基于全生命周期的大坝安全智能监测与预警系统及其方法_4

文档序号:8360656阅读:来源:国知局
于DM的虚拟现实监测;
[0103](6)将基于DM与施工组织进度计划链接,在建设施工阶段先进行4维施工模拟,然后对施工过程真实再现,实现对施工方案的验证和优化、控制;
[0104]4、在基于DM上建立基于智能高拱坝建设与运行信息化平台(iDam),施工过程数据采集利用监测获取的高拱坝施工现场数据,作为为仿真分析提供全面的进度分析基础数据。
[0105](I)通过虚拟建造的三维形象化过程展示,使高拱坝建设的施工方、监理方、业主方对工程项目的各种问题和情况全面掌握,随时随地都可以非常直观、快速地知道计划时什么样的,实际进展是怎么样的。如:应用于金属结构制作与安装管理,虚拟建造则可使参建各方直观的掌握各构件的安装部位、施工工艺,以及诸如每一块钢衬的制作、安装进度等。
[0106](2)根据在基于DIM上划分的高拱坝虚拟模型的各施工区域监测节点布局,在实际部位节点上设置(或埋设)测缝计,监测不同构筑物结构部位和坝体自身有可能产生的横缝张开程度变化和竖直方向的错动变形而产生的裂缝。
[0107](3)通过在基于DM上划分高拱坝各施工区域监测节点和在高拱坝实际施工过程中,对混凝土生产、运输、浇筑、接缝灌浆、固结灌浆、帷幕灌浆的温度控制,金属构件安装,安全监控,原材料检测,实施工程联机分析,设置工程资料库,开展预报警管理和渗流变形分析、综合查询等在内的所有大坝施工过程的安全、进度、质量、工艺进行全过程监测与控制。
[0108](4)以大型混凝土坝工程实际施工中的海量工程数据、物联网监控系统实时采集的施工机械运行信息等数据和施工实践经验为基础,运用大数据技术,将混凝土坝施工领域的专家知识引入仿真模型,建立符合施工专家决策原则的仿真模型,并以行业常用的工程决策思路引导建模过程,使得仿真系统符合工程技术人员的思维习惯,同时建立精细仿真模型与三维动态仿真,验证仿真模型的可靠性,并确定仿真参数的有效取值范围;建立数据驱动的三维动态仿真环境,与仿真计算过程同步表现混凝土仓面的施工动态过程;与混凝土坝三维设计技术相结合,建立参数化的精细坝体结构模型和施工仓面模型,为仿真分析模块提供精确的施工仓面空间属性数据;采取轻量化、渲染效率高、人工交互性好的仿真可视化平台,支持工程属性的查询和标注。
[0109](5)设计温度探测器监测传感器的工作期限,并制定再次唤醒机制,提高传感器自动化程度,实现测量自动化、数据库自动输入和异常情况自动剔除和报警,并根据测量对象的不同,自动定义监测频率。
[0110](6)通过基于现场施工过程数据的采集,进行缆机效率水平、施工效率制约因素、效率变化趋势、资源匹配水平、施工进度影响规律、备仓效率及效率薄弱环节等进度相关的规律分析等施工现场数据价值挖掘分析,获取符合本工程特点的施工规律,用于建立施工过程精细化仿真模型和获取仿真参数。
[0111](7)在常见面向设计阶段的仿真系统的基础上,面向现场决策的仿真预测和优化,设计符合现场决策需求的建模和分析功能。如:基于已有施工面貌的继续仿真;针对局部施工过程的微观仿真;仿真参数与施工边界条件的快速调整;自动智能跳仓和人工跳仓的结合;施工边界条件的快速调整功能等。通过这些功能,研宄不同施工方案对进度的影响敏感性,预测不同施工方案下的大坝施工进度,提出施工方案优化建议。
[0112](8)根据仿真分析结论和推荐优化措施,将仿真结果反馈至施工现场,并利用仿真系统分析得到的高峰强度、计划工期、月上升速度等关键指标,以及坝浇筑强度、施工历时、间歇时间、上升速度、施工面貌、机械设备的使用情况、接缝灌浆进度,以数据报表、图表、三维模型信息、二维模型信息、剖视图信息等成果表现方式,为项目管理人员提供可全方位分析和比较的工具,指导实现现场的进度控制,对基于仿真的施工进度实时控制。通过这种全过程动态跟踪模拟仿真,全过程反映了拱坝边浇筑、边封拱,下部坝体封拱灌浆形成一个整体后对上部未灌浆的整体约束作用、上部未封拱的倒悬体在一期、中期和二期冷却过程中的应力变化,横缝开度变化、倒悬体应力变化、封拱后应力变化等。在实现全过程仿真计算的同时,将不同区域、不同龄期混凝土的应力与相对应混凝土龄期强度进行比较,求出各时刻的安全系数场、从而可以实现全程对大坝整体内部不同区域、不同时段、关键节点时的抗裂安全状态进行分析与预报。根据安全分析的结果,及时提出针对性的预防措施,以避免危害性裂缝的出现,为大坝整体安全风险控制提供了保障。
[0113](9)所述高拱坝运行管理阶段的监测,按照高拱坝实际施工技术规范和安全、质量、进度等方面要求,通过基于DIM并建立基于该模型的基于智能拱坝建设信息化平台(iDam)。①通过高拱坝施工阶段设置的温度传感器、测缝计监测大坝的温度和变形;②通过在高拱坝施工阶段预设在监测部位节点上的应力应变传感器、位移传感器、测压管或渗压计,监测高拱坝的应力、位移、水位、裂缝大小、坝体坝基渗流。
[0114](二)构建由基于智能拱坝建设信息化平台(iDam)、基础数据库、工程资料库、专家知识库、安全评估和预警分析评价系统组成等组成的数据处理及综合数据库子系统平台;具体为:
[0115]1、在基于DM上创建基于智能拱坝建设信息化平台(iDam);具体为:
[0116](I)所述基于iDam是以DM为核心开发的智能拱坝建设与运行系统平台有14个功能模块,分别是混凝土施工、接缝灌浆、固结灌浆、帷幕灌浆、金结制安、温度控制、质量管理、安全监测、仿真分析、渗流变形分析、工程联机分析、预报警管理、工程资料库、综合查询。iDam是一个集成平台,用于高拱坝设计、施工、监理、科研、业主的协同管理,实现高拱坝相关设计、监测、进度、施工、质量、地质等信息在业主、设计、施工、监理及科研单位之间的共享、协同与有序流动,与实体大坝同步演进,形成具备丰富信息、可随时追溯、分析、查阅的有血有肉的数字化大坝,实现大坝信息从设计、施工到运营过程的一体化集成管理;
[0117](2)所述基于iDam利用DIM监测体系和自动测量获取的高拱坝建设施工阶段监测数据和运行管理阶段监测数据以及设计勘察数据,作为仿真和全面分析的基础数据,并形成基于基础数据库、实时数据库和监测数据库的iDam综合数据库。
[0118]I)所述基础数据库主要为高拱坝设计的基础数据和成果。包括设计技术要求、各类地质结构的参数和分布、混凝土物理力学和变形试验成果、坝体结构三维体型、数字分析的基础网格、高拱坝和基础联合体的应力变形等,涵盖从预可行性研宄开始到施工结束的各阶段的试验、检测、设计和科研成果,具体有地形与建基面、地质和水文地质、材料及其本构关系、应力与变形参数、二位和三维建筑物结构、设计与施工技术标准和主要控制指标等;
[0119]2)所述实时数据库包括高拱坝建设全过程中的施工动态成果,包括基础开挖、固结灌浆、混凝土原材料、混凝土生产运输和浇筑、混凝土全过程温度控制、接缝灌浆、金属结构制作和安装、主要施工机械设备等各专业的施工工艺与质量的监测、试验和验收的动态成果,也包含高拱坝施工过程中的均衡性和连续性成果,如相邻块高差、最大高差以及悬臂高度等;
[0120]3)所述监测信息数据主要是基于施工期与布设的,同时用作运行期监测的施工期与运行期安全监测仪器获取的高拱坝建设过程中基础和高拱坝体形等的实时监测数据,主要有混凝土温度、应力应变、无应力计、钢筋应力、混凝土接缝开合度、坝体正倒垂以及大坝和基础的沉降位移等;
[0121](3)所述基于iDam把全部、实时地获取的高拱坝建设真实信息,有效及时传输进入DIM系统,重点把握采集和传输两个环节,在高拱坝建设施工过程中,对混凝土生产、运输、浇筑,接缝灌浆,固结灌浆,帷幕灌浆的温度控制,金属构件安装,安全监控,原材料检测、工程联机分析、工程资料库、预报警管理、渗流变形分析、综合查询等在内的所有高拱坝施工过程的安全、进度、质量、工艺进行全过程监测与控制,实现以数字测温与光纤测温相结合的混凝土温度无线检测,和逐仓全过程全坝混凝土温度自动、实时观测等方面高拱坝各专业建设全过程的智能化监测;
[0122](4)所述基于iDam平台通过自组织无线通讯网络,获得监测阶段的动态监测数据,在所述iDam软件环境下,进行实测数据与虚拟模型的结合,并方便查询仪器各种信息(位置、型号、安装历史等)及各种定制和非定制的统计和分析;
[0123](5)所述基于iDam平台建立设计目标和监测指标关系,以及建立反馈分析和监测数据的关系,多模式、多维度的数据展现与查询方案,形成以二维图表与三维可视化相结合的温控数据查询与分析模式;实现包括施工期埋设温度计、测温管、光纤测温温度、表面温度等单仓混凝土温度过程曲线的混凝土温控信息综合查询功能,支持温控阶段管理,实现最高温度、温度变化幅度、日温度变化幅度等信息的统计;在此基础上,实现对混凝土内部温度曲线、混凝土通水流量曲线、混凝土通水入口温度曲线、现场气温曲线的对比查询;
[0124](6)所述基于iDam平台的综合数据库将所有与监测相关的传感器纳入其中,实现三维、剖面、高拱坝温度分布展示以及过程变化、灾害应急模拟分析,对工程项目进行优质管理,找出各个环节的问题,实现高效管控;
[0125](7)所述基于iDam平台与参数管理,实现对组织机构、功能权限、数据权限、基础参数定义、工作流配置、问题反馈、系统在线更新的管理。实现企业级的层次化组织结构管理与分级授权机制。实行的基于合同标段的数据权限控制机制,不同标段的数据只会授权给对应的施工或监理单位;基础参数定义实现坝体结构定义、施工规则定义、施工资源配置、混凝土配比、手持设备管理、系统参数定义等功能,实现功能权限定义、角色定义、用户定义、角色授权机制;
[0126]2、创建高拱坝基础数据库,包含了通过搜集并整理的高拱坝保护区内工程建设前期气象、水文、地质数据和高拱坝设计的各项技术指标值等数据,包括设计技术要求、各类地质结构的参数和分布、混凝土物理力学和变形试验成果、坝体结构三维体型、数字分析的基础网格、高拱坝和基础联合体的应力变形等,涵盖从预可行性研宄开始到施工结束的各阶段的试验、检测、设计和科研成果;具体有地形与建基面、地质和水文地质、材料及其本构关系、应力与变形参数、二位和三维建筑物结构、设计与施工技术标准和主要控制指标等,这些数据预先录入数据处理及综合数据库系统平台中,作为实测数据的参考;点击基础数据库模块同时具有通过互联网链接到设计单位、气象部门、地质勘探部门网站功能,读取需要的相关数据;
[0127]3、创建高拱坝工程资料库,高拱坝工程资料库模块集中了高拱坝所有的工程技术资料数据,包括高拱坝基本参数、基础类数据和管理类数据。
[0128](I)基于高拱坝DIM整体模型及其参数、分段模型及单元模型及其参数;
[0129](2)高拱坝基本参数包括坝顶高程、建基面最低高程、最大坝高、坝顶拱冠厚度、坝底拱冠厚度、最大中心角、顶拱中心线弧长、厚高比、弧高比、导流底孔、泄洪深孔、溢流表孔、混凝土工程量、钢筋制安量、金属结构量及安装信息、总工期等方面;
[0130](3)大坝及其区域各类地质结构的参数和分布、混凝土物理力学和变形试验与检测结果、坝体结构三维体型、数字分析的基础网格、高拱坝和基础联合体的应力变形等数据信息;
[0131](4)高拱坝建设过程中的施工动态成果,包括基础开挖、混凝土生产、运输、浇筑、接缝灌浆、固结灌浆、帷幕灌浆的温度控制,金属构件安装等施工动态监测数据及成果,及温度、横缝张开度、应力、应变等监测数据及成果,是建设过程中基础和高拱坝施工全过程实时监测数据等基础数据;
[0132](5)应急预案数据、事故记录数据;
[0133](6)工程源数据、传感器编号、型号及其监测数据、工程部门数据和分类编码数据等方面管理维护信息数据;
[0134](7)施工设备及其参数、施工安全监测、原材料检测等在内的所有专业功能管理模块,高拱坝施工全过程的进度、质量、工艺和成果;
[0135](8)通过通讯网络子系统平台接入数据处理及综合数据库系统平台;
[0136]4、创建专家知识库,专家知识库录入其他类似大坝或水工建筑物工程资料数据;政策法规数据;企业管理制度、标准数据;工艺规范和工艺操作规程数据;应急预案、救援和自救手册数据;重大安全生产隐患、重大危险源和危险化学品数据;重特大事故档案数据;安全生产专家及安全评价中介机构数据;抢险救灾资源数据;通过专家知识库的维护管理模块、知识库挖掘分析模块,按照水电行业特征、实时信息特征、使用特征、属性特征等构成较高效的系统信息和有结构的,有组织形式的知识模块化,把原来的混乱状态知识变得有序化,从而构成便于利用的信息和知识的检索;
[0137]5、建立高拱坝安全评估和预警分析评价系统,通过基于iDam建立的全坝全过程的高
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