获工程咨询界“诺奖”的溪洛渡水电站：打破“无坝不裂”行规

崛起中国的名片夹里，又多了一张“中国水电”。
去年9月26日，摩洛哥马拉喀什。素有国际工程咨询领域“诺贝尔奖”之称的“菲迪克2016年工程项目杰出奖”， 授予了中国溪洛渡水电站。这是全球21个获奖项目中唯一的水电项目。
作为国家“西电东送”骨干工程，位于川滇两省交界、金沙江下游的溪洛渡水电站，装机容量位居世界第三。但真正让这座水电站得到世界认可的，是大块头之上的“聪明”头脑。

              位于川滇两省交界、金沙江下游的溪洛渡水电站。 南都记者 黎湛均/视觉中国 资料
“头疼脑热”早知道
站在高达285.5米的溪洛渡水电站大坝上，其视觉震撼不言而喻，而更让人惊叹的，则是其建造中的智能化。
在全球已建成的水电站中，溪洛渡水电站装机容量1386万千瓦，居中国第二、世界第三。其大坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程610米，最大坝高285.5米，为超高薄壁拱坝，是世界上已建的三座300米级特高拱坝之一。
“说其是‘世界上最聪明的大坝’，其‘聪明’之处在于，建设和管理大坝的技术人员能预知它的‘头疼脑热’，及时调整它的状态，让它始终处于健康状态。”中国工程院院士张超然说，溪洛渡大坝建立了一套全过程、全方位、全生命周期的仿真系统，10年、20年，甚至100年后，都可以通过仿真计算来掌握大坝的状态。
拱坝历来被认为是水工界最复杂的建筑物，溪洛渡大坝又有着独特的“三高”，即高地震区、高拱坝、高水头、大泄流量等特点，这给设计、施工、管理带来的都是世界级难题。
“这么庞大的工程，大体积混凝土浇筑是关键，而温度控制又是其中最核心的内容。”三峡集团向家坝—溪洛渡建设部主任王毅华说，大坝内外温差容易产生裂缝，对大坝安全造成极大威胁。
“为此，在施工过程中，我们安装了9700多个现状监测传感器，及时自动采集不同坝段的相关数据进行分析，并借助通水管道智能阀，控制冷却系统自动均匀冷却。温度高了就多加点水，反之则少点。”王毅华说。
三峡集团建设管理公司邬昆博士介绍，建造过程中团队特意开发了大坝智能化建设管理系统平台（iDam），这个综合性人机交互系统，需要在坝体内埋设成千上万只温度计、多点位移计、应力计等监测仪器；需要研发混凝土施工、温度控制、仿真分析、预警预控等14个功能模块。这些设备敷设就像人体的毛细血管和神经系统，将触角伸向坝体的各个部位，从混凝土内部温度感知和实时自动计算、分析和比较，实现了“最高温度、降温速率、异常温度”的预报、预警与智能温度控制。
“这就像是给大坝装上智能大脑，使施工中的大坝能够实现智能温控、智能振捣和智能灌浆等。”邬昆说。
张超然表示，这是智能化的集中体现，以前大坝建设比较落后，数据采集、冷却水控制都是人工完成，不准确，人为失误也无法避免。“智能化也是质量的保证，溪洛渡大坝680万立方米的大体积混凝土没有出现一处开裂，这不得不说是中国大坝建设史上的奇迹，也创造了业界‘无坝不裂’的传奇。”张超然说。
方寸之地内的建筑艺术
漫步溪洛渡电站，发现让人惊叹的不只是那高耸的大坝，还有藏身于地下的庞大的洞室群。人们很难想到，装机容量1386万千瓦的18台机组全部在地下。“这也是在设计中精心打造的，由于溪洛渡地势比较狭窄，为更少占用土地，迁移人口，就尽可能地利用两边的山，把厂房放在山洞里。”樊启祥说。
溪洛渡水电站总设计师、中国电建成都院副总经理王仁坤介绍，溪洛渡地下电站是目前世界已建最大规模的地下洞室群，在不到1平方公里内有近百条洞室纵横交错，洞室边墙高、跨度大，其中主厂房跨度31.9m，尾调室高度95m，开挖过程中如果控制不到位，容易引起岩体开裂破坏甚至塌方，影响施工和后期运行安全。
为此，其团队首创了超大地下洞室群围岩稳定与控制成套技术，利用监测数据，进行分析研究，用电脑来模拟岩体的应力、变形等特性，从而判断岩体当前和长期的稳定性。根据分析的结果，为下一步的设计及施工提供重要参考依据。“做到每次开挖一层后，必须监测分析一层，确保岩体稳定后，才能开挖下一层。”王仁坤说。
就这样，他们在左右岸开挖了342条洞室，地下厂房洞室群数量和尺寸（最大尺寸为443.3m×31.9m×75.6m）均为世界之最。原中国大坝协会名誉主席潘家铮院士称赞：“溪洛渡地下工程是世界一大奇观，溪洛渡地下电站工程堪称精品，是中国水电工程的骄傲。”
开启水电智能化2.0时代
除了技术过硬，突破工程难点外，还在于始终贯彻了环境友好的可持续发展理念，体现了菲迪克的核心原则——质量、廉洁和可持续性。
“建设一个工程不是交付一个产品，而是要将其打造成一个价值体，并且在未来有更大的价值再造能力。过程中要切实履行对生态环境保护的功能，让工程和环境是一个和谐体，而不是矛盾体。”三峡集团副总经理樊启祥说。
“溪洛渡大坝还是世界上唯一全坝粗骨料采取地下洞室玄武岩开挖料的特高拱坝。简而言之，就是大坝建设中需要的石头骨料全部来自地下工程中开挖出的玄武岩，从而避免了处理开挖料带来的生态影响。”樊启祥说。
张超然表示，溪洛渡只是开启了水电智能化的1.0时代，未来，乌东德、白鹤滩水电站要向2.0时代迈进。
“溪洛渡智能大坝从混凝土拌和机，一直到通水冷却、保温养护，采用温控系统，混凝土只能精确到来自哪台拌和机，却无法追溯到源头。从开挖石料开始，自动控制筛选，从源头实现智能化，这将是未来2.0版本的发展方向。”水电水利规划总院副总工程师魏志远说。

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