系統(tǒng)，冬季連續(xù)施工無(wú)間歇，壩體高度已突破200m；大石峽水利樞紐工程結(jié)合智慧云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)智能碾壓、智能溫控，混凝土“身份證”系統(tǒng)確保質(zhì)量溯源。

以“全面感知、真實(shí)分析、實(shí)時(shí)控制”智能閉環(huán)控制理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建大壩全景信息模型，開發(fā)智能建造管理平臺(tái)，構(gòu)建以單元工程及其工序與流程為基礎(chǔ)的建設(shè)過(guò)程實(shí)時(shí)管理與調(diào)控系統(tǒng)，形成面向工程建設(shè)全過(guò)程的資源要素?cái)?shù)字化管理、業(yè)務(wù)流程數(shù)字化管控、工藝過(guò)程智能化控制、實(shí)物成本精準(zhǔn)化分析，以及進(jìn)度、性態(tài)與安全耦合仿真分析的智能建造技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)大壩工程全生命周期真實(shí)工作性態(tài)可知可控和管理績(jī)效增值。智能建造已成為水利工程高質(zhì)量發(fā)展的重要引擎。

大壩智能建造的功能和作用

1.大壩智能建造可以有效保障工程高質(zhì)量建設(shè)、降低安全風(fēng)險(xiǎn)和勞動(dòng)強(qiáng)度

隨著西部大開發(fā)、“西電東送”等戰(zhàn)略的深入實(shí)施，大壩智能建造技術(shù)越來(lái)越表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。我國(guó)是世界上擁有高壩最多的國(guó)家，未來(lái)我國(guó)還將建設(shè)一批高壩，主要集中在高海拔、高地震烈度、高邊坡、地質(zhì)條件極為復(fù)雜的西部地區(qū)，傳統(tǒng)人工施工面臨效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)高等挑戰(zhàn)，特別是西藏高海拔工地氧氣稀薄，易引發(fā)高原反應(yīng)，工人勞動(dòng)條件更加惡劣，極大影響了工效。智能建造技術(shù)可替代人工完成重復(fù)性、高強(qiáng)度的施工作業(yè)，在保證施工安全與工程質(zhì)量的情況下降低安全風(fēng)險(xiǎn)和勞動(dòng)強(qiáng)度。如采用智能壓實(shí)系統(tǒng)的大壩填筑工程，可減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員30%以上，同時(shí)將壓實(shí)度均勻性提升至98%。這種轉(zhuǎn)變不僅可降低勞動(dòng)強(qiáng)度，更推動(dòng)一線工人向技術(shù)操作員轉(zhuǎn)型，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)工人隊(duì)伍專業(yè)化。

隨著國(guó)家水網(wǎng)建設(shè)的深入推進(jìn)，我國(guó)量大面廣的水利工程建設(shè)迎來(lái)新高潮。當(dāng)前一線大壩施工高度依賴外包勞務(wù)隊(duì)伍，大量工人缺乏系統(tǒng)化技能培訓(xùn)，導(dǎo)致施工質(zhì)量控制難、安全隱患多。例如，混凝土澆筑的振搗工藝若操作不當(dāng)，易引發(fā)蜂窩麻面等缺陷；土石壩填筑施工中壩料合格性與碾壓施工的控制對(duì)大壩沉降具有重要影響。智能建造通過(guò)引入BIM建模、自動(dòng)化布料系統(tǒng)、壩料級(jí)配圖像識(shí)別、壩料碾壓特性實(shí)時(shí)感知等精細(xì)化手段，將施工參數(shù)精準(zhǔn)控制至厘米級(jí)，大幅降低對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)的依賴。智能溫控技術(shù)可對(duì)成千倉(cāng)混凝土溫度進(jìn)行全過(guò)程智能監(jiān)測(cè)和控制并按照使其最優(yōu)曲線發(fā)展，精度達(dá)到0.1℃；智能灌漿技術(shù)可使?jié){液擴(kuò)散范圍誤差從傳統(tǒng)工藝的20%降至5%，顯著提升大壩防滲效果。

2.大壩智能建造可為智能大壩建設(shè)奠定物理大壩和數(shù)據(jù)基

大壩智能建造是高質(zhì)量構(gòu)建智能大壩的重要基礎(chǔ)，其本質(zhì)在于通過(guò)技術(shù)賦能實(shí)現(xiàn)物理基體的高質(zhì)量建設(shè)，為后續(xù)智能化運(yùn)行和管理提供可靠載體。智能大壩的定義明確指向“基于物理大壩的數(shù)字化、智能化系統(tǒng)”，其核心功能如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、決策優(yōu)化等，均依賴物理基體的結(jié)構(gòu)完整性與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。若大壩本身存在超過(guò)規(guī)范或設(shè)計(jì)允許的裂縫、滲漏等質(zhì)量缺陷，傳感器采集的數(shù)據(jù)將失真，數(shù)字孿生模型的模擬結(jié)果也會(huì)偏離實(shí)際，最終導(dǎo)致智能管理系統(tǒng)失效。同時(shí)，基于智能建造過(guò)程生成的海量信息，可在智能大壩的體系中予以繼承和集成，特別是施工過(guò)程中的缺陷信息，可為運(yùn)行期智能大壩的安全診斷發(fā)揮關(guān)鍵作用。

大壩智能建造通過(guò)BIM建模、自動(dòng)化施工、智能監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段，將質(zhì)量控制貫穿于設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收全周期。大型水利工程智能建造與智能大壩是技術(shù)迭代與目標(biāo)協(xié)同的統(tǒng)一體，兩者構(gòu)成智能水利工程的完整閉環(huán)。這種關(guān)系本質(zhì)上體現(xiàn)了“設(shè)計(jì)即建造，建造即運(yùn)維”的工程哲學(xué)，兩者共同推動(dòng)水利工程從傳統(tǒng)建造向全生命周期智能管理的范式轉(zhuǎn)變，智能建造技術(shù)的全面應(yīng)用將成為全面實(shí)現(xiàn)智能大壩建設(shè)的重要基石。

3.大壩智能建造可成為發(fā)展水利新質(zhì)生產(chǎn)力的集成載體

大壩智能建造作為發(fā)展水利新質(zhì)生產(chǎn)力的集成載體，其特征可從技術(shù)發(fā)展層面、實(shí)施效果層面和工程實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)層面3個(gè)維度展開。

從技術(shù)發(fā)展層面看，大壩智能建造通過(guò)將傳統(tǒng)水利施工技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)深度融合，構(gòu)建覆蓋設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全生命周期的數(shù)字化體系。依托BIM、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)施工流程的精準(zhǔn)控制與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策。例如，數(shù)字孿生技術(shù)通過(guò)虛實(shí)映射，對(duì)工程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬與預(yù)演，優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)；智能傳感器與5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)，結(jié)合AI算法實(shí)現(xiàn)能耗的精細(xì)化管控。這種技術(shù)迭代不僅重構(gòu)了施工模式，更推動(dòng)了水利行業(yè)從“經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)向”向“智能決策”轉(zhuǎn)型，具備水利新質(zhì)生產(chǎn)力高科技的特征。

從實(shí)施效果層面看，大壩智能建造通過(guò)資源優(yōu)化與綠色施工技術(shù)，顯著提升全要素生產(chǎn)率。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備功率；AI算法優(yōu)化混凝土運(yùn)輸路線與振搗參數(shù)，減少空駛與材料浪費(fèi)；智能調(diào)度系統(tǒng)降低材料運(yùn)輸成本，提升單車日均運(yùn)輸效率。這種“感知-分析-優(yōu)化”的閉環(huán)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了能耗的精準(zhǔn)控制與資源的高效利用，體現(xiàn)了水利新質(zhì)生產(chǎn)力高效能的特征。

從工程實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)層面看，在混凝土澆筑等關(guān)鍵工序中，大壩智能建造通過(guò)智能化設(shè)備與數(shù)字化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)施工參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化管控，減少人為誤差，確保工程質(zhì)量的均質(zhì)化、一致性與可靠性。這些技術(shù)突破了傳統(tǒng)工藝對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)的依賴，通過(guò)“機(jī)器替代”與“數(shù)據(jù)校準(zhǔn)”實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量的可控與可預(yù)測(cè)，具備水利新質(zhì)生產(chǎn)力高質(zhì)量的特征。

因此，大壩智能建造是發(fā)展水利新質(zhì)生產(chǎn)力的集成載體，將極大程度改變水利行業(yè)的生產(chǎn)力水平，引領(lǐng)世界壩工技術(shù)發(fā)展潮流。

大壩智能建造的技術(shù)架構(gòu)和典型應(yīng)用

1.大壩智能建造的技術(shù)架構(gòu)

大壩智能建造是將大壩建設(shè)過(guò)程中的物理空間、信息空間與工藝空間進(jìn)行深度耦合與協(xié)同進(jìn)化，在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、BIM等新一代技術(shù)的應(yīng)用下，推動(dòng)大壩傳統(tǒng)建造模式向具有自感知、自分析、自決策、自主饋控能力的智能技術(shù)范式轉(zhuǎn)型。其核心在于通過(guò)技術(shù)集成自主饋控能力，減少人工依賴，優(yōu)化資源配置，實(shí)現(xiàn)大壩建設(shè)的安全目標(biāo)、質(zhì)量目標(biāo)、智能目標(biāo)及綠色目標(biāo)。因此可以認(rèn)為智能建造是具備“自主感知與認(rèn)知信息、智能組織規(guī)劃與決策任務(wù)、自動(dòng)控制執(zhí)行目標(biāo)”的控制系統(tǒng)，搭建了智能控制理論與大壩建造的橋梁。

大壩智能建造技術(shù)架構(gòu)

從大壩智能建造理念體系可知，智能建造體系全環(huán)節(jié)閉合，以自主饋控技術(shù)為核心驅(qū)動(dòng)力，深度融合大壩建造的物理信息（涵蓋結(jié)構(gòu)性態(tài)演化規(guī)律、材料性能動(dòng)態(tài)特征及環(huán)境特性交互作用）與工藝信息（包含施工機(jī)械協(xié)同控制、工藝特征參數(shù)優(yōu)化及質(zhì)量控制體系），通過(guò)互聯(lián)傳輸、物理模型、物理智能算法及動(dòng)態(tài)調(diào)控，形成“全要素感知-多模態(tài)分析-智能化決策-精準(zhǔn)化饋控”的閉環(huán)運(yùn)行體系，并實(shí)現(xiàn)大壩建造過(guò)程中人-物理-信息三相的閉環(huán)交互。某種程度上部分智能建造技術(shù)已率先實(shí)現(xiàn)了大壩建造中某一環(huán)節(jié)、某一要素的智能控制和智能維護(hù)。著眼于現(xiàn)階段混凝土壩的施工質(zhì)量控制，我國(guó)壩工建設(shè)者利用新一代信息化技術(shù)，研發(fā)了一套智能建造技術(shù)，對(duì)混凝土生產(chǎn)、入倉(cāng)、碾壓、熱升層施工、防滲層施工等全環(huán)節(jié)進(jìn)行有效控制，顯著提高了混凝土壩施工的智能化程度，研發(fā)成功的智能溫控、智能碾壓技術(shù)有效保障了碾壓混凝土施工質(zhì)量；智能灌漿、智能振搗等技術(shù)從不同工序把控大壩施工的整體質(zhì)量；智能仿真跟蹤技術(shù)連續(xù)不間斷地從應(yīng)力、變形等物理性態(tài)方面跟蹤分析大壩建設(shè)情況，有效提升了大壩的建設(shè)質(zhì)量和施工速度。

2.大壩智能建造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

當(dāng)前我國(guó)水電領(lǐng)域大壩智能建造標(biāo)準(zhǔn)體系已基本形成“技術(shù)通則-集成規(guī)范-專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)”三層架構(gòu)，覆蓋全生命周期技術(shù)管理。技術(shù)通則層以《水電工程智能建造技術(shù)通則》（NB/T 11561—2024）為核心，明確智能建造定義、技術(shù)融合要求及九大管理模塊規(guī)范。集成規(guī)范層依托《大壩智能建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》（NB/T 11668—2024），細(xì)化土石壩、混凝土壩等不同壩型特性智能施工工藝指標(biāo)與系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，建立智能施工工藝量化指標(biāo)與系統(tǒng)集成標(biāo)準(zhǔn)。專項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)層通過(guò)《混凝土壩智能溫控系統(tǒng)規(guī)范》（NB/T 11405—2023）、《土石壩填筑數(shù)字化施工規(guī)范》（DL/T 5749—2017）等專項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或智能碾壓、智能灌漿等團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)關(guān)鍵工序進(jìn)行精細(xì)化規(guī)定，明確溫度控制精度、壓實(shí)度指標(biāo)等核心參數(shù)，規(guī)定智能設(shè)備通信協(xié)議、數(shù)據(jù)采集頻率等技術(shù)細(xì)節(jié)，形成可落地的操作指南。

《水電工程智能建造技術(shù)通則》作為能源行業(yè)首部頂層標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)融合BIM、物聯(lián)網(wǎng)、AI技術(shù)，構(gòu)建“設(shè)計(jì)-施工-運(yùn)維”一體化數(shù)字孿生體系。《大壩智能建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》聚焦施工工藝智能化，明確核心工序技術(shù)指標(biāo)，形成覆蓋“人-機(jī)-料-法-環(huán)”全要素技術(shù)規(guī)范體系。該體系通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)融合、工藝革新與管理模式升級(jí)推動(dòng)行業(yè)從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”向“數(shù)據(jù)智能驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)型，為智能建造技術(shù)推廣、設(shè)備國(guó)產(chǎn)化及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力提升提供法定依據(jù)，同時(shí)為綠色建造、生態(tài)修復(fù)等前沿領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)制定奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)行業(yè)向高科技、高效能、高質(zhì)量方向加速邁進(jìn)。

3.大壩智能建造技術(shù)的典型應(yīng)用

（1）智能溫控技術(shù)

智能溫控技術(shù)是以混凝土壩防裂為目標(biāo)，綜合運(yùn)用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、無(wú)線傳輸、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)、信息挖掘、數(shù)值仿真、自動(dòng)控制等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)混凝土壩溫控施工全過(guò)程（拌和、倉(cāng)面、通水及保溫）的精細(xì)化管控。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土溫控全要素的信息實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)傳輸、智能分析、預(yù)報(bào)預(yù)警及反饋控制，有效保障大壩溫控施工質(zhì)量，節(jié)約人力，防止危害性溫度裂縫產(chǎn)生。

智能溫控系統(tǒng)的構(gòu)成包括感知、互聯(lián)、分析決策和控制4個(gè)部分。感知主要是通過(guò)自動(dòng)或半自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)溫控全要素進(jìn)行監(jiān)測(cè)?；ヂ?lián)是基于感知設(shè)備、控制設(shè)備的特點(diǎn)和施工環(huán)境，通過(guò)有線、Wi-Fi、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等傳輸方式或融合組網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)溫控信息的互聯(lián)互通。分析決策是智能溫控系統(tǒng)的核心，通過(guò)學(xué)習(xí)、記憶、分析、判斷、反演、預(yù)測(cè)等，最終形成溫控決策信息?？刂瓢A(yù)警控制和智能控制，對(duì)混凝土壩拌和、倉(cāng)面、通水及保溫全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控和智能化控制。

智能溫控技術(shù)在大藤峽水利樞紐工程成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了混凝土壩拌和、倉(cāng)面、通水、保溫全過(guò)程信息自動(dòng)采集、全面互聯(lián)、實(shí)時(shí)分析和智能控制，大藤峽水利樞紐工程混凝土溫控達(dá)標(biāo)率98%，無(wú)危害性裂縫發(fā)生。2020年2月，“大藤峽水利樞紐智能溫控技術(shù)”入選全國(guó)智慧水利優(yōu)秀應(yīng)用案例。此外，智能溫控技術(shù)已成功應(yīng)用于烏東德、白鶴灘、錦屏一級(jí)、豐滿重建、黃登、楊房溝、葉巴灘、東莊等國(guó)內(nèi)20余座大型水利水電工程，目前正在施工的東莊水利樞紐工程拱壩澆筑至230m未出現(xiàn)危害性溫度裂縫。

（2）智能碾壓技術(shù)

大壩智能碾壓的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)大壩填筑施工全過(guò)程的安全、高效、智能、綠色。智能碾壓系統(tǒng)主要包括硬件與軟件兩個(gè)方面：硬件主要包括安裝在施工機(jī)械上的各個(gè)精準(zhǔn)感知的傳感器與機(jī)械駕駛自動(dòng)控制組件，主要對(duì)施工過(guò)程中重要的施工信息進(jìn)行感知與采集，以及對(duì)智能碾壓系統(tǒng)的操作指令進(jìn)行自動(dòng)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)大壩碾壓無(wú)人駕駛功能。軟件主要包括數(shù)據(jù)分析與智能決策兩個(gè)部分，數(shù)據(jù)分析主要利用大數(shù)據(jù)挖掘與人工智能算法對(duì)施工過(guò)程中實(shí)時(shí)感知的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析與計(jì)算；智能決策主要在數(shù)據(jù)分析結(jié)果基礎(chǔ)上，根據(jù)施工目標(biāo)、施工機(jī)械及施工環(huán)境等重要影響因素生成碾壓施工機(jī)械執(zhí)行指令，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)绞┕C(jī)械進(jìn)行無(wú)人化自動(dòng)施工，以實(shí)現(xiàn)碾壓式大壩的施工質(zhì)量全程控制、施工效率大幅提升和施工安全嚴(yán)格管理。

智能碾壓技術(shù)貫穿整個(gè)大壩填筑施工的各個(gè)工序。利用對(duì)壩料物理力學(xué)特性的快速感知與智能化生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)壩料合格性的快速檢測(cè)；在大壩壩料攤鋪過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)智能化引導(dǎo)與攤鋪厚度智能監(jiān)控，保證壩料攤鋪均勻；大壩碾壓過(guò)程中結(jié)合無(wú)人駕駛技術(shù)，對(duì)碾壓軌跡、碾壓速度、碾壓激振力、搭接寬度等重要控制參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)智能監(jiān)控，實(shí)時(shí)感知壩料壓實(shí)特性并進(jìn)行合格性評(píng)價(jià)；對(duì)大壩整個(gè)攤鋪過(guò)程中產(chǎn)生的重要信息實(shí)現(xiàn)全過(guò)程、高效電子化檔案管理。

智能碾壓技術(shù)在最大壩高295m的兩河口水電站成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了大壩施工過(guò)程智能感知、分析、控制和智能無(wú)人駕駛碾壓機(jī)群協(xié)同作業(yè)，以及兩河口心墻堆石壩填筑摻料、運(yùn)輸、加水、攤鋪和碾壓全過(guò)程智能監(jiān)控。

此外，智能碾壓技術(shù)還成功應(yīng)用于河南出山店水庫(kù)、新疆阿爾塔什水利樞紐、遼寧清原抽水蓄能電站等水利水電工程中。2018年10月31日至11月1日，第一屆水利工程建設(shè)信息化技術(shù)創(chuàng)新示范會(huì)在河南出山店水庫(kù)工程現(xiàn)場(chǎng)召開，并展示大壩智能碾壓系統(tǒng)。目前智能碾壓系統(tǒng)在新疆阿合奇水利樞紐工程中全面應(yīng)用，大大提升了土石壩填筑施工的智能化管理水平。

（3）智能灌漿技術(shù)

智能灌漿技術(shù)是一種高度集成的信息化灌漿技術(shù)，融合了材料、傳感、自動(dòng)化控制、人工智能和大數(shù)據(jù)分析等多學(xué)科技術(shù)，旨在通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理，動(dòng)態(tài)跟蹤分析復(fù)雜地質(zhì)條件下的灌漿效果并優(yōu)化調(diào)整灌漿參數(shù)，達(dá)到灌漿過(guò)程自動(dòng)化決策與反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌漿過(guò)程的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)調(diào)控。智能灌漿技術(shù)可實(shí)現(xiàn)灌漿全過(guò)程智能控制，大幅提高灌漿質(zhì)量和效率，減少作業(yè)人員和灌漿材料浪費(fèi)，推動(dòng)灌漿技術(shù)從經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)型向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型轉(zhuǎn)變。

智能灌漿系統(tǒng)架構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集層、傳輸層、處理層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)采集層包括各種傳感器與監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于實(shí)時(shí)采集灌漿過(guò)程中的壓力、流量、密度、位移、溫度等參數(shù)；傳輸層通過(guò)無(wú)線或有線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)傳輸至中央控制系統(tǒng)；處理層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與處理，生成灌漿過(guò)程的動(dòng)態(tài)模型；應(yīng)用層是智能決策與控制的實(shí)施平臺(tái)，包括灌漿設(shè)備的自動(dòng)控制、施工參數(shù)的自主調(diào)整與優(yōu)化。

白鶴灘水電站全面采用了智能灌漿系統(tǒng)，將灌漿壓力的波動(dòng)范圍控制在±5%以內(nèi)，避免了由壓力波動(dòng)引發(fā)的灌漿質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)使整體灌漿施工效率提升了約15%。相比傳統(tǒng)灌漿，人工成本降低了30%，施工管理成本降低了20%，累計(jì)完成帷幕灌漿長(zhǎng)度29.7萬(wàn)m和固結(jié)灌漿長(zhǎng)度80萬(wàn)m，充分滿足工程高標(biāo)準(zhǔn)的防滲要求。

此外，智能灌漿技術(shù)已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)多座大中型水利水電工程，如兩河口水電站、西北口水庫(kù)除險(xiǎn)加固、兩岔河水庫(kù)等，目前正在施工的東莊水利樞紐庫(kù)壩區(qū)防滲工程智能灌漿施工進(jìn)尺已超60萬(wàn)m。

（4）智能仿真優(yōu)化調(diào)控技術(shù)

智能仿真優(yōu)化調(diào)控技術(shù)以施工、蓄水、運(yùn)行全生命周期大壩結(jié)構(gòu)安全高效建設(shè)和運(yùn)行為目標(biāo)，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、并行計(jì)算、數(shù)字孿生、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和決策等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)混凝土壩溫度、滲流、變形、應(yīng)力、穩(wěn)定等性態(tài)的精細(xì)化管控。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大壩結(jié)構(gòu)全生命周期基礎(chǔ)信息動(dòng)態(tài)感知、性態(tài)同步仿真評(píng)估、“四預(yù)”決策支持、措施優(yōu)化調(diào)控，有效保障大壩安全建設(shè)和蓄水運(yùn)行。

智能仿真優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)包括信息感知、仿真分析、“四預(yù)”支持、優(yōu)化調(diào)控4個(gè)部分。信息感知主要通過(guò)施工運(yùn)行期大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境信息感知系統(tǒng)、大壩材料參數(shù)測(cè)試和反演分析系統(tǒng)以及工程進(jìn)度和質(zhì)量共享信息等，對(duì)大壩進(jìn)度與質(zhì)量、變形與應(yīng)力等進(jìn)行感知；仿真分析主要通過(guò)高效高保真建模、高性能仿真等技術(shù)，對(duì)大壩開挖過(guò)程、填筑過(guò)程、溫控過(guò)程、接縫灌漿、蓄水過(guò)程等進(jìn)行同步仿真分析和評(píng)估，結(jié)合工程施工、運(yùn)行管理情況，對(duì)大壩澆筑進(jìn)度、灌漿進(jìn)度、蓄水過(guò)程、溫控措施、灌漿措施、堆渣措施等進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控。

智能仿真優(yōu)化調(diào)控技術(shù)在白鶴灘水電站和烏東德水電站工程施工、蓄水和初期運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行全面應(yīng)用，從大壩首倉(cāng)混凝土澆筑即開始跟蹤仿真分析研究，實(shí)現(xiàn)了大壩溫度、應(yīng)力、變形、接縫開度及安全穩(wěn)定實(shí)時(shí)分析評(píng)估，天、周、月等不同時(shí)長(zhǎng)的預(yù)報(bào)預(yù)警，以及溫控措施、灌漿措施、壩前堆渣、基坑充水、防洪度汛、水庫(kù)蓄水的預(yù)演分析和方案優(yōu)化調(diào)整。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前智能溫控、智能碾壓、智能灌漿、智能跟蹤仿真優(yōu)化等智能建造技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)很多水利工程中得到應(yīng)用，水電領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)布智能建造相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系。隨著新一代信息技術(shù)不斷發(fā)展以及工程應(yīng)用的逐步深入，智能建造技術(shù)將進(jìn)一步發(fā)展完善。一是從典型工序突破到全要素集成，要從目前智能溫控、智能碾壓、智能灌漿單點(diǎn)智能，向綜合考慮質(zhì)量、進(jìn)度、經(jīng)濟(jì)等核心建造要素的多目標(biāo)協(xié)調(diào)智能技術(shù)體系轉(zhuǎn)變。二是從智能監(jiān)控到具身智能，要從目前智能監(jiān)控+自動(dòng)化施工模式向更加自主的智能施工機(jī)器人轉(zhuǎn)變。三是從專注施工建設(shè)到全生命周期統(tǒng)籌，要從規(guī)劃—設(shè)計(jì)—建造—運(yùn)營(yíng)全生命周期統(tǒng)籌智能建造與智能大壩，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接和相互促進(jìn)。隨著大壩智能建造技術(shù)的不斷發(fā)展完善，我國(guó)將實(shí)現(xiàn)從工程建造大國(guó)向智能建造強(qiáng)國(guó)的跨越。

Abstract: The intelligent dam construction in China has entered a new stage of development, where next-generation information technologies such as digital twins, artificial intelligence, and the Internet of Things are deeply empowering the entire lifecycle construction management of dams. This paper analyzes and summarizes the evolutionary trajectory of intelligent dam construction technologies, elucidates their functional roles, and highlights that intelligent construction can provide a high-quality physical dam foundation and a data basis for the entire lifecycle, serving as an integrated carrier for developing new quality productive forces in water conservancy. The study clarifies the intelligent construction technical framework of “perception-analysis-decision-feedback control” and a technical standard system linking general guidelines, integration specifications, and specialized standards. Through practical cases, it examines application scenarios of typical intelligent construction technologies, including intelligent temperature control, intelligent compaction, intelligent grouting, and intelligent tracking simulation. Based on the concept of intelligent dams, the paper proposes future development trends for intelligent dam construction technologies: advancing from breakthroughs in typical processes to full-element integration, transitioning from intelligent monitoring to embodied intelligence, and shifting focus from construction-only to whole-lifecycle coordination. These trends will drive progress toward safer, more ecologically sustainable, and more intelligent dam systems.

Keywordsintelligent construction; intelligent feedback control; intelligent dam; technical framework; engineering practice

本文引用格式：

劉毅，雒翔宇，趙宇飛，大壩工程智能建造技術(shù)與實(shí)踐探索[J].中國(guó)水利，2025（16）：46-52.

封面攝影謝雷

責(zé)編張瑜洪

校對(duì)呂彩霞

審核王慧

監(jiān)制楊軼

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