2013-04-16新聞來源：188BETApp
水電施工技術的創新與方向
周厚貴
（中國能源建設集團有限公司北京市100029）
1、概述
隨著188體育官網app 項目的持續、大幅度地推進，水電施工技術在各個專業、各個層麵均得到了長足的發展。當前，188體育官網app 正處於整個項目全生命周期的時象並存時期，我們可以同時在不同的項目上找到前期準備、圍堰填築、基坑開挖、基礎處理、混凝土澆築、金結機電安裝、機組安裝、蓄水發電、運行監測、工程檢修、病險排除、改建擴建、增建續建、老壩拆除、重建改轉等施工狀態，由此可見，這一時期將是施工技術創新領域最廣、專業方向最全、關鍵難題最集中的時期。
水電施工技術的創新有其十分顯著的特點：（1）觸發敏銳性：當施工從項目規劃和進場準備開始，所開展的每一項工作的每一個環節都有可能遇到需要解決的難題，成為技術創新的觸發點，這些難題有的是眼下的、緊急的，也有的是後期的、緩慢的。由於施工處於水電開發利用產業鏈的末端，因此，這一觸發敏銳性就成為施工技術倒逼創新的源頭。（2）技術針對性：當施工技術難題一旦被觸發，創新的需求即被發掘出來，隨即的創新攻關即可緊緊圍繞難題有針對性地展開，直到得出攻克路徑、解決方案並破解難題，因此，從某種意義上講，這一針對性同時決定了創新的適用性。（3）廣泛伴隨性：施工技術創新是在施工生產的實際中遇到並提出來的，這也是施工技術創新的具體性和客觀性，當施工中遇到而未被及時提出來時，可能會積累或孕育一個更大的施工難題。因此，圍繞施工難題及時開展技術創新、破解也是應該伴隨工程施工而進行。（4）就地轉化性：在伴隨施工過程實施技術創新的同時，其創新成果在工程中應用，便隨即得到就地轉化，並能使創新成果得到檢驗。成果就地轉化可省去大量的對接條件契合和複雜的準備工作量，使創新成果快速、直接地發揮效益。（5）應用推廣性：將創新成果經應用檢驗，最後總結並加以固化，即可在類似施工中推廣應用，以進一步產生施工創新成果的延伸效益。
正是由於水電施工所處的上述特殊時期和技術創新的上述特點，必將引發新一輪施工技術發展與創新的鼎盛時期。為此，本文擬就水電施工技術的創新與方向從理論研究、施工材料、施工工藝、施工裝備以及施工建設模式等幾個方麵談一些個人的觀點。
2、創新與方向
2.1施工理論研究
在學術界和工程界，施工作為一門應用技術或者是經驗技術，一直被認為是沒有多少理論的含量，更談不上體係化、係統的研究了，甚至更直接地提出：施工隻要照圖紙做好就行了，搞研究則是施工以外的事情。誠然我們並不能否認上述看法所具有的客觀性，但是我們試想，如果施工人員連基本原理、作用機理都不知曉，隻一味機械地照圖施工，那又從何談起把施工做好呢？事實上，許多重要的理論課題都是源自於最基礎的施工環節，經過創新研究後得出理論成果，然後又反過來大幅度推動施工技術的進步。
隨著我國科技創新機製改革的不斷深化，水電施工企、事業單位已作為最早、最前沿的市場主體被確定，繼而企業市場主體又被確定為創新主體，這一定位引導學術界、工程界對施工有了新的認識，對施工理論研究的看法有了新的改變，施工理論研究被逐步重視起來，理論研究的成果、體係也不斷湧現出來。
施工理論研究的主要方向在於機理研究、標準研究、綜合（群）效應研究等方麵。
（1）機理研究
機理研究主要是針對施工中已出現或可能出現但未能得到根本解決的問題，從理論上深層次揭示其規律，並尋找高效技術路徑，最終加以攻克。
如：特高（
再如，混凝土裂縫成因機理研究，是一直以來施工理論研究的重要難題，由於混凝土材料的多相非均質特性，起裂機理變得錯綜複雜、判別準則難以得出通式。深化此項機理研究並得以突破，必將為跨越提升混凝土施工技術，建造無裂縫大壩提供堅強的理論支撐。
（2）標準研究
水電施工有其寬泛的工作範疇或工作域，在工作域內外客觀地界定各種邊界並定量地描述其特性，以便相應地開展其設計，提出施工要求和方案措施，這就需要開展標準研究，從理論上找出其分界線，科學地進行施工。
如：大壩等級劃分的研究，是明晰地確定施工要求和對策措施的等級對前提。不同的大壩等級所對應的施工要求和對策措施有著明顯的差異。以麵板堆石壩的壩高劃分為例，在大壩施工過程中，已直觀反映出壩高變化所帶來壩體性能特征變化的“拐點”，這即可構成壩高等級的分界點，實踐表明，第一個“拐點”約在
再如，彈塑性材料的標準研究可使施工有章可循。在水電施工中廣泛地使用現場拌製的混合材料，其特性範圍域寬且連續分布，使得其中一些材料的界限難以劃定，比如象塑性混凝土、瀝青混凝土一類的彈塑性材料，其特性處在彈性與塑性的過渡區間，具有雙重性，在施工中若用某一單項標準來要求，或者采取多項標準穿插混合來要求，都是難以適從的，因此，必須通過理論研究，科學劃分並相應製定出新的材料控製標準。
（3）綜合（群）效應研究
水電施工中的群體作用工況不論是微觀上還是宏觀上，都非常普遍，既然存在群體，就必然會產生群效應，因此，有必要對這一效應加以理論研究。
作為細觀的例子，水電工程中常采用如混凝土等多相非均質混合材料，其材料中的各個組分均有其相應特征，各組分的綜合（群）效應則構成了混合材料的整體特性。實踐表明，將每一個組分性能均優異的組合在一起，所得到的混合材料整體性能未必優異，反之亦然。這就需要開展係統優化的群效應理論研究。由此可見，研究將性能並不都是優異的組分加以組合而借助群效應得到性能優異的混合材料，對我們來說意義特別重大。
作為宏觀的例子，隨著水電工程建設步伐的不斷加快，大壩（水庫）群將在一定的條件下產生綜合（群）效應。如我國西南地區，高壩大庫布設密集，多個壩（庫）同步建設和運行，是否存在一個布局優化的問題？是否有一個最優建設施工順序的問題？等等這些，都需要通過建模仿真及理論計算等進行綜合（群）效應研究。
2.2工程材料創新
在水電工程中，有相當一部分的工程材料是通過施工在建築物部位就地製作形成的，如壩體填築料、混凝土等，本文也僅敘述這一類經過施工所造就的工程材料。
材料創新的主要方向是向材料鏈兩端延伸，變革現有材料組分，研製特殊要求材料以拓寬材料鏈。
（1）材料鏈低端：原生與天然
為加快進度、降低成本、環保低碳、綠色建壩，水電施工中廣泛應用原生、天然材料已成為大趨勢。比如：①直接采用天然料，取出即用，不經過破碎、篩分等任何加工；②對包括剝離料在內的所有開采料全部利用，零棄料，做到“吃幹榨盡”；③大幅減少使用水泥膠材，采用貧膠混凝土、堆石壓漿材料等；④大幅提高天然材料的摻量，如天然火山灰、凝灰岩、石灰石粉等。向低端材料的應用拓展關鍵是要研究其自身特性、適配性及組合效應，以充分利用其特長，工地曾有諺語：“沒有不合用的原材料，隻有不合用的配合比。”即點明了創新研究的關鍵點。
（2）材料鏈高端：高性能材料
從另一個角度看，采用高端高性能材料以減省普通材料用量，對加快進度、保證質量，推動技術進步等也將具有顯著的作用。例如：研發高強度構件、超高韌性複合材料等高性能結構材料；創新桁架、梁柱、模板、腳手架等高性能周轉材料；研製高密度、高滲透性、高耐久性的高性能修補材料等。高性能材料的研發利用將會使水電施工展示現代高技術特征，改變大體積、長工期、粗工藝的形象。
（3）材料組分的變革
材料組分的變革已在水電施工中持續得到推進，如在混凝土中，外加劑幾度更替已進入第三代；摻合料不斷推出新的品種，同時不斷提高替代摻量等。然而，在新一輪創新中，將麵臨更深層次的變革，如提高混凝土中的摻合料摻量，使其高達90%以上甚至95%以上，將膠材與摻合料的摻量顛倒過來，以期形成一種新的混合材料。這樣，也許由於混凝土中的材料組分已發生巨大變革，使得這種混凝土已不能再叫“混凝土”，但這種材料的主要作用仍然是要發揮混凝土的作用，因此，創新研究的關鍵點是使這種新混合材料的各項性能均不劣於普通混凝土的各項性能。
（4）非協同性能要求的材料
水電工程由於其結構或部位功能要求的獨立性和特殊性，給材料的技術性能也相應提出了特殊的要求，有些甚至是非協同性的或自相矛盾的要求。比如，用於防滲牆體的塑性混凝土，就要求混凝土材料“強度高而彈模低”；又如用於化學灌漿的高分子有機材料，就要求材料“性能高而分子量小”等。可見在這兩例中對材料性能參數的要求出現了非協同性，使兩個要求的方向相悖。因此，需要我們在創新中拓寬材料鏈，實施“魚和熊掌兼得”的材料性能研究。
2.3施工工藝創新
一直以來，水電施工在人們的心目中認為是“傻大笨粗”的工藝，施工質量是看操作者的個體因素，誤差是以厘米計量等。實施工藝創新，將實現這一落後形象的徹底改變。
工藝創新的主要方向在於精細化與個性化、標準化與係統化、自動化與智能化三個層麵。
（1）精細化、個性化
這是工藝的最基本層麵。精細化就是把各項工藝要求100%地實施到位，做足最後
如：高度精細的控製爆破工藝，已能夠實現將爆破開挖麵不經任何整飾而用作建築物基麵；能夠通過爆破作業完成複雜空間曲麵的外觀成型等。推而廣之，完全能夠通過創新工藝實現任何設計要求的高度精細地控製爆破。
再如，水工混凝土澆築的工藝已能夠做到免裝飾而達到設計平整度的精細要求，並能以原生質感達到鏡麵效果，滿足光潔度要求。進一步創新後，可滿足透水、透光等各種特殊功能特性的要求。
（2）標準化、係統化
施工工藝的標準化，就是把經常性重複的工序環節鏈拿出來，加以統一固化，形成可複製、可移植的規範工藝；係統化則是把施工工藝全過程當成一個體係統籌設定，形成一個具有完全同等標準的係統整體。
如：混凝土大壩的無裂縫施工工藝，就是在原材料加工、混凝土生產、運輸、澆築、溫控、養護、保護等全過程上以標準化、係統化要求組織實施，最終達到壩體無裂縫目標的。再如：以“高等精度、高度精細、高檔精致”為理念的高精混凝土的施工工藝，形成更加全麵、精深的標準化、係統化，開創水工混凝土施工工藝的頂級之作。
（3）自動化，智能化
將水電施工工藝過程，無論該過程是循環的還是非循環的，都盡可能利用機器和電子儀表按照預定的程序和命令自動地操作（循環），以減少人為因素的影響，從根本上提升工藝水平。
如：混凝土壩體冷卻通水工藝的自動化、智能化，可通過溫度儀器測定的壩體溫度場，經計算機分類處理成多個不同的溫度區段，然後，由智能配水程序根據計算得出的水溫、流量、通水時間等參數相應地給各溫度區段配水，使壩體得到個性化通水冷卻。此外，在堆石壩體填築碾壓上升工藝，混凝土澆築運輸、入倉、布料工藝等均可實現自動化和智能化。
2.4施工裝備創新
裝備是創新的物質載體和物理窗口。我國水電施工裝備的創新相比於理論、材料、工藝一直處於落後狀態，與國外相比更是嚴重落後。我們建設了如此眾多的國家級、世界級水電工程，所留下的除了一堆紙質成果和電子文件之外，再也難以找到見證施工過程的物理載體了，技術隻是留在專家的腦子裏，技術的傳承更是難以存續。因此，可以說，沒有裝備就沒有屬於施工企業自己核心技術的物質載體，也就沒有核心技術傳承、演進的載體。
由於美國、歐洲等施工裝備企業早已得到迅猛發展，單台套設備的研發應用已普及施工作業的各道工序，因此施工裝備創新的主要方向在於多工序（係列工序）一體化作業機、遙控（智能控製）施工機械、施工過程自動記錄儀等。
（1）多工序（係列工序）一體化作業機
這類裝備是集多道施工工序於一體的連續式作業係統，如塔（頂）帶機集混凝土水平、垂直運輸和下料入倉於一體，實現倉麵連續供料；TBM（或盾構機）集隧道掘進、挖、裝、運、除渣於一體，實現全斷麵施工等。由此可見，水電施工眾多的序列連續工序均可創新研發相應裝備，實現一體化高效作業。
（2）遙控（智能控製）施工機械
目前，此類裝備已經得到了一定程度的開發，如遙控混凝土泵機、路麵自動攤鋪機等，但水電施工的遙控（智能控製）設備的應用空間依然很大，如混凝土下料定位盲澆設備，智能控製振動碾、智能控製灌漿機等。
（3）施工過程自動記錄儀
將施工過程進行自動記錄是檢查質量、提供追溯的有效方法，該方法的核心裝備就是施工過程自動記錄儀。施工的實踐表明，任何的施工過程都是可以實現自動記錄的。目前較為廣泛應用的灌漿記錄儀已提供了一個較好的例子，而其他施工過程如壩體填築碾壓、河道截流進占拋投、混凝土澆築倉麵作業、金屬結構焊接作業等均可研發相應的自動記錄設備。在施工過程記錄設備的運用中，還可通過通信手段，實現記錄數據的實時遠程傳輸，以便相關部門或人員同步掌握。
2.5施工體製創新
在水電工程建設中，傳統的施工模式是承包合同製導引下的項目經理負責製，在這種模式下的建設、監理、設計、施工、檢測、驗收等各方的職責均有明確界定且都相對固化、獨立行事，這樣，施工隻能停留在“勞動幹活”的狹義的“小施工”層麵上，而不能上升到“總包統攬”的廣義的“大施工”層麵上，嚴重地束縛了施工的展現空間，因此，施工模式的創新十分必要。
施工模式創新的主要方向在於施工理念、承包方式和運作平台等方麵的創新。
（1）施工理念
在施工模式的高端層麵，可以構建一種大觀念或大理念，它是根據施工的既有條件，從新的發展形勢的需要出發所提出來的。如：整個工程施工遵循生態環境保護的法規和規定，推行一整套低碳、綠色的施工規劃和措施，全過程注重保護、修複與再造，即可以推出“綠色工程”施工理念；再如，將全部施工項目均賦予時間、空間、特征參數等多個維度的信息描述，在施工過程中進行全麵地采集，再提供計算機處理，從而真實地呈現工程的施工過程及狀態，實現施工協調管控，即可推出“數字工程”施工理念等。施工理念不單單是一個創新提法，而是需要經過深入分析、周密謀劃、全麵展開、科學布局、措施完備，最終具體落實的一套綜合體係。
（2）承包方式
以往的承包方式以項目法人製、招標投標製、工程監理製和項目合同製等“四製”的方式較為經典，但是這類方式將幾方關係固化，造成按部就班、畫地為牢、協調困難、缺乏活力。在水電施工承包方式上，廣泛吸納國內外已有承包方式的成功經驗，大膽嚐試和創新應用BT、BOT、BOOT以及EPC總承包等方式，必將會收到工程優良、施工順暢、多方共贏的顯著成效，使施工走出一片新的天地。
（3）運作平台
將全部項目、全過程、全員納入同一個信息化協同平台上運作，將會給水電施工帶來全新的變革。基於信息化協同平台，實現集工程施工、管理、溝通於一體的運作係統，共享信息資源；深化運用三維技術，從以往的三維展示上升到三維規劃、設計、施工運行，推動施工管理的流程再造，實現施工的數字化、虛擬化和智能化。
3、結語
水電施工已經進入了一個嶄新的發展曆史時期，給技術創新帶來了十分難得的機遇，無論是在施工的理論上、材料上、工藝上、裝備上，還是在施工模式上，都蘊藏著巨大的提升空間。我們隻有認清形勢、找準方向、沉心鑽研、刻苦登攀，才能使水電施工技術創新贏得世界矚目。
