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大坝智能建造研究进展与发展趋势

水利工程是配置和增强水资源调控能力、加强绿色能源发展的重大工程措施,大坝是水利水电工程建设的核心,其高质高效安全建设与长期高效安全运行关系国计民生。目前,我国是世界上修建高坝最多的国家,其中不少大坝的高度或规模达到世界最高水平,如拉西瓦、小湾、锦屏、溪洛渡、乌东德、白鹤滩等300 m级特高拱坝[1-2]。为推动经济社会发展全面绿色低碳转型,实现碳达峰、碳中和目标[3],持续改善环境质量,提升生态系统质量和稳定性,我国“十四五”期间将继续谋划并推进一系列重大水利水电工程项目建设[4],2020年水电总装机容量达到3.8亿kW。预测到2050年,全球水电装机容量将达20.5亿kW,我国超过5亿kW[5],国际能源署(International Energy Agency, IEA)与国际可再生能源机构(International Renewable Energy Agency, IRENA)指出,到2050年全球水电新增装机将达到8.5亿kW,未来我国及世界的高坝建设将进入新的发展阶段。

随着新一代信息技术的高速发展,物联网[6-7]、大数据[8-9]、人工智能[10-11]、云计算[12-13]、区块链[14-15]等技术深度融入筑坝领域,为大坝建造智能化提供了新理念、新技术、新装备,为大坝智能建造注入了新动力。近年来水利部、住建部等相继发布了智能建造发展的指导意见和方案[16-17],对支撑水利工程安全运行、水利工程建设的关键问题提出了新的要求,推动高坝“安全、高质、高效、经济、绿色”智能化建设是未来大坝工程领域新的发展趋势[18]。

回顾百年筑坝史,我国大坝建造经历了人工化、机械化、自动化、数字化时代,随着新一代信息化技术融入工程建造领域,大坝建设正由数字化转向智能化[19],也把大坝智能建造推向了发展的新阶段。大坝智能建造先后经历了数字化、数字化网络化、智能化3个阶段,如图 1所示,数字化阶段是智能建造的基础,互联网技术与“互联网+”理念作为桥梁推动了数字化向智能化迈进。目前,建造要素、建造模块、建造流程、建造工艺等通过网络信息集成平台实现了设计、建造、运维、科研、咨询等参建各方共享协同,人-信息-物理系统中的三大要素互联互通、协调控制,实现了全坝全生命周期性态评估与调控的安全建设目标。

图 1 智能建造发展三阶段图选项

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