我國(guó)是混凝土壩大國(guó)，在建的混凝土壩，數(shù)量居世界之首，壩體高度也居世界首位，如在建的錦屏一級(jí)拱壩（高305m）、小灣拱壩（高292m）和溪洛渡拱壩（高278m）的高度均超過(guò)了目前世界的英古里拱壩（高272m）；在建的龍灘RCC重力壩（高210m）也是世界的RCC壩，一個(gè)國(guó)家同時(shí)興建4座世界的混凝土壩是史無(wú)前例的。
溫度控制是保證混凝土高壩工程質(zhì)量和進(jìn)度的關(guān)鍵之一，國(guó)內(nèi)外過(guò)去不少混凝土壩因施工中出現(xiàn)裂縫問(wèn)題而造成被動(dòng)局面，甚至被迫停工修補(bǔ)，有的工程因此延誤工期達(dá)數(shù)年之久，有的工程因不能及時(shí)進(jìn)行接縫灌漿而被迫推遲蓄水發(fā)電。因此，在混凝土高壩施工中，加強(qiáng)混凝土溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控和科學(xué)管理是十分必要的。
影響高壩溫度控制的因素主要包括：（1）溫度控制措施（混凝土預(yù)冷、水管冷卻、表面保溫、層面冷卻等）；（2）施工時(shí)的氣候條件；（3）混凝土施工進(jìn)度；（4）混凝土的熱學(xué)和力學(xué)特性；（5）壩體接縫灌漿溫度等等。由于實(shí)際施工時(shí)，控制條件與設(shè)計(jì)中的預(yù)計(jì)值之間存在差異，例如：混凝土澆筑進(jìn)度提前或拖后，水泥或摻和料的特性有一定變化，氣候條件發(fā)生變化等等，這些條件的改變對(duì)大壩溫控的影響至關(guān)重要。此外，在設(shè)計(jì)中擬定的溫控措施的實(shí)際效果，也難免會(huì)與當(dāng)初的設(shè)想有一定的出入。
實(shí)際工程中，只在少數(shù)觀測(cè)壩段埋設(shè)觀測(cè)儀器，絕大多數(shù)壩塊內(nèi)沒(méi)有觀測(cè)儀器。當(dāng)實(shí)際情況與當(dāng)初預(yù)計(jì)有所不同時(shí)，一般難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，這正是實(shí)際工程中出現(xiàn)裂縫或接縫灌漿被迫推遲的重要原因。本研究成果的應(yīng)用已使這些問(wèn)題得以有效控制。其方法之一就是建立一個(gè)基于混凝土壩溫控仿真的施工監(jiān)控管理決策支持系統(tǒng)，在大壩施工過(guò)程中，對(duì)大壩的溫度及應(yīng)力狀態(tài)不斷地進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真和實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)工地不斷變化的實(shí)際條件，適時(shí)調(diào)整溫控措施，及時(shí)進(jìn)行接縫灌漿前的壩體冷卻，防止大壩出現(xiàn)危害性的裂縫，確保大壩工程質(zhì)量和進(jìn)度。
過(guò)去在混凝土壩的施工過(guò)程中，實(shí)際條件有所改變時(shí)，其影響如何，事先難以預(yù)測(cè)，當(dāng)實(shí)際施工結(jié)果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，問(wèn)題已經(jīng)形成，難以改變。針對(duì)我國(guó)混凝土高壩建設(shè)的需要，本項(xiàng)目研發(fā)的高水平軟件系統(tǒng)，在施工過(guò)程中，可了解大壩各壩塊施工條件、溫度、應(yīng)力狀態(tài)及各種溫控措施的效果，并且在澆筑混凝土之前，根據(jù)當(dāng)時(shí)實(shí)際條件，對(duì)施工期及運(yùn)行期大壩溫度及應(yīng)力進(jìn)行預(yù)報(bào)，如施工期或運(yùn)行期壩體的溫度和應(yīng)力狀態(tài)有問(wèn)題，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并當(dāng)機(jī)立斷，采取適當(dāng)措施予以補(bǔ)救，避免出現(xiàn)事故。本系統(tǒng)的運(yùn)用，將使混凝土壩建設(shè)水平邁上一個(gè)新臺(tái)階。
研究?jī)?nèi)容
主要研究?jī)?nèi)容包括：
（1）大壩溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)仿真分析
從澆筑第一方混凝土開(kāi)始，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度、氣候條件、材料特性及實(shí)際溫控措施，仿真計(jì)算各壩塊的實(shí)際溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，可隨時(shí)了解已澆混凝土的溫度及應(yīng)力狀態(tài)及其變化規(guī)律。
（2）大壩溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的預(yù)報(bào)
當(dāng)施工達(dá)到一定階段后，可根據(jù)當(dāng)時(shí)已澆壩體的實(shí)際溫度情況，按照預(yù)定計(jì)劃，進(jìn)行仿真分析，以預(yù)報(bào)完工后壩體的溫度和應(yīng)力狀態(tài)，檢查是否符合要求；當(dāng)施工條件（材料特性、氣候條件、溫控措施、施工進(jìn)度等）有所改變時(shí)，可根據(jù)新的條件及已澆壩體的實(shí)際情況，擬定幾個(gè)施工方案，進(jìn)行仿真計(jì)算，預(yù)報(bào)竣工后壩體溫度與應(yīng)力狀態(tài)，從中選擇一個(gè)滿足要求的可行方案；在壩體接縫灌漿之前，根據(jù)已澆混凝土的實(shí)際溫度進(jìn)行仿真計(jì)算，預(yù)報(bào)達(dá)到灌漿溫度所需時(shí)間，及時(shí)調(diào)整溫控措施，保證大壩能夠及時(shí)灌縫蓄水。
（3）大壩溫度場(chǎng)反分析
室內(nèi)試驗(yàn)求得的混凝土熱學(xué)性能與實(shí)際情況往往有一定出入。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土溫度，可對(duì)混凝土熱學(xué)性能進(jìn)行反分析。
（4）大壩溫度控制決策支持系統(tǒng)
收集專家豐富的溫控經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)仿真分析結(jié)果，提供溫控咨詢服務(wù)；本系統(tǒng)可考慮施工條件的變化（如施工進(jìn)度的改變、氣候條件及材料特性的改變等），根據(jù)擬定的幾種不同的施工條件（包括混凝土澆筑層厚、間歇時(shí)間、混凝土預(yù)冷、表面保溫、水管冷卻、層面散熱、混凝土熱學(xué)與力學(xué)特性的改變、壩體孔口、混凝土自重、上下游面水壓力等），用三維有限元完全模擬大壩施工過(guò)程，進(jìn)行仿真計(jì)算，分析大壩溫度的變化并進(jìn)行顯示和繪圖，參照溫控專家經(jīng)驗(yàn)，為根據(jù)工地實(shí)際條件修改大壩溫度控制措施和決定大壩灌漿進(jìn)度提供決策支持。
創(chuàng)新點(diǎn)
主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：
（1）國(guó)內(nèi)外第一個(gè)混凝土壩施工溫控決策支持系統(tǒng)；
（2）施工現(xiàn)場(chǎng)仿真的新型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
（3）包括各種自動(dòng)化功能在內(nèi)的友好的用戶界面；
（4）完備的錯(cuò)誤檢查、錯(cuò)誤信息顯示及豐富的繪圖功能。
應(yīng)用前景及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益
本系統(tǒng)已成功用于浙江寧波鄞縣周公宅拱壩施工期全壩整體仿真分析，該壩為我國(guó)華東第一高壩，壩高126.5m，共分23個(gè)壩段。仿真分析結(jié)果與實(shí)測(cè)溫度吻合良好。
溫度控制是保證混凝土高壩工程質(zhì)量和進(jìn)度的關(guān)鍵之一，國(guó)內(nèi)外過(guò)去不少混凝土壩因施工中出現(xiàn)裂縫問(wèn)題而造成被動(dòng)局面，甚至被迫停工修補(bǔ)，有的工程因此延誤工期達(dá)數(shù)年之久，有的工程因不能及時(shí)進(jìn)行接縫灌漿而被迫推遲蓄水發(fā)電。因此，在混凝土高壩施工中，加強(qiáng)混凝土溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控和科學(xué)管理是十分必要的。
影響高壩溫度控制的因素主要包括：（1）溫度控制措施（混凝土預(yù)冷、水管冷卻、表面保溫、層面冷卻等）；（2）施工時(shí)的氣候條件；（3）混凝土施工進(jìn)度；（4）混凝土的熱學(xué)和力學(xué)特性；（5）壩體接縫灌漿溫度等等。由于實(shí)際施工時(shí)，控制條件與設(shè)計(jì)中的預(yù)計(jì)值之間存在差異，例如：混凝土澆筑進(jìn)度提前或拖后，水泥或摻和料的特性有一定變化，氣候條件發(fā)生變化等等，這些條件的改變對(duì)大壩溫控的影響至關(guān)重要。此外，在設(shè)計(jì)中擬定的溫控措施的實(shí)際效果，也難免會(huì)與當(dāng)初的設(shè)想有一定的出入。
實(shí)際工程中，只在少數(shù)觀測(cè)壩段埋設(shè)觀測(cè)儀器，絕大多數(shù)壩塊內(nèi)沒(méi)有觀測(cè)儀器。當(dāng)實(shí)際情況與當(dāng)初預(yù)計(jì)有所不同時(shí)，一般難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施，這正是實(shí)際工程中出現(xiàn)裂縫或接縫灌漿被迫推遲的重要原因。本研究成果的應(yīng)用已使這些問(wèn)題得以有效控制。其方法之一就是建立一個(gè)基于混凝土壩溫控仿真的施工監(jiān)控管理決策支持系統(tǒng)，在大壩施工過(guò)程中，對(duì)大壩的溫度及應(yīng)力狀態(tài)不斷地進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真和實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)工地不斷變化的實(shí)際條件，適時(shí)調(diào)整溫控措施，及時(shí)進(jìn)行接縫灌漿前的壩體冷卻，防止大壩出現(xiàn)危害性的裂縫，確保大壩工程質(zhì)量和進(jìn)度。
過(guò)去在混凝土壩的施工過(guò)程中，實(shí)際條件有所改變時(shí)，其影響如何，事先難以預(yù)測(cè)，當(dāng)實(shí)際施工結(jié)果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，問(wèn)題已經(jīng)形成，難以改變。針對(duì)我國(guó)混凝土高壩建設(shè)的需要，本項(xiàng)目研發(fā)的高水平軟件系統(tǒng)，在施工過(guò)程中，可了解大壩各壩塊施工條件、溫度、應(yīng)力狀態(tài)及各種溫控措施的效果，并且在澆筑混凝土之前，根據(jù)當(dāng)時(shí)實(shí)際條件，對(duì)施工期及運(yùn)行期大壩溫度及應(yīng)力進(jìn)行預(yù)報(bào)，如施工期或運(yùn)行期壩體的溫度和應(yīng)力狀態(tài)有問(wèn)題，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并當(dāng)機(jī)立斷，采取適當(dāng)措施予以補(bǔ)救，避免出現(xiàn)事故。本系統(tǒng)的運(yùn)用，將使混凝土壩建設(shè)水平邁上一個(gè)新臺(tái)階。
研究?jī)?nèi)容
主要研究?jī)?nèi)容包括：
（1）大壩溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)仿真分析
從澆筑第一方混凝土開(kāi)始，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度、氣候條件、材料特性及實(shí)際溫控措施，仿真計(jì)算各壩塊的實(shí)際溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，可隨時(shí)了解已澆混凝土的溫度及應(yīng)力狀態(tài)及其變化規(guī)律。
（2）大壩溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的預(yù)報(bào)
當(dāng)施工達(dá)到一定階段后，可根據(jù)當(dāng)時(shí)已澆壩體的實(shí)際溫度情況，按照預(yù)定計(jì)劃，進(jìn)行仿真分析，以預(yù)報(bào)完工后壩體的溫度和應(yīng)力狀態(tài)，檢查是否符合要求；當(dāng)施工條件（材料特性、氣候條件、溫控措施、施工進(jìn)度等）有所改變時(shí)，可根據(jù)新的條件及已澆壩體的實(shí)際情況，擬定幾個(gè)施工方案，進(jìn)行仿真計(jì)算，預(yù)報(bào)竣工后壩體溫度與應(yīng)力狀態(tài)，從中選擇一個(gè)滿足要求的可行方案；在壩體接縫灌漿之前，根據(jù)已澆混凝土的實(shí)際溫度進(jìn)行仿真計(jì)算，預(yù)報(bào)達(dá)到灌漿溫度所需時(shí)間，及時(shí)調(diào)整溫控措施，保證大壩能夠及時(shí)灌縫蓄水。
（3）大壩溫度場(chǎng)反分析
室內(nèi)試驗(yàn)求得的混凝土熱學(xué)性能與實(shí)際情況往往有一定出入。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)混凝土溫度，可對(duì)混凝土熱學(xué)性能進(jìn)行反分析。
（4）大壩溫度控制決策支持系統(tǒng)
收集專家豐富的溫控經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)仿真分析結(jié)果，提供溫控咨詢服務(wù)；本系統(tǒng)可考慮施工條件的變化（如施工進(jìn)度的改變、氣候條件及材料特性的改變等），根據(jù)擬定的幾種不同的施工條件（包括混凝土澆筑層厚、間歇時(shí)間、混凝土預(yù)冷、表面保溫、水管冷卻、層面散熱、混凝土熱學(xué)與力學(xué)特性的改變、壩體孔口、混凝土自重、上下游面水壓力等），用三維有限元完全模擬大壩施工過(guò)程，進(jìn)行仿真計(jì)算，分析大壩溫度的變化并進(jìn)行顯示和繪圖，參照溫控專家經(jīng)驗(yàn)，為根據(jù)工地實(shí)際條件修改大壩溫度控制措施和決定大壩灌漿進(jìn)度提供決策支持。
創(chuàng)新點(diǎn)
主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：
（1）國(guó)內(nèi)外第一個(gè)混凝土壩施工溫控決策支持系統(tǒng)；
（2）施工現(xiàn)場(chǎng)仿真的新型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
（3）包括各種自動(dòng)化功能在內(nèi)的友好的用戶界面；
（4）完備的錯(cuò)誤檢查、錯(cuò)誤信息顯示及豐富的繪圖功能。
應(yīng)用前景及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益
本系統(tǒng)已成功用于浙江寧波鄞縣周公宅拱壩施工期全壩整體仿真分析，該壩為我國(guó)華東第一高壩，壩高126.5m，共分23個(gè)壩段。仿真分析結(jié)果與實(shí)測(cè)溫度吻合良好。