(廣西大藤峽水利樞紐開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司,廣西 南寧 530000)
大藤峽水利樞紐工程是國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《珠江流域綜合利用規(guī)劃》、《珠江流域防洪規(guī)劃》確定的珠江流域防洪控制性樞紐工程,是兩廣合作、桂澳合作的重大工程,是紅水河十大梯級(jí)規(guī)劃中的最后一級(jí),也是國(guó)家172項(xiàng)重大水利節(jié)水供水項(xiàng)目中的標(biāo)志性工程。
工程壩址位于珠江流域西江水系中游廣西桂平市大藤峽峽谷出口處,工程開(kāi)發(fā)任務(wù)以防洪、航運(yùn)、發(fā)電、水資源配置為主,結(jié)合灌溉、水生態(tài)治理等綜合利用。大藤峽工程樞紐建筑物主要包括泄水、發(fā)電、通航、擋水、灌溉取水、過(guò)魚(yú)建筑物等。
大藤峽工程灌漿施工主要以帷幕灌漿和固結(jié)灌漿為主,其主要灌漿部位包括:一期下游圍堰、一期基坑巖溶區(qū)防滲處理、左岸泄水壩段、左岸廠房、主廠房及安裝間、流道鋼襯接觸、船閘主體部位、船閘上游引航道部位、船閘下游引航道部位、船閘事故門(mén)庫(kù)壩段部位、黔江副壩、南木江副壩等。
大藤峽工程灌漿施工已全面展開(kāi),在灌漿質(zhì)量管控過(guò)程中,檢查發(fā)現(xiàn)存在管控不到位、資料造假等問(wèn)題。為規(guī)范灌漿施工,有效控制灌漿施工質(zhì)量,大藤峽公司根據(jù)施工單位合同承諾,要求施工單位統(tǒng)一采購(gòu)可進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓酀{記錄儀,為實(shí)現(xiàn)通過(guò)項(xiàng)目管理系統(tǒng)對(duì)灌漿工程實(shí)施智能監(jiān)控,更好地開(kāi)展灌漿記錄儀及監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行、管理,確保灌漿質(zhì)量可控,大藤峽公司開(kāi)展灌漿監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)行。
?灌漿工程量的統(tǒng)計(jì)以及灌漿過(guò)程的控制都比較困難。其主要原因是灌漿施工效果難以用肉眼觀察,必須通過(guò)設(shè)備記錄的資料間接反映;灌漿施工過(guò)程中地層存在不確定性,灌漿作業(yè)面分散,也給有限的監(jiān)理人員進(jìn)行24小時(shí)旁站的工作方式提出極大的挑戰(zhàn)。
?為規(guī)范和加強(qiáng)項(xiàng)目管理,針對(duì)工程項(xiàng)目中存在的隱蔽性因素進(jìn)行過(guò)程控制,施工資料管理工作就顯得非常重要。灌漿資料作為記錄灌漿工程施工活動(dòng)整個(gè)過(guò)程的一項(xiàng)重要資料,即是基礎(chǔ)施工的重要組成部分,也是整個(gè)工程竣工交付使用的必備文件。然而有些資料管理分散,缺少備份和電子手段,存在一定的管理風(fēng)險(xiǎn)。
?灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)將傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整合、分析,并實(shí)時(shí)上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)了分散施工部位的集中化監(jiān)管,從監(jiān)管方式上保證了數(shù)據(jù)真實(shí)有效和安全可靠,提升了大藤峽工程建設(shè)網(wǎng)絡(luò)信息化管理水平。
?通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立,將施工過(guò)程數(shù)據(jù)集中化管理,形成海量數(shù)據(jù)庫(kù),根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),施工規(guī)范,將海量數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)化,為灌漿施工過(guò)程分析,施工質(zhì)量評(píng)估,施工進(jìn)程跟蹤,施工模型展現(xiàn)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
大藤峽工程灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)是一套利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)技術(shù)、ASP.NET技術(shù)以及Internet技術(shù)且基于B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)管理信息系統(tǒng),該系統(tǒng)集成灌漿監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和灌漿數(shù)據(jù)管理,可作為大藤峽工程水電站辦公管理系統(tǒng)的一部分。
目前,大藤峽工程累計(jì)投入使用27套GJY-VII型灌漿自動(dòng)記錄儀,灌漿監(jiān)控系統(tǒng)已覆蓋所有灌漿施工工作面,實(shí)現(xiàn)灌漿數(shù)據(jù)的全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和傳輸。
大藤峽工程灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)按照施工監(jiān)控對(duì)象的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),分層分布式系統(tǒng)是一種集散控制系統(tǒng)(DCS),整個(gè)系統(tǒng)可分為現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)、過(guò)程管理級(jí)和經(jīng)營(yíng)管理級(jí),提供從灌漿記錄儀到數(shù)據(jù)傳輸和信息化管理一攬子解決方案。其監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如下頁(yè)圖1所示。
灌漿信息管理子系統(tǒng)中,灌漿記錄儀的各種傳感器作為現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí),該級(jí)別直接面對(duì)灌漿現(xiàn)場(chǎng),是所有數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)。該級(jí)別的各種傳感器形成一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò),對(duì)灌漿過(guò)程中的流量、壓力、密度及抬動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理,并將各自傳感器采集到的信號(hào)以有線或無(wú)線的方式傳輸?shù)焦酀{記錄儀主機(jī)。
灌漿記錄儀主機(jī)作為過(guò)程管理級(jí),該級(jí)別通過(guò)接受現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)傳來(lái)的信號(hào),按照工藝要求進(jìn)行控制規(guī)律運(yùn)算后,將結(jié)果作為控制信號(hào)發(fā)給現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的設(shè)備,是集散控制系統(tǒng)的核心單元。灌漿過(guò)程的各種工藝都需要它來(lái)設(shè)置、記錄和調(diào)節(jié),比如灌漿參數(shù)的設(shè)置,數(shù)據(jù)的記錄和高壓閥的開(kāi)合度調(diào)節(jié)等。
灌漿信息管理系統(tǒng)作為經(jīng)營(yíng)管理級(jí),是集散控制系統(tǒng)的最高一層,可以監(jiān)視灌漿信息管理子系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù),并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和處理。從全局出發(fā),有助于參建單位進(jìn)行灌漿過(guò)程的監(jiān)控和管理。
圖1 灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
灌漿實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的發(fā)送伴隨著整個(gè)灌漿施工全過(guò)程,并且數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中以封裝的數(shù)據(jù)幀的形式發(fā)送,因此需要開(kāi)發(fā)服務(wù)器段接收處理程序?qū)幋a幀進(jìn)行效驗(yàn)、解碼并存儲(chǔ),同時(shí)為了保證數(shù)據(jù)處理的及時(shí)有效,需建立多線程機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,同時(shí)又能夠接收數(shù)據(jù),從而保證數(shù)據(jù)的循環(huán)往復(fù)處理。如圖2所示。
圖2 TCP/IP協(xié)議開(kāi)發(fā)流程
灌漿管理信息系統(tǒng)是在整個(gè)灌漿數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上建立的。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用磁盤(pán)陣列技術(shù)(Redundant Arrays of Inexpensive Disks,RAID),通過(guò)在多個(gè)磁盤(pán)上同時(shí)存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)來(lái)大幅提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐量(Throughput),同時(shí)該技術(shù)具有較為完備的相互校驗(yàn)/恢復(fù)的措施,甚至是直接相互的鏡像備份,從而大大會(huì)提高RAID系統(tǒng)的容錯(cuò)度和穩(wěn)定冗余性。
本系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)引擎,數(shù)據(jù)庫(kù)建立的數(shù)據(jù)表包括:灌漿實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、灌漿記錄數(shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)、結(jié)束信息數(shù)據(jù)、用戶(hù)信息數(shù)據(jù)、用戶(hù)登陸數(shù)據(jù)、報(bào)表生成臨時(shí)數(shù)據(jù)、灌漿結(jié)果數(shù)據(jù)、灌漿施工設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、灌漿成果數(shù)據(jù)等;各數(shù)據(jù)字典的建立都是相互依賴(lài)、相互關(guān)聯(lián)的。
?廊道ZigBee網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)施工主要完成廊道區(qū)域內(nèi)部的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸,保證該灌漿區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)灌漿數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸和采集。其安裝方式為采用ZigBee路由模塊安裝在廊道內(nèi)部,100~150m安裝一套無(wú)線路由設(shè)備,將在區(qū)域內(nèi)的多臺(tái)GJY-VII型灌漿記錄儀通過(guò)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái),并整合該區(qū)域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中灌漿記錄儀的灌漿數(shù)據(jù)到無(wú)線主機(jī)中。如圖3所示。
圖3 廊道無(wú)線自組網(wǎng)示意
?露天GPRS/WIFI通信模塊施工,尋找廊道口、廠房周?chē)奥短焱ㄐ判盘?hào)良好的地方,用無(wú)線專(zhuān)用發(fā)送器網(wǎng)關(guān)模塊連接ZigBee和GPRS/WIFI網(wǎng)絡(luò),把接收到的ZigBee信號(hào)通過(guò)GPRS/WIFI網(wǎng)絡(luò)傳至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。GPRS/WIFI與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的連接不受距離限制。
本系統(tǒng)運(yùn)用ZigBee技術(shù)將各施工點(diǎn)記錄儀的數(shù)據(jù)上傳到中央服務(wù)器,進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、信息管理。該系統(tǒng)支持灌漿資料的遠(yuǎn)程上傳、搜索、整理、本地保存及打印等功能。用戶(hù)在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方通過(guò)電腦或者手機(jī)便可以查看灌漿實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表及曲線。與普通軟件公司不同,該信息管理系統(tǒng)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)灌漿自動(dòng)記錄儀數(shù)據(jù)管理而開(kāi)發(fā)的,能實(shí)現(xiàn)信息管理系統(tǒng)與灌漿記錄儀的無(wú)縫連接,灌漿記錄儀的數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳,無(wú)需手工錄入。并且該系統(tǒng)具有隨時(shí)隨地監(jiān)控灌漿信息、不同用戶(hù)不同權(quán)限管理、電腦手機(jī)均可作監(jiān)控終端等特點(diǎn)。
本系統(tǒng)采用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)及.Net應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。系統(tǒng)采用C/S的三層應(yīng)用模式,數(shù)據(jù)服務(wù)與應(yīng)用服務(wù)運(yùn)行在不同的服務(wù)器上,在進(jìn)行服務(wù)器選型時(shí),必須要考慮系統(tǒng)的運(yùn)行性能及后期較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用需要。采用基于Intel架構(gòu)的中高檔IBM X系列或HP企業(yè)級(jí)應(yīng)用服務(wù)器。系統(tǒng)配置2個(gè)Intel Xeon雙核CPU,2G以上的內(nèi)存。
數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器處理的數(shù)據(jù)量較大,對(duì)系統(tǒng)的容錯(cuò)功能要求較高,因此采用具有容錯(cuò)功能的RAID磁盤(pán)陣列技術(shù),由于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)較多,同時(shí)考慮到日常數(shù)據(jù)備份的需要,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的有效總?cè)萘恳笤?000G以上。對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,同時(shí)需要考慮數(shù)據(jù)訪問(wèn)的性能量,從保證有效數(shù)據(jù)空間及系統(tǒng)運(yùn)行效率的雙方面綜合考慮,采用5塊300G SAS熱插拔硬盤(pán)組成RAID5磁盤(pán)陣列。
數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器具有較強(qiáng)的存貯與處理能力,采用高檔專(zhuān)用服務(wù)器為主服務(wù)器,并具有提供備份的功能;平均故障間隔時(shí)間大于1萬(wàn)小時(shí)。
4.2.1 系統(tǒng)登陸
大藤峽灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)于2017年9月建設(shè)并投入運(yùn)行,在配合現(xiàn)場(chǎng)各種開(kāi)發(fā)需求的情況下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了多次需求分析,并進(jìn)行及時(shí)的修改和完善,整體架構(gòu)也進(jìn)行了升級(jí),服務(wù)器按照要求也轉(zhuǎn)移到了現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)絡(luò),保障了數(shù)據(jù)安全和運(yùn)行效率,目前運(yùn)行狀況良好。
用戶(hù)可以通過(guò)系統(tǒng)管理員所分配的帳號(hào),在任何能夠連接互聯(lián)網(wǎng)或者局域網(wǎng)的設(shè)備上登錄灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行操作。系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)的身份類(lèi)型,自動(dòng)賦予其對(duì)應(yīng)的的功能菜單和相符的操作權(quán)限,保證了數(shù)據(jù)的保密性。
4.2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控
進(jìn)入系統(tǒng)后首先顯示的是實(shí)時(shí)監(jiān)控頁(yè)面,平面圖上的圓點(diǎn)代表灌漿記錄儀。通過(guò)平面圖上的圓點(diǎn)顏色可以清楚知道灌漿記錄儀的使用狀態(tài),而圓點(diǎn)分布的位置則代表灌漿大致的施工部位,目的是生動(dòng)形象地展現(xiàn)灌漿記錄儀的使用情況。單擊圓點(diǎn),左下角將顯示該灌漿記錄儀兩個(gè)通道的實(shí)時(shí)灌漿工作情況,該頁(yè)面是動(dòng)態(tài)刷新,可看到該灌漿記錄儀所在部位,設(shè)備編號(hào),當(dāng)前所灌孔段信息及實(shí)時(shí)流量、壓力、密度等參數(shù),數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中五秒更新一次。實(shí)時(shí)監(jiān)控頁(yè)面如圖4所示。
圖4 實(shí)時(shí)監(jiān)控頁(yè)面
4.2.3 數(shù)據(jù)查詢(xún)
通過(guò)頁(yè)面的“過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)表”和“過(guò)程數(shù)據(jù)”菜單,可對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的原始灌漿數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊搜索和準(zhǔn)確查詢(xún),點(diǎn)擊某條查詢(xún)數(shù)據(jù)則會(huì)展現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)一致的灌漿記錄報(bào)表。
在“過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)表”菜單下,通過(guò)輸入部位、孔號(hào)、段號(hào)、工作方式及時(shí)間其中任意一項(xiàng)或多項(xiàng)信息,根據(jù)該信息數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)進(jìn)行模糊查詢(xún),適用于對(duì)灌漿孔段信息了解不全,或僅需查詢(xún)某個(gè)部位或某個(gè)時(shí)間段灌漿情況的查詢(xún)方式。過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)表頁(yè)面如下頁(yè)圖5所示。
在“過(guò)程數(shù)據(jù)”菜單下,通過(guò)輸入部位、孔號(hào)、儀器編號(hào)、段號(hào)及工作方式詳細(xì)信息,則可以直接查詢(xún)到某孔段的原始灌漿數(shù)據(jù)。目的是為了管理者能夠直觀、便捷的查詢(xún)相關(guān)孔段信息并且找到其所需要的灌漿數(shù)據(jù)。
4.2.4 設(shè)備查詢(xún)
該菜單下通過(guò)輸入灌漿記錄儀編號(hào)、起始時(shí)間及終止時(shí)間,即可查詢(xún)到該設(shè)備在該時(shí)間段所記錄的所有灌漿資料。
4.2.5 成果報(bào)表
該菜單下,用戶(hù)通過(guò)輸入工程部位及單元號(hào),即可查詢(xún)相應(yīng)的灌漿成果。該成果包含累計(jì)灌漿量,累計(jì)注灰量,單位注灰量等信息。
該菜單目的是通過(guò)工程量統(tǒng)計(jì),方便管理者根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及圖表對(duì)灌漿量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),對(duì)灌漿質(zhì)量進(jìn)行分析,對(duì)灌漿成果進(jìn)行評(píng)估,可以有效地了解灌漿施工情況。
4.2.6 異常匯總
該菜單下顯示的是灌漿孔段的灌前壓水呂榮值和累計(jì)注灰量異常匯總。報(bào)警機(jī)制采用遞進(jìn)報(bào)警模式,即超過(guò)設(shè)計(jì)值的25%使用橙色字體顯示,超過(guò)設(shè)計(jì)值的50%使用紅色字體顯示。如圖6所示。
圖5 過(guò)程數(shù)據(jù)報(bào)表頁(yè)面
圖6 異常匯總頁(yè)面
灌漿施工項(xiàng)目是大藤峽大壩施工中的隱蔽性工程,施工進(jìn)度和質(zhì)量難以直觀衡量,為方便對(duì)大壩灌漿進(jìn)行管理和監(jiān)控,大藤峽工程灌漿施工監(jiān)控系統(tǒng)融合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)對(duì)廊道等信號(hào)盲區(qū)及露天施工部位進(jìn)行局部組建網(wǎng)絡(luò),將灌漿過(guò)程采集的重要參數(shù)實(shí)時(shí)收集,通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng),形成一套無(wú)線灌漿網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),能實(shí)時(shí)監(jiān)控大壩灌漿施工參數(shù),成果統(tǒng)計(jì)分析,進(jìn)行質(zhì)量管理和過(guò)程管理,并為后期施工決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)的應(yīng)用提高了工程管理人員在灌漿管理過(guò)程中的實(shí)效性和工作效率,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)灌漿過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況,提高灌漿工程信息化管理水平。
以前的灌漿數(shù)據(jù)都是通過(guò)紙質(zhì)報(bào)表打印出來(lái),再經(jīng)工作人員呈遞監(jiān)理后上報(bào)給業(yè)主。整個(gè)流程耗時(shí)長(zhǎng),且資料的整理與管理相當(dāng)不便,較難滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的施工要求及客戶(hù)的實(shí)際需求。利用計(jì)算機(jī)軟件、網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信等技術(shù)開(kāi)發(fā)的灌漿施工監(jiān)控管理信息系統(tǒng)是當(dāng)前灌漿管理信息化的主流趨勢(shì),能夠?qū)崿F(xiàn)灌漿施工的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查看、數(shù)據(jù)整理等功能,從而真正達(dá)到灌漿施工作業(yè)的自動(dòng)化、智能化,加強(qiáng)業(yè)主監(jiān)理對(duì)灌漿施工作業(yè)的綜合管理,有效提高灌漿施工的質(zhì)量、生產(chǎn)效率及設(shè)備利用率,節(jié)約生產(chǎn)成本。
水利信息化的首要任務(wù)是在水利業(yè)務(wù)中廣泛應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù),建設(shè)水利信息基礎(chǔ)設(shè)施,解決水利信息資源不足和有限資源共享困難等突出問(wèn)題,提高防汛減災(zāi)、水資源優(yōu)化配置、水利工程建設(shè)管理、水土保持、水質(zhì)監(jiān)控等水利業(yè)務(wù)中信息技術(shù)應(yīng)用的整體水平,帶動(dòng)水利現(xiàn)代化。大藤峽無(wú)線灌漿管理信息系統(tǒng)作為水利信息化的終端產(chǎn)品,能夠?qū)崿F(xiàn)灌漿實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、圖形報(bào)表生成等功能,通過(guò)實(shí)時(shí)上傳灌漿成果數(shù)據(jù),保證了數(shù)據(jù)的有效性和真實(shí)性,并對(duì)灌漿相關(guān)各類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行共享和管理,完成了灌漿過(guò)程異常處理、質(zhì)量巡查以及工程計(jì)量統(tǒng)計(jì)等工作,該系統(tǒng)將促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)灌漿施工自動(dòng)化管理水平,實(shí)現(xiàn)大藤峽灌漿數(shù)據(jù)的無(wú)縫對(duì)接。系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和運(yùn)行提高了大藤峽灌漿信息化的管理水平,促進(jìn)了水電站水利信息化的建設(shè)。