水電工程施工仿真
2013-09-30新聞來源：中國水電工程顧問集團公司
水電工程施工仿真，是對水電工程的開挖、填築（澆築）、運輸等複雜施工過程建立數學模型，借助計算機的高速運算、大容量存儲、圖形圖像直觀顯示等特性以及算法進行數字模擬，研究係統參數的變化對係統結果的影響，得出數據為合理決策提供支持的一種方法。目前，水電工程施工仿真主要應用於研究水電工程混凝土壩澆築、土石壩填築、地下洞室群施工及施工導截流等複雜施工過程。
混凝土壩澆築施工，涉及到混凝土的水平運輸和垂直運輸。某澆築塊能否澆築受時間約束、相鄰澆築塊允許高差、拆摸條件、吊運設備工作範圍及相互工作幹擾等限製，也受到氣溫條件及灌漿等影響，是一個非常複雜的過程，一般是通過經驗安排施工進度，缺乏定量的數據支持。在施工仿真中，我們把混凝土壩澆築施工看作是一個由混凝土運輸機械為主導的吊運澆築係統，按特定規則分別為各個澆築塊服務的特殊排隊服務係統。通過施工仿真，可以得到在不同機械設備配套方案下的最短施工工期，對機械設備的投入數量進行靈敏度分析，提高設備利用率，為製定合理的施工進度計劃及合理配置機械設備提供科學可靠的決策依據；還可以根據仿真結果對工程進行實時控製與管理。
土石壩填築施工涉及土石料的開采、運輸和填築。土石料場規劃是對每個時段的供料源和受料源進行優化調配；運輸道路規劃需要確定道路係統的構成及標準能否滿足施工計劃要求；壩麵填築規劃要得到每一填築層的開始時間和結束時間。這三方麵又互相聯係、影響和製約，構成一個複雜的係統。在施工仿真中，我們把土石壩填築施工看作由料源係統、運輸道路與運輸機械排隊係統及壩麵填築循環網絡係統構成的一個集合係統。通過施工仿真，可以對土石料進行優化調配和動態平衡；通過分析不同運輸機械配套情況下機械的利用率、道路的行車密度及相應的概率分布規律，可找出擁塞點，優化道路布置，確定最佳機械配套方案；通過對填築過程的仿真分析，可確定各作業環節之間合理的組織協調方案及進度計劃。最終，可以得出以總費用最低為原則的最優施工組織設計方案及施工總進度計劃。
地下洞室群施工是由鑽孔、爆破、通風散煙、安全檢查、出渣等工序反複循環的複雜過程。由於地下工程洞室、施工通道縱橫交錯，每個工作循環都可能產生隨機排隊現象，很可能在某一循環中出現擁塞點而影響其他工序進行，遠比地麵工程複雜。通過施工仿真，可以對施工方案進行多方案比選，得到合理可行的機械設備配套方案、施工進度計劃及最優工期；可以得到各時刻各路段的行車密度及擁塞點，對施工交通道路布置是否能滿足施工要求進行定量分析和論證；可以得到地下洞室群施工係統的動態通風曲線，為製定合理的通風方案提供決策支持；還可根據當前實際施工進度，預測施工進度的後續發展和趨勢，為現場管理提供科學依據。
施工導流是水電工程建設中的一個關鍵環節，是一項複雜的係統工程，牽涉到工程施工的各個方麵。截流是水電工程施工總進度計劃的一個控製性節點。通過導流施工仿真，可以高效地比較多個導流方案對主體工程施工、施工總進度的影響，優化導流方案。通過截流仿真，可以得出隨著戧堤推進龍口水力學條件的變化對拋投料用量和拋投料粒徑的約束，研究截流中存在的問題，更有效地指揮現場施工，降低施工成本和風險，提高截流的成功率。
近年來，隨著水電工程的大力發展、施工仿真技術的進步以及精細化管理要求的提高，水電工程施工仿真以其善於解決複雜係統問題的優勢正得到越來越廣泛的應用。如拉西瓦、錦屏一級、向家壩、觀音岩水電站混凝土壩澆築施工仿真，長河壩、糯紮渡水電站土石壩填築施工仿真，惠州蓄能、錦屏二級等地下洞室群施工仿真，長洲水利樞紐、向家壩水電站施工導截流仿真等。
（水電顧問集團 何偉 常作維/供稿）
