溪洛渡水电站是中国第二大、世界第三大水电站。其枢纽主要建筑物由混凝土双曲拱坝、地下引水发电系统和泄洪建筑物组成。混凝土双曲拱坝最大坝高285.50m，是世界上已建的三座300m级特高双曲拱坝之一。大坝位于长江干流，是控制性水利水电枢纽，安全要求特别高。电站周边及水库区处在我国西南地震高发区，地震设防标准0.355g，坝身泄洪流量32255m3/s及泄洪功率位居世界特高拱坝之首，大坝结构复杂程度(4层25孔口)为世界拱坝之最，综合技术难度极大。考虑工程安全直接关系到国家经济命脉和长江流域的安危，必须不折不扣把溪洛渡水电站建成西部典范工程和国际一流水电站。

溪洛渡拱坝的挑战前所未有，它是我国首批挑战300m级拱坝建设的依托工程，也是世界上孔洞最多、泄流最大的拱坝。“世界的水电在中国，中国的水电在西部，西部的水电看溪洛渡。”溪洛渡是唯一一个坝体混凝土粗骨料采用地下洞室玄武岩开挖料的特高拱坝，与国内同类工程相比，弹模高、极限拉伸值小、徐变小、自身体积收缩变形大，混凝土自身综合抗裂能力较弱。尽管有针对性地开展了原材料选择与配合比优化设计，选用国内外类似工程已成功应用的材料，并重视吸取采用新技术、新材料，重点选择极限拉伸值大、线胀系数小、发热量低的混凝土配合比，尽可能减小坍落度和用水量，以改善混凝土抗裂性能，采用高内含氧化镁改善混凝土自身体积变形但改善效果有限，但大部分混凝土自身体积变形试验结果仍难以全部满足-20×10-6με的设计要求。有专家甚至说，溪洛渡大坝混凝土一浇筑就要开裂。在这种背景下，业界主要负责同志们在一起交流，共识就是溪洛渡拱坝混凝土建设的目标就是不出现温度裂缝，至少不能出现危害性裂缝，绝对不能出现意想不到的情况。

为此，围绕混凝土变形性能以及混凝土防裂安全，按照“全坝全约束、全年生产冷混凝土、高内含氧化镁水泥、严格最高温度、严控温度变幅、严格表面保温养护、严格预报预警”等来实现最严格的温控措施，确保混凝土防裂安全。其中，个性化、精细化的分段缓慢通水冷却的严格控制是重点，决定着混凝土温度过程以及拱坝接缝灌浆的质量与进度，也是预报预警以及调控的主要环节。为此，从混凝土内部温度感知、通水过程的通水流量、通水水温、混凝土温度的实时自动计算、分析和比较，也就是一体流温控制装置（阀组件），对通水流量进行自动调整，实现了全部的自动化，达到了智能控制。通过这套系统，有效控制了全坝、全过程、孔口及季节气温变化下的温度目标值和温度梯度，大坝建设过程中没有出现温度裂缝。

在这个过程中，也进行了爆破开挖精细化质量控制、混凝土施工全过程的质量监测、基础处理灌浆质量的研究。在混凝土浇筑方面，运用物联网等技术，首次实现了混凝土拌合、运输、平仓、振捣的全程实时监控。对混凝土振捣过程的智能控制、反馈与预警，有效避免了漏振、过振、欠振等问题，是大坝混凝土施工质量控制的重大创新； 在灌浆方面，通过数字抬动仪与四参数灌浆自动记录仪的协同，实现了抬动、压力、流量、密度的现地和远程实时监测及控制，确保了灌浆质量； 在爆破开挖方面，通过定量、个性、动态的钻爆设计，以及“三定”“三证”“三校”的管理与定量评价体系，达到“爆破就是雕刻”。

溪洛渡工程自2007年顺利截流后，进入河床坝基开挖，揭示了河床水文地质条件的新情况，进行了下部扩大开挖，也对双曲拱坝下部基础部位的结构体型进行了加厚。对这种处理方式，国内专家们有不同的认识，但通过多家对比计算分析和慎重的多次技术咨询与决策，形成了扩大基础、整体结构、连续浇筑、加强固灌的共识。这种地质变化带来的设计调整，带来的影响至少是三个方面： 一是地基与坝体的整体安全； 二是扩大基础后下部20m深岩体范围内包含14%需要处理的弱卸荷下限岩体的基础处理； 三是保证安全和质量目标下，大坝按期蓄水发电的大坝分年建设进度与度汛安全。

这些问题，时刻困扰着溪洛渡的参建各方。国内有二滩建设成果，同期也有同类工程实践，但溪洛渡300m级拱坝有自身需要跨越的挑战，超出了国内规范，如何做到稳扎稳打、一步一个脚印，真是如临深渊、如履薄冰。从理论和实践的结合与提升来看，溪洛渡拱坝建设至少需要对每一个浇筑块、每一层并缝、每一个施工过程和每一次结构体系的变化，都要做好两件事： 一是已完成的施工，要与设计、科研的预计成果吻合，符合规律； 二是对后续施工过程要进行预测分析、合理调整，达到安全可控。

从这些问题出发，从河床坝基第一方混凝土开始浇筑起，就组织科研团队独立开展第三方分析，与设计工作同步，有关成果通过专家系统的技术咨询后，进行决策，并转入实施。为了确保仿真分析的真实准确，开展了有关全级配混凝土断裂性能试验，也依托各类监测和实验数据，开展了全程参数反演； 形成了快速建模、高速仿真、结构缝非线性模拟及施工期温度、应力、变形、渗流多场耦合分析等核心技术，实现了拱坝结构体型的有效控制和施工进度的动态优化； 实现了混凝土抗裂安全及大坝安全状态的分析与预报，确保了工程度汛安全和均衡高效建设。对大坝基础整体安全，开展了进度、温度、应力的耦合仿真分析与预测的基础上，围绕拱坝建设的整体性、均衡性、均匀性和连续性，开展了孔口部位、拱坝悬臂、横缝开合、陡坡坝段等的专题研究，这些精细研究，揭示了有关规律和机理，从微观上进一步保证了拱坝整体质量和安全。

为了时刻掌握大坝的质量和安全状态，时刻把控大坝建设过程中的主要问题，时刻协调拱坝建设各专业、各阶段的矛盾，必须时刻知晓大坝工作状态，真实把握大坝建设的脉搏，各类、各方的信息要能实时共享，以第一时间为各方判断，采取措施。DIM是大坝全景信息模型，BIM主要是面向建筑工程的，DIM是面向水电工程的。iDam包含了拱坝建设各专业模块和相关管理模块，包括温控、灌浆和混凝土施工过程等主要业务模块，并在产学研用之间，建立了规范的数据交互利用和成果发布应用的格式文件。

唯一的、统一的工程数据和共享、协同的业务平台十分重要。这两方面的主要作用，是实时获取各类工程数据，并为设计、科研、施工、管理等各方共享，在大坝建设数字化的基础上，首次实现了拱坝建设的智能化。真实、实时、全面的工程数据系统和业务协同平台，尤其是数据在项目各方间的有效交流，实现了特高拱坝真实工作性态的过程仿真和预测，有效指导了设计、施工、监理和运营单位的生产管理，确保了大坝整体安全。

近期，国际水电协会IHA北京会议展示了世界水电未来的发展前景，我国水电建设和运行形成的杰出成果必将在世界舞台上发挥更大的作用。信息技术的迅猛发展是各专业必须面对的机遇。水电这个传统行业，承担了新的责任，引来新的机遇。面对超出规范、前无经验的特高拱坝建设，为确保其全生命期安全，在系统、全面、科学的论证分析基础上，建设阶段必须实时、真实地把握拱坝建设过程的安全状态。水电工程建设全面感知、真实分析、实时控制的特高拱坝智能化建设理论，以及在溪洛渡拱坝建设中形成的智能化成果，代表了今后筑坝技术的发展方向，使水电管理从传统粗放管理发展到智能精细管理，中国水电的升级会呈现给世界一个崭新的面貌。300m级溪洛渡拱坝智能化建设关键技术研究与应用，攻克了坝肩槽精细爆破开挖、坝体温控防裂、坝体基础质量控制与快速施工、水工信息化建设等技术难题，实现了拱坝智能化建设，创造了大坝浇筑680万m3混凝土未发现温度裂缝、常态混凝土取芯20.59m和国内外钢衬混凝土最短间歇期26天均衡施工的世界纪录，提前工期11.5个月确保按期蓄水发电。中国工程院陈厚群、郑守仁等院士专家向国务院提交的调研报告认为： 溪洛渡开创了我国智能高拱坝建设的先河； 潘家铮、马洪琪、张楚汉等院士专家对本成果予以高度肯定和评价； 中国大坝协会汪恕诚理事长评价本成果是技术与管理的重大创新。国际大坝委员会名誉主席Luis Berga教授认为溪洛渡拱坝智能化建设已居世界领先地位，成功解决了“无坝不裂”的世界难题。

本书针对特高拱坝建设过程中温控防裂、工作性态分析以及数据采集和共享等难题，结合溪洛渡特高拱坝建设，介绍了特高拱坝智能化建设理论，进行了特高拱坝智能化建设技术创新和实践，研发相应的智能控制装置和系统，达到大坝真实工作性态的可知可控，保证溪洛渡拱坝优质、按期建成。全书内容新颖翔实，涉及多学科交叉，涵盖物联网技术、移动通信技术、数据筛选分析技术、三维仿真技术、预警预判和决策支持技术、高精度定位技术等多种技术，为特高拱坝施工期质量控制、温控防裂等提供了科技支撑和系统解决方案，也可为相关领域人员提供极具参考和学习价值的工具资料。本书具体创新内容有三点： 一是针对特高拱坝建设过程中所面临的挑战，考虑传统筑坝模式难以解决温控防裂等世界难题，创建了感知、分析、控制闭环智能控制的大坝智能化建设理论； 攻克了智能温控、智能振捣、数字灌浆、精细爆破等关键技术，研发了智能控制成套装置和系统，实现了通水冷却过程的智能控制，混凝土施工全过程在线监控、预警和反馈，灌浆工程现地和远程实时监控。二是针对特高拱坝施工期温度、应力、变形、渗流全过程的多场耦合分析难点，建立了特高拱坝施工进度与真实工作性态的耦合仿真分析方法，实现了全坝、全过程、实时工作性态的动态可控； 开展了横缝辨识、悬臂控制、陡坡防裂、贴脚加固等精细仿真，揭示了特高拱坝整体变形协调机理，提出了个性化判别标准与动态控制方法。三是针对复杂环境条件下的数据采集、多方参与条件下的共享、协同、交互的要求，海量数据条件下的数据挖掘和数据应用问题，创建了大坝全景信息模型，研发了拱坝智能化建设与运行信息化平台，确保了全面感知、真实分析与实时控制的有效运转，实现参建各方协同工作、快速反应，高效指导了设计、施工、监理和建设单位的生产管理。

本书较为系统地介绍了特高拱坝智能化建设技术创新理论方法和工程实践应用成果。全书共分9章： 第1章简要介绍拱坝的建设与发展，特高拱坝建设特点和面临的挑战，数字化、智能化建坝的发展趋势以及溪洛渡特高拱坝智能化建设，由樊启祥、张超然著； 第2章主要对感知、分析、控制的闭环智能控制的特高拱坝智能化建设理论和体系，以及全面感知、真实分析、实时控制的主要技术体系，智能控制系统核心装置和保证感知分析控制有效运行的软件环境（iDam）和管理模式进行总体说明，由樊启祥、周绍武著； 第3章总结了高拱坝施工过程监控体系和方法、智能感知技术、复杂环境下数据双向传输系统以及数据集成模型DIM和施工数据挖掘与应用，由廖建新、杨宁、邬昆著； 第4章详细说明了全坝全过程真实工作性态仿真理论和方法，以及在溪洛渡施工期和运行期实践成果，由张国新、李庆斌、杨萍著； 第5章阐述了高拱坝整体协调变形机理及个性化温控措施，由林鹏、胡昱、周宜红著； 第6章介绍了高拱坝施工期施工进度仿真与实时控制技术和管理模式，由王仁坤、杨宁、杨秀国著； 第7章详细说明了坝体基础施工过程智能控制关键技术，包括大体积混凝土通水冷却智能温控技术、大体积混凝土施工“一条龙”智能控制技术、基础处理数字灌浆技术、拱肩槽边坡开挖爆破高精控制技术、基于实时定位系统的智能安全管理，由林鹏、杨宁、戴科夫著； 第8章介绍了高拱坝智能化建设协同平台构建和开发，对体系结构设计、功能规划与实现，以及在溪洛渡建设中的应用进行了较为详细的说明，由彭华、林恩德著； 第9章对全文进行概括性总结，说明智能化建坝技术在溪洛渡拱坝总体应用成效和推广应用价值，由樊启祥著。

本书主要由中国长江三峡集团樊启祥、张超然、周绍武、洪文浩、廖建新、杨宁、邬昆、王仁坤、张超然、李庆斌、张国新、戴科夫、彭华、周宜红、林鹏、刘有志、胡昱、杨萍、杨秀国、林恩德撰写，涂怀健、邱向东、于永军、黄耀英、陈文夫、尹习双、汪志林、李俊平、李仁江、黄夏秋、钟桂良、刘金飞、张攀峰、陈万涛、黄达海、李金宝、王克祥、黄卫华、周政国、刘晓东、刘刚、汪红宇、席前伟、赵春菊、李金桃、王振红、黄涛、王沁、何林、杨静、柏龙君、李云城、刘迎雨等人也为本书编写付出了辛勤的劳动。本书的撰写和出版得到了陆佑楣院士、张楚汉院士以及中国大坝协会汪恕诚理事长的鼓励和指导，得到了中国长江三峡集团公司、中国水电顾问集团成都勘测设计研究院、清华大学、中国水利水电科学研究院、中国水利水电第八工程局有限公司、武汉英思工程科技有限公司、三峡大学、二滩国际工程咨询有限责任公司等单位的帮助和支持，特此致谢！另外，在本书的编写过程中，引用了部分文献资料，并已经将主要参考文献附在各章后，在此谨向有关作者致谢！

由于理论技术发展的阶段性和局限性，以及作者的学识和水平有限，书中疏忽和不足之处在所难免，恳请读者批评指正。 

作者

2017年12月于北京