水电工程施工仿真

水电工程施工仿真，是对水电工程的开挖、填筑（浇筑）、运输等复杂施工过程建立数学模型，借助计算机的高速运算、大容量存储、图形图像直观显示等特性以及算法进行数字模拟，研究系统参数的变化对系统结果的影响，得出数据为合理决策提供支持的一种方法。目前，水电工程施工仿真主要应用于研究水电工程混凝土坝浇筑、土石坝填筑、地下洞室群施工及施工导截流等复杂施工过程。

混凝土坝浇筑施工，涉及到混凝土的水平运输和垂直运输。某浇筑块能否浇筑受时间约束、相邻浇筑块允许高差、拆摸条件、吊运设备工作范围及相互工作干扰等限制，也受到气温条件及灌浆等影响，是一个非常复杂的过程，一般是通过经验安排施工进度，缺乏定量的数据支持。在施工仿真中，我们把混凝土坝浇筑施工看作是一个由混凝土运输机械为主导的吊运浇筑系统，按特定规则分别为各个浇筑块服务的特殊排队服务系统。通过施工仿真，可以得到在不同机械设备配套方案下的最短施工工期，对机械设备的投入数量进行灵敏度分析，提高设备利用率，为制定合理的施工进度计划及合理配置机械设备提供科学可靠的决策依据；还可以根据仿真结果对工程进行实时控制与管理。

土石坝填筑施工涉及土石料的开采、运输和填筑。土石料场规划是对每个时段的供料源和受料源进行优化调配；运输道路规划需要确定道路系统的构成及标准能否满足施工计划要求；坝面填筑规划要得到每一填筑层的开始时间和结束时间。这三方面又互相联系、影响和制约，构成一个复杂的系统。在施工仿真中，我们把土石坝填筑施工看作由料源系统、运输道路与运输机械排队系统及坝面填筑循环网络系统构成的一个集合系统。通过施工仿真，可以对土石料进行优化调配和动态平衡；通过分析不同运输机械配套情况下机械的利用率、道路的行车密度及相应的概率分布规律，可找出拥塞点，优化道路布置，确定最佳机械配套方案；通过对填筑过程的仿真分析，可确定各作业环节之间合理的组织协调方案及进度计划。最终，可以得出以总费用最低为原则的最优施工组织设计方案及施工总进度计划。

地下洞室群施工是由钻孔、爆破、通风散烟、安全检查、出渣等工序反复循环的复杂过程。由于地下工程洞室、施工通道纵横交错，每个工作循环都可能产生随机排队现象，很可能在某一循环中出现拥塞点而影响其他工序进行，远比地面工程复杂。通过施工仿真，可以对施工方案进行多方案比选，得到合理可行的机械设备配套方案、施工进度计划及最优工期；可以得到各时刻各路段的行车密度及拥塞点，对施工交通道路布置是否能满足施工要求进行定量分析和论证；可以得到地下洞室群施工系统的动态通风曲线，为制定合理的通风方案提供决策支持；还可根据当前实际施工进度，预测施工进度的后续发展和趋势，为现场管理提供科学依据。

施工导流是水电工程建设中的一个关键环节，是一项复杂的系统工程，牵涉到工程施工的各个方面。截流是水电工程施工总进度计划的一个控制性节点。通过导流施工仿真，可以高效地比较多个导流方案对主体工程施工、施工总进度的影响，优化导流方案。通过截流仿真，可以得出随着戗堤推进龙口水力学条件的变化对抛投料用量和抛投料粒径的约束，研究截流中存在的问题，更有效地指挥现场施工，降低施工成本和风险，提高截流的成功率。

近年来，随着水电工程的大力发展、施工仿真技术的进步以及精细化管理要求的提高，水电工程施工仿真以其善于解决复杂系统问题的优势正得到越来越广泛的应用。如拉西瓦、锦屏一级、向家坝、观音岩水电站混凝土坝浇筑施工仿真，长河坝、糯扎渡水电站土石坝填筑施工仿真，惠州蓄能、锦屏二级等地下洞室群施工仿真，长洲水利枢纽、向家坝水电站施工导截流仿真等。

（水电顾问集团何伟常作维/供稿）