王 飞，尹习双，刘金飞，瞿振寰，谭尧升
（1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 611130；
2.中国三峡建工（集团）有限公司，四川 成都 610041；
3.中国长江三峡集团有限公司，北京 100038）
在坝体混凝土的浇筑过程中，拱坝区工作面的施工组织非常复杂，影响其施工的因素众多，除混凝土生产和浇筑的生产效率外，还受到拱坝结构型式（闸室、孔洞、廊道）、气候条件、坝体分缝分块、相邻高差、温度控制措施、基础处理、仓面处理、机电安装等多种因素的影响［1］。比如白鹤滩工程拱坝混凝土施工中面临双标段、分缝分块复杂、浇筑块众多、错缝搭接、跳块复杂，双缆机平台、施工设备多、干扰大、设备配套施工复杂等多环节多工艺的施工协调相互影响、相互制约等复杂问题，使得在较明确的工期目标下施工进度管控难度大［2］。仿真技术［3-9］为解决复杂工程的施工进度管控难题提供了有效的解决方案，并在小湾［10］、锦屏一级［11］、溪洛渡［1，3-4］、乌东德［12］、白鹤滩［2，13］等特高拱坝工程持续实践中，最终形成耦合工程物联网的特高拱坝施工进度仿真系统［13］。
1.1 特高拱坝施工进度仿真系统框架
系统由理论层、模型方法层、应用层构成。理论层是进度仿真的理论基础，包括研究高差控制参数、接缝灌浆温度、大风、拱坝施工规律等多要素对施工进度的影响及耦合交互的分析原理。模型方法层是大坝施工进度仿真的实现方法，包括参数建模与分析算法。应用层是根据进度仿真的二三维可视化分析成果，供生产一线管理人员灵活进行施工强度和进度分析与优化。
1.2 特高拱坝施工进度仿真系统功能
基于实时采集的大坝实际施工过程数据，分析现场施工效率和施工组织水平、特点、规律，考虑温度、应力、工艺要求等多维约束条件下耦合作用，建立进度仿真分析模型，研发了能反映拱坝施工特点以及面向工程技术人员的特高拱坝施工仿真系统［13］，该系统具有“建模—分析—输出”一体化功能，可提供满足施工现场快速变化的参数化建模、二三维一体化分析、面向一线生产者成果输出等功能，以满足生产一线多变的需求（见图1）。
图1 特高拱坝施工进度仿真系统架构
1.2.1 参数化建模
（1）仿真面貌初始化
对当前仿真条件和参数进行初始化，获取施工进度的初始面貌。初始化内容包括：坝块实时浇筑面貌、接缝灌浆实时面貌、坝段分层方案、接缝灌浆分区级灌浆控制参数、机械设备资源、最大允许同时浇筑仓个数、仓面搭接比例及机械群运行参数、备仓参数、模板参数等（见图2）。
图2 仿真初始面貌示意
（2）浇筑参数化分层
采用浇筑分层参数化设置，可根据结构设计及大坝施工组织设计方案，进行仿真单元快速分层设置。高拱坝主体采用3m分层，局部因结构特点、温控要求调整为1.5m＋1.5m分层；
陡坡坝段采用智能通水等温控技术手段结合严格的温控措施，陡坡坝段首仓一般为7～8m，最高可达11m，孔口区域大梁不分开（见图3）。
图3 大坝分层分块示意
（3）浇筑间歇期批量设置
仿真系统可实现浇筑间歇期的批量设置。浇筑间歇期控制表征了备仓水平，受结构复杂程度、仓面大小、备仓组织等方面的影响。因此大坝主体浇筑间歇控制在多长时间需要根据实际情况确定，按规范一般不应产生超过28d龄期老混凝土，合理安排施工计划与资源，以保证坝体连续、均衡、快速上升。此外，某些特殊部位的间歇期控制，考虑温控防裂及结构应力要求，宜有明确的要求，比如廊道封顶后上部第1仓间歇期宜控制在6～7d，完成对廊道顶部的覆盖避免产生不良温度应力，孔口封顶后上部第1仓应控制在12d左右，同时满足温控需求及结构强度要求，具体如图4所示。
图4 大坝混凝土浇筑间歇期
（4）倒缝参数化设置
对倒缝参数进行参数化设置，设置是否需要倒缝及倒缝时机。如白鹤滩特高拱坝共分为31坝段，奇数坝段为高坝段，偶数坝段为低坝段。通常后浇筑的奇数坝段需要倒缝；
在遇到复杂结构部位因备仓时间较长，为不影响相邻坝段的浇筑可根据实际情况进行二次倒缝。倒缝的必要性、位置及时机的选择则需要结合结构特点以及对施工强度与进度的影响综合分析判断，以保证坝体浇筑进度及施工面貌均衡性的技术要求。
由于河床奇数坝段浇筑高程始终比偶数坝段高，故没有倒缝；
而岸坡坝则存在倒缝，如图5所示。
图5 岸坡坝段倒缝示意
1.2.2 仿真成果二维和三维一体化可视化分析
在仿真模拟过程中，可通过二维立视图和三维图形动态显示当前施工面貌、当前面貌和浇筑计划的对比、动态施工浇筑过程，同时在三维图形直观展示空间信息，便于生产管理人员进行综合分析，具体如图6～7所示。
图6 仿真方案对比
通过图形可视化分析，可将施工过程或模拟施工过程重现，并与浇筑进度计划进行对比显示，便于分析当前浇筑进度滞后还是提前，并直观显示任意时刻、任意坝块的浇筑面貌、浇筑时间、浇筑状态等。据表等，以方面生产一线管理人员灵活进行施工强度和进度分析与优化。
图7 三维实际浇筑面貌
1.2.3 面向生产一线成果输出
充分考虑现场应用的便利性，基于浇筑单元组织各类施工信息；
在进行仿真计算时，不必每次重新组织数据。同时，在模拟计算结束后，只需对数据库中的数据独立处理，就可方便得到各种需要的数据，为降低一线生产人员的使用难度，可输出跳块图数
结合当代国内高拱坝建设实践经验，以及特高拱坝施工进度仿真知识积累，对锦屏、溪洛渡、乌东德、白鹤滩等拱坝在运用施工进度仿真手段后的工程施工特性指标进行横向对比，如表1所示，可以发现随着智能建造技术应用深入，拱坝工程施工在缆机浇筑强度、缆机利用率、浇筑间歇控制水平上逐渐提升，为同类高拱坝建设管理树立了新的标杆。
2.1 同类工程特性对比
国内同类型的高拱坝特征参数如表1所示。
表1 同类工程特征参数统计
2.2 类似工程月高峰强度对比
表2统计对比了锦屏一级、溪洛渡、乌东德及白鹤滩等高拱坝工程缆机数量、高峰月强度及单台缆机月浇筑最大工程量。其中乌东德水电站于2017年12月达成单台缆机月浇筑最高6.9万m3记录，其次是白鹤滩水电站于2019年4月单台缆机月浇筑最高6.4万m3，考虑到缆机数量多干扰大、河谷宽深运距长等情况，白鹤滩缆机月浇筑强度达到了同类工程最高水平。2019年11月浇筑混凝土72仓，月浇筑强度27.3万m3，年浇筑强度270万m3创造了同类工程的世界纪录。
表2 各类似工程月高峰强度与缆机月最大强度对比
2.3 类似工程相似部位浇筑间歇对比
2.3.1 整体浇筑间歇统计与对比
在浇筑间歇控制水平上，白鹤滩水电站（总仓数2251）各仓浇筑间歇10d以内占比约41%，15d以内占比约75%，20d以内占比92.1%；
乌东德水电站（总仓数872）各仓浇筑间歇10d以内占比36.5%，15d以内占比84%，20d以内占比96.2%；
溪洛渡水电站（总仓数2090）各仓浇筑间歇10d以内占比39%，15d以内占比70%，20d以内占比82.7%。考虑与溪洛渡水电站的相似性，白鹤滩水电站20d以上浇筑间歇控制水平显著提高。具体对比数据见表3。
表3 高拱坝浇筑间歇统计对比
2.3.2 类似工程相似部位浇筑间歇统计对比
通过对白鹤滩、乌东德与溪洛渡等水电站底孔、深孔及表孔等相似工程部位浇筑间歇统计对比可知（见表4），白鹤滩水电站深孔最大浇筑间歇26.8d、最小10d、平均18.4d，相较溪洛渡水电站深孔部位平均22.7d、乌东德中孔部位平均22.1d的浇筑间歇，控制整体水平有明显提高，同时相较溪洛渡深孔单孔119.2d、乌东德中孔单孔91.7d实现91.6d完成7号深孔施工的记录。
表4 类似工程相似部位浇筑间歇对比
特高拱坝施工进度仿真系统集“建模—分析—输出”于一体，具有参数化建模、二三维一体化分析、面向一线工作者的成果输出等功能。通过对已建／在建拱坝工程进度实际管控指标的对比表明，利用特高拱坝施工进度仿真成果，缆机浇筑强度、间歇期控制等方面上都有了新的突破，工程建设施工进度管控水平的也得到提升，为特高拱坝高效快速施工及进度管理提供了强有力的技术支撑，同时对高海拔地区同类工程相似施工条件下施工进度管控的缆机浇筑、间歇期控制等具有一定的借鉴意义。
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