溪洛渡水電站因規(guī)模大、難度高，成為世界上最具代表性的水電工程之一。它不僅代表了全球大壩智能化建設(shè)的最高水準(zhǔn)，更向世界展示了中國水電建設(shè)強勁的創(chuàng)新實力。

一提起大壩，人們最先的反應(yīng)就是一座鋼筋混凝土鑄就的龐然大物。然而，在中國西南部的金沙江下游，卻有一座水電站依靠著大壩的“最強大腦”，獲得素有國際工程咨詢領(lǐng)域“諾貝爾獎”之稱的“菲迪克獎”。

菲迪克獎

“菲迪克”即國際咨詢工程師聯(lián)合會(簡稱FIDIC)，是全球工程咨詢行業(yè)的權(quán)威國際組織，成立于1913年，目前共有106個成員協(xié)會。其制定的工程建設(shè)合同條款和相關(guān)文獻，已被聯(lián)合國、世界銀行等8大國際組織和機構(gòu)普遍承認并廣泛應(yīng)用。

2013年，菲迪克在成立百年之際，首次評選出“百年工程項目獎”，中國三峽工程榮獲“百年重大土木工程項目杰出獎”。此后，菲迪克每年都會組織評選年度工程項目獎，以表彰對促進世界經(jīng)濟發(fā)展和提高人民生活質(zhì)量做出杰出貢獻的工程項目，該獎項也被稱為國際工程咨詢領(lǐng)域的“諾貝爾獎”。

2016年9月，中國溪洛渡水電站榮獲“菲迪克2016年工程項目杰出獎”，是全球21個獲獎項目中唯一的水電項目。這一殊榮，代表著業(yè)界對溪洛渡水電站、對中國水電的高度認可和充分肯定，對中國水電參與國際競爭大有助益。

溪洛渡水電站意義重大

在中國的大西南，數(shù)以千計的河流縱橫流淌，成為世界上水能資源蘊藏最為豐富的區(qū)域之一。在江河奔流的深谷中，溪洛渡水電站正在為國家“西電東送”電力工程貢獻著自己的力量。

與一般直線形大壩不同，溪洛渡大壩呈弧形，壩頂弧長足足有698米，大壩高285.5米，為超高薄壁拱壩，也是世界最高的大壩之一，幾乎是尼亞加拉瀑布高度的6倍。作為中國第二大、世界第三大水電站，溪洛渡工程規(guī)模大，綜合效益顯著，裝機1386萬千瓦，平均年發(fā)電量500多億度;有近65億立方米的巨大調(diào)節(jié)庫容，能有效減少三峽水庫庫尾段及重慶港的泥沙淤積;可進一步提高長江中下游的防洪標(biāo)準(zhǔn)，改善下游航道枯期的航運條件，泄洪功率居世界拱壩樞紐第一。同時，工程建設(shè)意義深遠，它是全國最大水電基地金沙江的啟動工程，對金沙江流域的梯級開發(fā)起到重要推動作用，也將中國水電勘測設(shè)計和建設(shè)施工管理推向世界領(lǐng)先水平。

溪洛渡大壩建設(shè)難度極大

溪洛渡水電站位于金沙江下游峽谷河段，河床地質(zhì)條件及大壩結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度為世界拱壩之最，綜合技術(shù)難度最大。溪洛渡大壩又有著獨特的“三高”等特點，即高地震區(qū)、高拱壩、高水頭、泄流量大等，這給設(shè)計、施工、管理帶來的都是世界級難題。

溪洛渡大壩高拱壩的結(jié)構(gòu)、受力情況較三峽工程采用的重力壩更為復(fù)雜，施工過程中壩體的受力狀況會不斷變化，被認為是水工界結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的建筑物，僅水推力這一項指標(biāo)，就達1400萬噸。而地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、壩身泄量功率等指標(biāo)更是居世界首位。這些特點給拱壩的施工質(zhì)量控制帶來很大挑戰(zhàn)。

這么龐大的工程，大體積混凝土澆筑是關(guān)鍵，而溫度控制又是其中最核心的內(nèi)容。大壩內(nèi)外溫差容易產(chǎn)生裂縫，對大壩安全造成極大威脅，業(yè)界甚至有著“無壩不裂”的說法。而大壩的混凝土裂縫，更是水電工程的世界性難題。(作者單位為中國水利水電規(guī)劃設(shè)計總院政策研究部)

破解無壩不裂的難題

為了攻克一系列難題，經(jīng)過數(shù)百項專題研究和近百次審查咨詢會，溪洛渡水電站建設(shè)者決定，借助信息化手段與技術(shù)，優(yōu)化施工管理模式，實現(xiàn)了大體積混凝土澆筑質(zhì)量溫度的精細、個性、智能控制，建設(shè)“智能大壩”，用先進科學(xué)的辦法，確保大壩萬無一失。

溪洛渡“智能大壩”以大壩全景信息模型(DIM)和智能化建設(shè)協(xié)同平臺(iDam)為核心，前者以三維地質(zhì)和拱壩結(jié)構(gòu)模型為核心，集成基礎(chǔ)信息、過程信息、監(jiān)測信息等三類工程數(shù)據(jù);后者則是一個共享、協(xié)同、交互的業(yè)務(wù)平臺，管理著2538倉混凝土澆筑信息、3496支安全監(jiān)測儀器、4723支混凝土溫度計以及2.4萬米測溫光纖。從iDam對海量施工數(shù)據(jù)的實時采集與傳輸，到DIM的記錄、分析，再到智能設(shè)備與軟件的控制達到動態(tài)調(diào)整和預(yù)報預(yù)警的目的，“數(shù)字大壩”形成了“感知—分析—控制”的閉環(huán)。這個綜合性人機交互系統(tǒng)，需要在壩體內(nèi)埋設(shè)成千上萬只溫度計、多點位移計、應(yīng)力計等監(jiān)測儀器，需要研發(fā)混凝土施工、溫度控制、仿真分析、預(yù)警預(yù)控等14個功能模塊。這些設(shè)備敷設(shè)就像人體的毛細血管和神經(jīng)系統(tǒng)，將“觸角”伸向壩體的各個部位，從混凝土內(nèi)部溫度感知和實時自動計算、分析和比較，實現(xiàn)了“最高溫度、降溫速率、異常溫度”的預(yù)報、預(yù)警與智能溫度控制。

在智能控制這方面，溪洛渡大壩很“聰明”。它具有智能冷卻通水功能。站在溪洛渡大壩的壩頂，能看到很多小盒子，盒子里密密麻麻纏繞著線頭，這些線頭對應(yīng)著相應(yīng)數(shù)量的溫度計。以前一般采取人工冷卻的方式來給混凝土降溫，而溪洛渡大壩卻通過預(yù)埋在混凝土里的溫度計，實時掌握各部位混凝土的即時溫度，系統(tǒng)實時讀取這些溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合混凝土冷卻階段，經(jīng)過計算，自動調(diào)節(jié)通水流量，讓混凝土溫度隨著曲線發(fā)展，實現(xiàn)冷卻過程的完全智能化，不需要人工調(diào)整。國內(nèi)外沒有哪個大壩像溪洛渡這樣，擁有如此豐富的數(shù)據(jù)。這些海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)不僅保證了工程施工的順利進行，還能在今后的運行中繼續(xù)發(fā)揮作用。“智能大壩”系統(tǒng)的建設(shè)，可以第一時間自動獲取資料，及時展開跟蹤反演分析，對各種可能的風(fēng)險進行預(yù)測，研究成果能夠及時用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

在此基礎(chǔ)上，三峽集團攻克了精細爆破、數(shù)字灌漿、智能振搗等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了智能控制設(shè)備，并首次在大壩混凝土施工中全面采用了智能溫控系統(tǒng)的成套設(shè)備，創(chuàng)世界先例。監(jiān)測顯示，溪洛渡大壩共澆筑混凝土670萬立方米，至今沒有發(fā)現(xiàn)溫度裂縫;混凝土質(zhì)量優(yōu)良率達90%以上，常態(tài)混凝土取芯長20.59米創(chuàng)世界紀錄;大壩歷經(jīng)4年多的蓄水運行，各項指標(biāo)均在設(shè)計允許范圍之內(nèi)。

“地下迷宮”奇觀

漫步溪洛渡電站，讓人驚嘆的不只是那高聳的大壩，還有藏身于地下的龐大洞室群。人們很難想到，裝機容量1386萬千瓦的18臺機組全部在地下。這是因為溪洛渡地勢比較狹窄，為更少占用土地、遷移人口，就盡可能地利用兩邊的山，把廠房放在山洞里。

乘車穿行在連片的巨大洞室中，初來乍到者很快就會迷失方向。但只要熟悉路線，不同的洞室就可以把工作人員帶到電站的每個角落。溪洛渡地下電站是目前世界已建最大規(guī)模的地下洞室群，在不到1平方公里內(nèi)有近百條洞室縱橫交錯，洞室邊墻高、跨度大，其中主廠房跨度31.9米，尾調(diào)室高度95米，開挖過程中如果控制不到位，容易引起巖體開裂破壞甚至塌方，影響施工和后期運行安全。

為此，該項目團隊首創(chuàng)了超大地下洞室群圍巖穩(wěn)定與控制成套技術(shù)，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行分析研究，用電腦來模擬巖體的應(yīng)力、變形等特性，從而判斷巖體當(dāng)前和長期的穩(wěn)定性。根據(jù)分析的結(jié)果，為下一步的設(shè)計及施工提供重要參考依據(jù)。做到每次開挖一層后，必須監(jiān)測分析一層，確保巖體穩(wěn)定后，才能開挖下一層。

就這樣，他們在大壩的左右岸開挖了342條洞室，地下廠房洞室群數(shù)量和尺寸(最大尺寸為443.3米×31.9米×75.6米)均為世界之最。成功解決了層狀巖體近壩庫岸特大洞室群集成化布置、深覆蓋層大斷面豎井安全施工等世界級難題，施工質(zhì)量超越三峽工程，為同類工程提供了開創(chuàng)性成果，總體達到國際領(lǐng)先水平。原中國大壩協(xié)會名譽主席潘家錚院士稱贊：“溪洛渡地下工程是世界一大奇觀，溪洛渡地下電站工程堪稱精品，是中國水電工程的驕傲。”

壩身開有泄洪洞

泄洪技術(shù)是溪洛渡大壩的另一大亮點。在曾經(jīng)引領(lǐng)世界壩工技術(shù)方向的歐美國家，出于壩體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性考慮，拱壩壩身一般不開孔，著名的胡佛大壩就是如此。溪洛渡大壩屬300米級高拱壩，作為長江干流防洪體系的重要組成部分，泄洪是關(guān)鍵問題。在兩岸的泄洪洞不足以宣泄全部洪水的情況下，溪洛渡大壩壩身開有大量孔口用于泄洪。

溪洛渡泄洪流量和泄洪功率遠超世界拱壩最高水平，泄洪消能綜合技術(shù)難度居世界之首，成功解決了窄河谷、高水頭、巨泄量泄洪消能關(guān)鍵技術(shù)難題。項目建成了“體形精準(zhǔn)、平整光滑、高強耐磨”的泄洪洞，為類似工程提供了新的設(shè)計、技術(shù)和施工方案。

堅持可持續(xù)發(fā)展的工程

溪洛渡水電站獲“菲迪克獎”，除了質(zhì)量可靠、技術(shù)過硬外，還在于它始終貫徹了環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展理念，體現(xiàn)了菲迪克的核心原則——質(zhì)量、廉潔和可持續(xù)性。在溪洛渡水電站的建設(shè)中，“環(huán)境”和“人”的因素體現(xiàn)得尤為突出。

全面協(xié)調(diào)可持續(xù)已經(jīng)成為當(dāng)今世界水電發(fā)展的大趨勢，大型水電開發(fā)首先要處理好工程與環(huán)境的關(guān)系問題?？紤]到高壩大庫帶來的低溫水及氣體過于飽和等情況，溪洛渡水電站在建設(shè)過程中采取了分層取水等措施。在水庫運行調(diào)度上，把大壩泄洪和泄洪洞泄洪、電站泄流統(tǒng)一協(xié)調(diào)起來，盡可能減小項目建成后對環(huán)境的影響。

水電工程建設(shè)是一個價值再造的過程。建設(shè)工程不是交付一個產(chǎn)品，而是創(chuàng)造一個具有社會功能和市場競爭力的價值體，并且在未來有更大的價值再造能力。在建設(shè)過程中，需要切實履行對生態(tài)環(huán)境保護的功能，讓工程和環(huán)境是一個和諧體，而不是矛盾體。溪洛渡大壩是世界上唯一全壩粗骨料采取地下洞室玄武巖開挖料的特高拱壩。簡而言之，就是大壩建設(shè)中需要的石頭骨料全部來自地下工程中開挖出的玄武巖，從而避免了處理開挖料帶來的生態(tài)影響。

實現(xiàn)項目所在地區(qū)域和人民協(xié)同發(fā)展，也是水電工程永續(xù)價值的體現(xiàn)。庫區(qū)人民為了支援水電站工程建設(shè)犧牲很大，通過水電建設(shè)，將當(dāng)?shù)氐膬?yōu)勢資源充分發(fā)掘出來，形成市場競爭力，促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展。據(jù)悉，溪洛渡項目共為庫區(qū)新建道路370余公里，使當(dāng)?shù)厝罕娊煌ㄟ\輸更加便捷安全;新建集鎮(zhèn)13個，使當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)化率增加了2.5%;幫助6.1萬移民脫貧致富;帶動庫區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展，累計投入移民資金36億美元，年均增加當(dāng)?shù)刎斦杖?.2億美元，20萬庫區(qū)群眾生活水平得到顯著提高。正是該項目建設(shè)過程中體現(xiàn)出來的責(zé)任意識和價值取向，成為“菲迪克獎”的一個重要“加分項”。

世界水電在中國，中國水電在西南。溪洛渡水電工程的建設(shè)不僅使溪洛渡峽谷發(fā)生了翻天覆地的變化，而且?guī)赢?dāng)?shù)氐慕?jīng)濟、社會、文化發(fā)生了很大變化。溪洛渡這個曾經(jīng)的渡口，如今展現(xiàn)在世人面前的是一個魅力四射、風(fēng)光無限的形象，它不僅是中國水電科學(xué)發(fā)展的新地標(biāo)，同時也在向世界人民展示著中國品質(zhì)的驕傲與自豪。

(作者單位為中國水利水電規(guī)劃設(shè)計總院政策研究部)