本項(xiàng)目根據(jù)工程建設(shè)總體要求開(kāi)展了數(shù)字化建設(shè)，并開(kāi)創(chuàng)性地研發(fā)應(yīng)用了無(wú)人碾壓機(jī)群協(xié)同作業(yè)技術(shù)、無(wú)人駕駛技術(shù)、堆石壩填筑質(zhì)量快速檢測(cè)技術(shù)。采用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)繪制傾斜模型及激光點(diǎn)云模型、采用BIM建模，將二維圖紙及現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景轉(zhuǎn)化為三維模型，施工圖紙進(jìn)行全方面審查、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜施工場(chǎng)景進(jìn)行全方位無(wú)死角分析，提前揭露圖紙問(wèn)題并預(yù)判現(xiàn)場(chǎng)施工難點(diǎn)，協(xié)助項(xiàng)目人員充分理解建設(shè)意圖，輔助施工各方直觀了解項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)題并及時(shí)協(xié)調(diào)，大大提升了項(xiàng)目施工效率。
一、實(shí)施背景
山東濰坊抽水蓄能電站環(huán)境復(fù)雜，存在諸多困難，為項(xiàng)目提出了多重挑戰(zhàn)，具體如下：
1.1上水庫(kù)原始地形測(cè)繪困難
上水庫(kù)施工區(qū)沖溝發(fā)育、地形復(fù)雜、植被茂密、工程區(qū)面積大（約120萬(wàn)㎡）且工作面多，采用傳統(tǒng)的橫縱斷面勘測(cè)，人工測(cè)量每一個(gè)點(diǎn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且精度難以達(dá)到要求，難度巨大且人工深入場(chǎng)地作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)高。
1.2上水庫(kù)土石方運(yùn)輸困難
濰坊電站上水庫(kù)開(kāi)挖量1500余萬(wàn)方，填筑量1300余萬(wàn)方，高峰填筑量110萬(wàn)方/月，庫(kù)內(nèi)沖溝發(fā)育、植被茂密、山勢(shì)陡峭、地形狹長(zhǎng)（1.5km×0.8km），挖填高差最大達(dá)420m，原始地形綜合坡度達(dá)1：1，僅有1條道路進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，施工期道路全部集中在庫(kù)內(nèi)，施工道路布置和修筑難度極大，為符合工期要求如采用常規(guī)25t自卸車(chē)有人駕駛方案需進(jìn)行114萬(wàn)次挖填循環(huán)，高峰期僅自卸車(chē)就會(huì)超過(guò)100輛同時(shí)作業(yè)，安全隱患極大，協(xié)調(diào)管理困難，無(wú)法保證效率。
1.3大壩填筑料加水量難以控制
根據(jù)《碾壓式土石壩施工規(guī)范》（DL/T5129-2013），堆石壩填筑料需加水后上壩以便于提高碾壓質(zhì)量，按現(xiàn)場(chǎng)碾壓工藝性試驗(yàn)結(jié)果，非冬季施工期間，大壩填筑料加水量為10%（體積比），按濰坊電站上水庫(kù)大壩填筑量1362萬(wàn)m³計(jì)，共需加水136.2萬(wàn)m³，用水量極大。加水量過(guò)低無(wú)法保證大壩填筑質(zhì)量，加水量過(guò)高會(huì)造成水資源浪費(fèi)。
1.4大壩填筑碾壓質(zhì)量無(wú)法保證
濰坊電站上水庫(kù)堆石壩填筑量1300余萬(wàn)方，高峰填筑量110萬(wàn)方/月，最大單層填筑面積18萬(wàn)㎡。濰坊電站上水庫(kù)堆石壩過(guò)渡料及堆石料碾壓遍數(shù)為8遍（靜2+動(dòng)6），振動(dòng)碾有效碾壓寬度2m，在最大填筑面積時(shí)，單層振動(dòng)碾共計(jì)需碾壓72萬(wàn)遍，使用傳統(tǒng)的人工智指揮振動(dòng)碾或現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)好碾壓條帶后進(jìn)行碾壓，效率極低且碾壓質(zhì)量無(wú)法保證。
1.5大壩填筑碾壓質(zhì)量試驗(yàn)復(fù)雜
堆石體結(jié)構(gòu)在建筑工程和地質(zhì)工程領(lǐng)域中占據(jù)了重要地位。然而，填石料的特殊性質(zhì)如大粒徑、顆粒分布不均勻等特點(diǎn)，卻使得對(duì)堆石體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測(cè)變得尤為復(fù)雜和困難。
為解決上述重難點(diǎn)，急需靈活應(yīng)用信息化數(shù)字化技術(shù)以及各種創(chuàng)新技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目有效管理及作業(yè)。
二、實(shí)施目標(biāo)
本系統(tǒng)的建設(shè)，充分利用先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的施工管理體系，實(shí)現(xiàn)大壩工程施工信息采集與質(zhì)量、進(jìn)度、安全控制的綜合管理系統(tǒng)。通過(guò)建立監(jiān)測(cè)、分析、反饋、處理機(jī)制，提升濰坊抽水蓄能電站工程建設(shè)管理水平，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的創(chuàng)新化管理，為打造優(yōu)質(zhì)精品工程提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障，全力推進(jìn)智能電站建設(shè)，提升管控決策分析服務(wù)能力。
三、建設(shè)內(nèi)容
3.1信息化測(cè)量
為解決上水庫(kù)原始地形測(cè)繪難題，項(xiàng)目采用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，無(wú)人機(jī)激光雷達(dá)可穿透植被冠直接探測(cè)地表，快速生成地形圖，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維數(shù)據(jù)獲取以及復(fù)雜場(chǎng)景下的高精度后處理重建。避免了人工測(cè)量的安全風(fēng)險(xiǎn)，懸崖峭壁、通視條件差、人員無(wú)法到達(dá)的區(qū)域也能正常測(cè)量?；诙嗥谌S模型對(duì)比，可自動(dòng)分析開(kāi)挖、填筑量變化，計(jì)算開(kāi)挖及回填材料體積。
3.2純電礦卡大規(guī)模應(yīng)用及無(wú)人駕駛運(yùn)輸
為優(yōu)化上水庫(kù)土石方運(yùn)輸作業(yè)效率，項(xiàng)目采用非公路純電礦用車(chē)，其自重30t、載重60t、車(chē)輛容量31m³，與傳統(tǒng)自卸車(chē)效率比達(dá)兩倍以上。結(jié)合純電礦用車(chē)研發(fā)并應(yīng)用無(wú)人駕駛技術(shù)，通過(guò)有人反鏟和無(wú)人純電礦用車(chē)配合工作，提升效率。
3.3大壩填筑料智能加水
在填筑料取料區(qū)至卸料區(qū)路段設(shè)置智能加水站，現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別車(chē)輛信息后按設(shè)計(jì)加水量自動(dòng)控制加水，將現(xiàn)場(chǎng)智能加水站數(shù)據(jù)進(jìn)行回傳統(tǒng)計(jì)，反映現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛加水情況，對(duì)施工加水情況進(jìn)行管理。根據(jù)施工隊(duì)運(yùn)料路線不同分別建立智能加水站并對(duì)對(duì)應(yīng)倉(cāng)面各施工隊(duì)加水車(chē)次與加水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生成可視化圖表，單獨(dú)統(tǒng)計(jì)每輛車(chē)加水情況。
3.4大壩填筑碾壓質(zhì)量控制
構(gòu)建大壩碾壓機(jī)群協(xié)同施工作業(yè)優(yōu)化模型，綜合考慮倉(cāng)面碾壓遍數(shù)控制要求，實(shí)現(xiàn)碾壓作業(yè)路徑智能規(guī)劃。動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)施工單元碾壓機(jī)械運(yùn)行軌跡、速度、激振力和碾壓高程等，并在跨平臺(tái)的大壩施工三維場(chǎng)景中可視化顯示，同時(shí)可供在線查詢，可在總控中心和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理分控站對(duì)大壩混凝土碾壓情況進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、現(xiàn)場(chǎng)“雙監(jiān)控”。
3.5大壩填筑碾壓質(zhì)量快速檢測(cè)
對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)法的種種缺陷，項(xiàng)目部結(jié)合激光點(diǎn)云技術(shù)、人工智能識(shí)別技術(shù)以及小顆粒物理篩分系統(tǒng)，探索出一種全新的試坑體積自動(dòng)計(jì)算方法。通過(guò)激光點(diǎn)云技術(shù)，快速獲取試坑的三維形態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)而利用人工智能識(shí)別技術(shù)自動(dòng)計(jì)算出試坑的體積。而小顆粒物理篩分系統(tǒng)則能夠?qū)ν翗舆M(jìn)行快速而精確的篩分，從而實(shí)現(xiàn)密度測(cè)試和級(jí)配分析的高效完成。
激光點(diǎn)云模型
智能碾壓模塊
四、實(shí)施效果
4.1數(shù)字化測(cè)量實(shí)施效果
采用無(wú)人機(jī)測(cè)原始地形2人7天完成了原始地形測(cè)繪。提高了測(cè)量精度，無(wú)人機(jī)測(cè)繪最大誤差5cm。效率奇高，從項(xiàng)目成立至今，僅配置測(cè)量員2人，每月中間計(jì)量無(wú)人機(jī)測(cè)地形半天、處理數(shù)據(jù)1天、工程量計(jì)算半天，每月其余時(shí)間主要進(jìn)行各部位放樣及驗(yàn)收。
4.2純電礦卡及無(wú)人駕駛運(yùn)輸實(shí)施效果
采用純電礦用車(chē)無(wú)人運(yùn)輸技術(shù)結(jié)合有人運(yùn)輸為輔的混合運(yùn)輸方式，單車(chē)單年（油動(dòng)25t卡車(chē)）節(jié)約直接人工成本約23萬(wàn)、油費(fèi)、保養(yǎng)費(fèi)約80萬(wàn)，效率提升帶來(lái)的管理、節(jié)約工期利潤(rùn)等直接利潤(rùn)更加可觀，同時(shí)純電運(yùn)輸車(chē)采用電控系統(tǒng)，設(shè)備損耗率較低，維修保養(yǎng)費(fèi)用降低，由于無(wú)人運(yùn)輸車(chē)輛對(duì)人員安全性高，動(dòng)力為電能無(wú)二次排放，減少人員事故風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)能減排、綠色環(huán)保，提升從業(yè)人員幸福感等方面間接效益可觀。
4.3大壩填筑料智能加水技術(shù)實(shí)施效果
通過(guò)大壩填筑料智能加水技術(shù)的應(yīng)用，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)能夠有效保證加水量，從而控制填筑料上壩質(zhì)量。
4.4大壩填筑碾壓質(zhì)量控制技術(shù)應(yīng)用效果
采用堆石壩智能碾壓及無(wú)人碾壓技術(shù)后，將壩面現(xiàn)場(chǎng)管理人員及質(zhì)檢員數(shù)量分別降至2人。
4.5大壩填筑質(zhì)量快速檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用效果
新的檢測(cè)方法相較傳統(tǒng)法不僅大大提高了檢測(cè)效率，降低了時(shí)間和人力的投入，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)大壩填筑密度的非破壞性檢測(cè)，有效保障了上庫(kù)大壩的結(jié)構(gòu)安全。同時(shí)，由于采用了激光點(diǎn)云和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，這種方法的檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，為電站的運(yùn)行管理提供了有力的技術(shù)支撐。
在經(jīng)濟(jì)成本方面，此方法較傳統(tǒng)檢測(cè)方法無(wú)需鋪膜灌水，無(wú)需租賃水車(chē)輔助作業(yè)，實(shí)驗(yàn)工作人員也可進(jìn)行響應(yīng)減少，能夠節(jié)省水車(chē)租金及試驗(yàn)人員工時(shí)費(fèi)，在應(yīng)用本技術(shù)期間，采用堆石壩填筑質(zhì)量快速檢測(cè)技術(shù)節(jié)省直接成本約9萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。
通過(guò)本技術(shù)對(duì)填筑區(qū)域進(jìn)行填筑質(zhì)量檢測(cè)，每次檢測(cè)節(jié)約時(shí)間約2h，使得檢測(cè)試驗(yàn)報(bào)告可以更快進(jìn)行提交，加快了驗(yàn)收開(kāi)倉(cāng)速度，提高了大壩填筑流水作業(yè)施工流暢性，可提前約1個(gè)月工期。
五、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及心得
項(xiàng)目部在建設(shè)智慧工地的過(guò)程中經(jīng)過(guò)多方探討商定建立了一套科學(xué)的施工安全管理體系，提高了施工效率。
對(duì)于抽水蓄能水庫(kù)工程挖填體量大、地形地貌復(fù)雜等問(wèn)題通過(guò)模型碰撞在施工前期做出相應(yīng)的施工方案，在施工過(guò)程中積極探索切實(shí)可行的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全，降低施工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
創(chuàng)新采用無(wú)人運(yùn)輸技術(shù)、純電礦用車(chē)、無(wú)人碾壓技術(shù)、無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)，提高施工效率并確保施工安全。
采用智能加水技術(shù)、智能碾壓技術(shù)、無(wú)人碾壓技術(shù)提高施工質(zhì)量并降低人工成本。
采用無(wú)人機(jī)測(cè)繪技術(shù)并結(jié)合BIM模型，對(duì)上水庫(kù)開(kāi)挖、填筑實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，使現(xiàn)場(chǎng)施工有序、可控，并實(shí)現(xiàn)開(kāi)挖、填筑精準(zhǔn)平衡。
濰坊抽蓄電站數(shù)字化建設(shè)受到國(guó)網(wǎng)新源、南方電網(wǎng)等相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)一致好評(píng)，對(duì)水電六局在信息化、智能化的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用給予了高度評(píng)價(jià)。