水利工程智能建造进展及关键技术

水利工程智能建造进展及关键技术摘要：近年来，大数据、物联网、人工智能和云计算等信息技术逐渐在土木和水利工程领域得到了广泛应用。经过多年的发展，我国水电工程的建设先后经历了人工化、机械化、信息化和数字化的阶段，现在已迈入向智能化转型的阶段。智能建造定义为将信息化、自动化、智能化与工程建设过程高度融合的建造方式，通过集成和应用智能化系统，减少对人的以来和人工决策的主观性，提高基础设施建设的可靠性和经济性，已经成为当前世界各国土木和水利工程建设的发展重点和热点。关键词：水利工程；智能建造进展；关键技术引言水利工程建设的建设方法和管理经历了传统的人力、机械、自动化、数字化和情报发展过程。在人工和机械阶段，人类对传统质量控制、管理不善和报告不当的影响导致施工措施和管理不善，很容易导致工程质量控制的丧失；在因特网和大数据方面，近年来，信息技术与工程建设相结合，成功地实施了一些大型水电项目，主要是工程数字建筑模型和工程质量控制系统，这些项目广泛应用于以下领域。1智能化主要特征智能阶段的主要特点是:(1)集成人工智能等新一代信息技术，开发智能决策控制技术+自动控制；(2)实现人体信息物理系统及所有要素的智能感知、智能分析、智能控制和智能管理；⑶协同解决大坝设计、建设和运营的多目标优化管理和监管问题，实现安全、高质量、高效、经济和生态大坝建设的目标。特别值得一提的是，在诸如海量数据、云计算、物体互联网和人工智能等新信息技术的推动下，人类信息物理系统的三个组成部分的检测、分析和监测能力得到了前所未有的提高。2大坝智能建造技术进展2.1智能碾压数字碾压技术应用的初期，碾压机仍由人工控制；为进一步减少人为因素的干预、提高碾压的控制精度，基于自动控制理论、相应的控制机构和技术（包括GPS、计算机、通讯、传感等），无人碾压技术得到了发展。智能碾压的研究内容主要涉及碾压参数智能感知、碾压材料特性智能感知、碾压质量智能评价和碾压过程智能控制4个方面。（1）碾压参数的智能感知是指通过加速度计等测量设备和机器视觉等手段对碾压筑坝过程中的施工信息进行精确感知，包括：碾压机行驶速度、碾压遍数、压实厚度等，可为碾压质量评价和碾压过程控制提供基础。（2）碾压材料特性的感知是为了获取用来确定坝料压实特性的材料本身（内部）因素，包括材料的含水率和级配等。不同研究人员基于机器视觉、贝叶斯估计、随机森林等模型和算法实现了对碾压材料特性的感知和预测。（3）碾压质量评价，主要是分析碾压机械系统的振动特性指标和压实质量的关联性，从而构建压实质量评估模型。目前较为常用的压实指标包括：SCV（Soundcompactionvalue）、CV（Compactionvalue）和CF（Compactionfeature）。在此基础上，众多学者考虑了更全面的影响因素，包括：施工过程的碾压参数（行驶速度、压实厚度、碾压遍数）、振动频率/振幅信号、材料特性参数（坝料含水率、坝料级配特性）等等，通过相关性分析或机器学习方法等来构建数据驱动模型，建立了各影响因素与压实指标间的映射关系，实现对碾压质量的评价。由于材料的不同，土石坝和碾压混凝土坝的压实质量评价指标会存在差异，需要在进一步研究中对比不同压实质量评价指标的优劣和适用范围。（4）碾压过程智能控制，是指在机载反馈控制系统和机构的基础上，集成人工智能控制算法，对碾压操作参数信息进行优化，提高碾压精度和效率。2.2基坑降水监测技术在4G网络的基础上，实现了基坑降水的自动化、信息化和智能化。降水控制中心可通过APP端和移动电话计算机终端监测基坑降水监测设备的运行状况，及时以4G格式将基坑降水水平和流量传递给控制中心，实现数据互联可以有效和及时地监测自动降雨控制系统，并对基本坑进行科学的降水管理。该系统解决了人工监测精度低、延误、时间短、缺乏集中和效率等问题水位传感器不锈钢探头具有集成扩散硅敏感元件，利用压力电阻效应将所承受的水压转换为电信号，然后电压电流互感器将信号转换为标准的4~20ma远程传输信号，将检测到的水位信号传递给遥控收集器，检查收集器中的计算机，将实测水位信号与调整信号进行比较，计算偏差，然后根据偏差的性质，主动将收集到的数据传输到智能APP云和手机计算机终端，服务器下达命令，智能APP云获得自动或手动控制启动。2.3智能温控随着数字化和智能化技术的发展和应用，智能温控的理论逐渐完善。大体积混凝土结构的温度应力控制，包括数据采集感知、智能评价决策和温度智能调控3部分。通过对大坝施工过程的多源数据信息进行采集分析，基于全过程温度应力数值仿真计算评价大坝在预设初始通水策略下的整体安全性，并通过对通水策略的优化，采用当前最优通水策略进行温度的调控。目前混凝土的温度应力调控主要以“保证结构安全、发挥材料性能和提升施工效率”为优化目标，即在保证结构全过程安全裕度的同时，最大限度发挥混凝土材料的自身强度性能（节约造价）。混凝土浇筑后的温度变化曲线为一个先增大后减小的单峰曲线，基于此规律，智能温控的优化目标包括：最高温度、最大温差（如不同仓浇筑时机不同而带来温差的最大值）、降温速率等。混凝土热力学性能参数准确识别是准确模拟大坝温度场的关键因素。传统的大体积混凝土施工中，混凝土材料的热力学性能参数（导热系数、绝热温升系数等参数、比热等）一般采用经验公式或室内试验获取，但由于经验公式往往与实际情况相差较大，室内试验易受到环境条件和随机因素的干扰。2.4智能灌浆技术一种智能注射方法，提高注射操作过程的标准化、标准化和智能化，实现隐蔽工程阳光操作，避免人为干预，保证执行质量。将自动控制、变频调速、网络通信和信息加密等技术结合起来，研究和设计智能注射技术，实现所有注射操作的自动化和智能创新，实现面糊制备和分配全过程的智能化，注射压力和反该技术由智能喷射专家系统、智能纸浆生产站和智能喷射装置组成。专家系统远程控制智能浆料站和智能注塑机，实现面料生产分配、注塑机压力和流量控制、数据录入和处理全过程的智能化；智能面饼生产站根据中央服务器给出的面饼分配参数制备标准面饼，并为智能面饼生产单元分配面饼；智能注射单元是智能注射的实现层。它由数据中心系统、智能压力控制系统和3部分智能电源系统组成，所有部件都集成到数据库中，并封装在一起，可以全局移动以实现精确的智能控制，例如压力、吞吐量、密度、温度等参数。3智能建造技术升级(1)物体因特网提供硬件和软件支持，以实现全面认识，从而能够在各级有效地整合和整合各种信息，从而为实现多级智能控制奠定基础。2)大数据和云计算为智能高效决策提供了强大的数据库和计算能力。3)人工智能及其控制技术，如专家系统、模糊控制、神经网络、深度学习、多智能控制、遗传算法、自适应动态规划等。广泛应用于大坝裂缝、水冷却、安全监测、参数反演、研磨优化、进度模拟、结构模拟、数据挖掘等领域。4)建筑信息模型技术有利于大坝综合投入信息模型的发展。dim是通过将BIM应用模型与行业4.0的概念和特征相结合而开发的。在此基础上构建了idam大坝智能施工平台，实现了设计施工过程的智能化管理。结束语目前，我国水利工程智能建造已逐渐由探索阶段向系统化发展阶段过渡，这些技术难点也开始得到领域专家的关注和研究。可以预见，随着在理论、技术、方法方面研究的不断深入，智能化标准和体系的逐渐完善，集成智能建造平台不断升级和更高效部署，我国水利工程的建设水平将会达到一个新的高度。参考文献[1]汪庆发.人工智能在水利工程管理中的应用的浅述[J].居舍,201