基于决策支持系统高拱坝的温度实时控制外文翻译资料

基于决策支持系统高拱坝的温度实时控制

摘要：在高拱坝施工过程中控制大体积混凝土结构的温度很重要也很困难。一种新方法在决策支持系统时提出了温度控制和防裂装置。这是一个具有据存储、 信息查询、 数据分析、 预警和资源共享功能的数据库系统。监控施工过程中的信息可以通过这个系统进行智能分析数字化以及可以进行混凝土的温度的动态控制。此方法已在在中国的大岗山拱坝的建设中被证明是非常好用的。基于该系统的决策支持和施工措施的动态调整，使得这一项目混凝土温度控制获得了显著的效果。

关键词：混凝土拱坝;温度控制;决策支持系统;水管冷却;监测

温度控制和防裂是混凝土拱坝施工过程中是两个关键问题。如果管制措施不适当，会出现有害裂缝。随着坝体的增大，应力水平也逐渐增多，造成的裂缝预防更也会更困难。在中国经常出现的高拱坝施工中出现的裂缝，可以如下所示:贯穿性裂缝，由于混凝土内外约束区温差过大造成;贯穿性裂缝，冷却水和附近水管温度差异过高造成; 混凝土 表面裂纹，极端气温变化规律造成;表面裂纹由于低温水造成;穿透性裂纹，由于上下层之间温差过大造成。最近，对温度控制的研究和大体积混凝土结构裂缝的预防已经与主要集中于介观力学行为的混凝土 [1，2]，数值分析大体积混凝土结构 [3-6] 的水管冷却仿真方法[7，8]，和温度控制的优化设计理论[9-11] 的措施。然而，对于高拱坝、 温度控制和裂缝施工过程中的预防是一个复杂的多变量系统，这被受许多随机因素。

现有的人工手段是不足以实现连续、 快速浇注的要求。因此，采取有效措施，实现了动态控制智能化混凝土温度管理是避免裂缝的关键。系统仿真已被证明是有效的工具，在很多人成功了，如案例研究 [12]。随着现代信息技术的发展管理系统趋于活跃和智能 [13]。考虑到复杂的高拱坝的温度特性在这项研究开发控制决策支持系统 (TCDSS)。此外，提出基于 TCDSS 的混凝土温度实时控制方法已经被运用在实际施工中项目。

1.方法背景

施工过程中温度控制的管理可以通过决策支持系统实现。基本操作流程如图 1 所示

第 1 步收集施工数据到数据库中。

步骤 2 将数据库放在服务器上，可以通过客户端访问使用互联网。

第 3 步 TCDSS 开发的数据进行分析，为客户提供的反馈结果。

第4步 基于反馈结果，可以管理整个温度控制过程。

特别的，TCDSS 是在一台计算机上安装的数据库系统。服务器运行在本地网工作 (LAN)，通过互联网与其他客户端连接

图1

1. TCDSS 的结构与功能

2.1 创建数据

以温度数据为例，选项卡 1 显示的数据温度计的结构。 温度计被标记为

D8-wdj-05-001，表明它在第五温度计8 号坝段的浇筑块。

温度监测的日期是 2012年-01-01，和时间是13: 00:00.的测量值是 24.5。

2.2组织结构

在 TCDSS中，有两个功能模块，管理和分析。图 2 显示 TCDSS 的组织结构

分析模块包括四个部分: 基本信息温度控制，监测分析的温度控制，显示的温度控制和温度控制的反馈。'温控基本信息'显示大坝的信息形式的图像，如混凝土的材料组成、 温度控制方案、 拱密封温度和施工计划。'监测分析的温度控制'显示所有的监测数据，分析结果通过它可以详细查看浇注的信息，水管冷却信息和混凝土温度信息。 '温度控制显示'建设的动画和图像的形式显示温度控制的实时状态。'温度控制反馈'主要用于实时温度控制的反馈分析。一旦在施工过程中出现不能接受的情况，将立即给予警告消息和改进的措施。

2.3基本功能

TCDSS 具有以下的基本功能。

输入和存储的数据。施工过程中的所有温度控制信息都输入到 TCDSS 并按类别保存。

（2）查询和数据的输出。所有温度查询可以浏览 TCDSS 的控制信息和查询，如有必要，可以输出数据。

(3) 图形化表示形式的数据。基于输入的数据，TCDSS 可以自动生成表、 图表、 图像、 文档等等。 更多直观的图形化表示形式如图 3 所示。

(4) 快速分析数据。数据输入到数据库后，进行快速分析。 然后，TCDSS 计算温度控制措施 (混凝土浇筑、 管冷却，浇混凝土表面保温，等等) 是否合理。

(5) 实时反馈的温度控制。基于快速分析的实时结果

(6) 资源共享。 相关技术资料 (设计图纸、 施工照片、 文档等等) 可以上传到 TCDSS。用户可以查看和下载他们的需要的。

3 基于决策支持系统的实时温度控制方法

3.1自动采集监测方法研究数据

在以前的项目中，监测数据是主要是通过人工的方法，导致收集工作量大、 效率低、 成本高，误差大。在本文中，通过自动数据收集的方法收集监测数据。 如图4 显示基本框架，它是由温度传感器、 远程数据单元 (RDU) 工业控制计算机 (IPC)，无线路由器和后台服务器组成。

通过这种方法，混凝土温度的监测数据能及时运送到后台服务器。然后，构造函数会处理服务器上的数据的每一天，并将其输入到 TCDSS。

3.2混凝土温度的过程控制方法真正

通过一些严格的浇注条件下，管冷却措施，保温措施等方法，混凝土坝的温度被严格控制。图 5 显示了在中国的根据现行设计规范的高拱坝混凝土温度控制曲线。 对三个冷却阶段和相应的要求进行了阐述，如下所示。

1. 第一阶段冷却后需要执行的混凝土块都倒。 它持续约 21 d，其目的是限制峰值温度不超过允许的最大温度 T0。(2) 中间阶段冷却后的第一阶段冷却，进行并分为三个步骤: 步骤 1 持续约 29 d，目的是为了保持在 T，温度与允许的最大波动范围是 1 ℃; 步骤 2 持续约 30 d，以降低温度到 T，和允许的最大冷却速率是 0.5 ℃ / d; 步骤 3 持续约 10 d，为保持在 T，温度和允许的最大波动范围是 0.5 ℃。
2. (3) 第二阶段冷却后中间阶段冷却，进行和它分为两个步骤: 步骤 1 持续了约 30 d，以减少温度为 T，并允许的最大冷却速率是 0.3 ℃ / d; 步骤 2 持续至少 30 d，为保持在 T，温度和允许的最大波动范围是 0.5 ℃。

3.3混凝土温度预警方法

混凝土拱坝温度控制标准的核心是控制的各种温度的差异。它是一个非常复杂的过程，在不同阶段有不同要求。所以，一些早期的警告是必不可少的。表 2 显示预警信息的分类包括四个方面: 混凝土温度预警、 预警的水管冷却、 温度的差异，早期预警和预警温度的控制阶段。

在施工期间，TCDSS 会给预警信息和分析结果，只要监测数据输入，信息将发送到所有相关的构造器形成短信服务 (SMS)。预警分析可以详细到每个浇注块，每个温度计或每一个水管道。 此外，也会给出一些纠正措施。

4 案例研究

用实际施工项目 (大岗山拱坝)作为我们的混凝土温度的智能控制方法的实际应用例子。

4.1位置、 打坝的数据

项目地区处于亚热带季风性气候，干、 湿季节分明。 大岗山坝，年平均气温是 16.9 ℃ ，气温最高 39.2 ℃ 最低-3.9 ℃ 。那里在白天和夜晚，雨季旱季温差非常大。

4.2系统的开发

TCDSS 用C# 语言在 Visual Studio 2010 中设计了大岗山拱坝。Microsoft SQL Server 2008 用于数据存储。

4.3运行状态的 TCDSS

大岗山坝 TCDSS 安排在大岗山水电站开发有限公司的局域网。其他有关单位 (设计院、 监理公司、 建筑公司、 监控中心等) 通过网络访问 TCDSS。图 6 显示 TCDSS 的登录屏幕。所有的工程师和技术人员在此系统中登录的用户名，并且可以查看每天白天施工的信息。 这一制度的显著优势是它只要有一台电脑就可以访问，如在办公室里，在家里或在一个建筑工地都能使用。 TCDSS 的这种工作模式可以节省大量的时间，大大提高了温度控制的效率。

图6 TCDSS 客户端

图 7 显示系统接口之一输入 TCDSS 后。在左边是菜单导航功能模块，右边是显示区域。在此图形窗口，大量的信息真实可靠。关于混凝土材料可以获得。 共有 29 坝段，包括 C18036，C18030，以及图 8 显示上的大岗山坝温度控制状态2012年四月五日。 灰色和黑色的部分是被注入，混凝土，白色空格指不浇混凝土的地方。图中显示在底部的浇注块都在第二阶段冷却、 顶部的浇注块都在阶段冷却，之间的浇注块都在中间阶段冷却。

点击显示区域的任何浇注块会在窗口弹出所选块中的所有施工信息。例如，图 9 显示 1 浇注温度信息块的坝段号。 有三个温度计在此浇注块，Tt14 1，Tt14 2 和 Tt14-3 中。这些温度计海拔为 925.85 米，安装在 2011年12月13日。TCDSS 给出了每个温度计曲线图表。此浇筑块的最高温度是大约 23 ℃，达到了设计要求。在混凝土温度的变化中，除了中间阶段有冷却温度异常波动 (急剧上升/下降的混凝土温度) 的几个问题外，基本稳定。

图9 日浇筑块的混凝土温度14 号坝段

导入水管冷却到 TCDSS 的监测数据，系统会自动生成相应的分析结果列表和图表 (图 10) 的形式。 通过查看几个关键因素 (混凝土温度、 冷却水、 进水温度、 出水温度和空气温度流量)，可以清楚地理解的水管冷却效果。因此，可以基于实时分析结果实现水管冷却的动态控制。

4.4在浇注过程中的温度控制

当浇筑时监测信息导入到 TCDSS 中 30 分钟后， 以坝段为例，14 号选项卡。表 3 到表 5 显示从从 TCDSS得到的监测数据的分析结果。这些表显示的详细的信息，如下所示: 标准、 监测频率、 平均价值，最大值、 最小值，每个监测项目 (搅拌机面温度，放置温度和浇注温度) 的合格率。可以得出结论，14 坝的浇注块 1 — 3 号 处于良好状态。

4.5预警分析

以 1 日浇筑块的大坝 14 号为例，分析了如下一些早期的警告信息。

(1) 在 2011 年 12 月 31 日，该消息'D14-001，阶段冷却接近尾声，中间阶段冷却将开始'被送到所有相关的构造函数。在收到此消息后, 构造函数立即调整此块，把它放在中间阶段冷却的施工措施。

(2)2012一月十三，消息'D14-001，2012年/1/13，温度计 Tt14 2 的温度上升率是 1.15℃ / d，超过设计标准的 0.5℃/d.D14-001，2012年/1/13，温度计 Tt14 3 的温度上升率为 0.9 ℃/d，超过设计标准 0.5 ℃/d。它的建议“调整管冷却措施 (流量是 1.35 m3/h，水的温度是 13 ℃) 保持缓慢冷却.' 被送往有关的所有构造器。此消息表明此块混凝土温度的变化过程不能满足设计要求。 收到此消息后, 构造器立即增加到 1.35 m3/h 流量，降低水的温度为 13 ℃。

图10管冷却信息1日浇筑块的14号

4.6 管理的仿真结果

有限元方法 (FEM) 用来模拟大岗山坝的温度控制。在建设中，数值模拟和反馈分析大坝混凝土需要执行每个月。同时，预测大坝混凝土浇筑的结果也出来了。

在大岗山坝施工期，TCDSS 介绍了显示仿真结果，这是非常有效的。 显示一般包括两个方面。

(1) 仿真结果上传到 TCDSS，以文件的形式显示。 可以查看和下载哪里可以访问 TCDSS 的仿真结果。

(2) 仿真结果的关键的问题以SMS形式传播到所有相关部门。

总之，根据仿真结果，所有的施工计划和温度控制措施可以制定在时间。

1. 结论

本文着重在讨论高拱坝的施工过程中存在的问题:大体积混凝土结构温度实时控制方法。由此产生的决策支持系统可以有效地显示温度控制过程，并提供预警信息并提出改进的措施，这可以用作一种管理工具。

大岗山坝施工期提出的方法，改善了温度控制工作。 节省大量人力，提高施工效率，提高了温度控制的效果和实现了坝体混凝土裂缝的预防。根据监测数据，峰值温度和冷却过程中混凝土满足几乎所有的设计要求，预防了有害的裂纹。提升强度和弹性，也是避免施工混凝土坝裂缝的非常重要因素。然而，它们都不在本文讨论范围内。因此，今后的研究需要提供一个更好的智能决策支持系统，客观地解决整个过程的温度控制中存在的问题和大体积混凝土结构防裂。

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1. 简介

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