CN102852145A - 在建大坝混凝土智能温度控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在建大坝混凝土智能温度控制方法及系统，所述系统包括控制装置与热交换装置和热交换辅助装置进行通信：所述热交换装置被安装于混凝土大坝内部或表面，用于与混凝土大坝交换热量并将采集到的混凝土大坝温度信息传输给所述控制装置，所述热交换辅助装置向热交换装置输入热交换媒介并将经过热交换后的媒介从热交换装置中输出；所述控制装置用于对热交换辅助装置进行控制；所述控制装置可以输入每个浇筑仓的温度控制策略。本发明的系统和方法可实时、自动的检测混凝土大坝的温度，为不同浇筑仓提供个性化的温度控制策略，根据现场的实际情况智能学习，为每个浇筑仓自行选择最准确的符合实际混凝土热学参数，进而可以实现通水量和/或温度的精确控制，对大坝混凝土温度控制精确高，数据可靠、可大大降低人工和通水成本，并且大坝防裂效果好。

Description

在建大坝混凝土智能温度控制方法及系统

技术领域

本发明涉及在建大坝混凝土智能温度控制方法及系统，尤其涉及高混凝土坝浇筑过程中混凝土通水智能温度控制。

背景技术

对于特高拱坝，施工期的防裂的重点是混凝土温度控制。拱坝混凝土的温度问题主要应从控制温度和改善约束两方面来解决。从温控角度，混凝土浇筑温度、混凝土最高温度以及最终稳定温度是三个特征温度，最高温度等于浇筑温度加上水化热温升。而最终稳定温度取决于当地气候条件和坝体结构形式，所以工程上主要控制的是浇筑温度和水化热温升。目前高拱坝的施工中温度控制主要控制3个温差：基础温差、内外温差和上下层温差。

在一般气温或严寒地区，大型水电工程中大体积混凝土的通水冷却（或加热）温控，是降低大体积混凝土水化热引起的温度应力，避免开裂和达到设计要求的封拱灌浆温度必须采取的工程技术措施。水电工程通水热交换技术复杂，是工程建设设计与研究重要内容。基础温差通过最高温度控制，内外温差通过表面保温和内部通水冷却（加热）温度控制，上下层温差则通过混凝土最高温度及合理的通水冷却过程控制。通水冷却第一次在工程领域中的正式应用源于上世纪30年代，1931年美国垦务局在欧瓦希（Owyhee）拱坝上进行了混凝土水管冷却的现场试验，结果令人满意。此后的两年，美国垦务局在修建胡佛水坝（Hoover）的过程中首次在混凝土仓中全面预埋冷却水管进行人工冷却，起到了较理想的温控防裂效果。随后冷却水管以其应用的灵活性、可靠性及多用性等特点，在世界各国混凝土坝的施工中被广泛采用。我国在1955年修建第一座混凝土拱坝——响洪甸拱坝时，首次采用了预埋冷却水管，建成后得到了不错的防裂效果。随后，在三峡大坝、周公宅拱坝、二滩拱坝、大潮山围堰、索风营水电站碾压混凝土坝、龙滩水电站碾压混凝土重力坝、白沙水库、锦屏一级拱坝、溪洛渡拱坝等众多的大型水利工程中得到了广泛应用，并获得了较好的温控防裂效果。随着我国在西藏高寒地区建设的混凝土工程越来越多，在高寒地区涉及到对混凝土通水加热的控制，以便控制混凝土的温度梯度，防止大体积混凝土开裂。从众多的大体积混凝土工程实践当中，可以看出水管冷却这种人工冷却的方法，已成为混凝土坝设计和施工中不可或缺的一项关键温控防裂措施。

大量工程实践表明，在高温季节浇筑混凝土时，受入仓温度、太阳辐射和通水冷却等外界条件的影响，混凝土浇筑仓温度很难完全控制不超过容许最高温度。为了使混凝土材料性能正常发展，必须使混凝土浇筑仓最高温度达到合适的温度。即混凝土浇筑仓的最高温度不能过高，也不能过低。大坝施工期温控的目的是通过人工通水冷却实施温度控制，使混凝土温度保持在设计温度（按照设计的“温度-时间曲线”）附近，从而使施工程序和质量可控。简单的说，整个通水冷却是一个温度目标控制，是按照设计要求，将每阶段的混凝土温度调整（降低或升温），或控制在一定的T温度点附近。

但有很多因素会直接影响温度控制效果，这些因素大致分类如下：（1）不同气温、不同浇筑温度、不同水管间距、不同施工细节、不同的水管材质（夯实程度、水管布置合理程度等）等，可能导致浇筑块的密度不同，从而导致内部发热状态不一致，要求对各浇筑块个性化冷却控制；（2）不同仓水管变形程度不同，导致需要不同流量控制，最好做到每组冷却支管单独温控；（3）人工调整通水流量间隔长，人工采集温度和流量数据工作量大、且受主观因素以及设备运行状况影响较大；（4）目前控制不能做到实时、在线，现有冷却系统受制于工程施工传统、工程配套技术水平与施工成本的限制，难以布置足够的相关采集仪器，特别是大坝混凝土温度数据，难以做到实时动态的反馈控制。

目前大坝施工期控温采用的策略主要弊端包含：

(1)目前通水冷却或加热的监控主要通过人工球阀、水银温度计和传统水表采用人工记录，然后根据记录数据进行人工现场调控流量。人工调整通水流量间隔长，人工采集温度和流量数据工作量大、且受主观因素以及设备运行状况影响较大,导致巨大的水资源浪费，为了避免大坝温度过高，在现有技术的温度控制中，往往采取宁可加大通水流量的策略，这样在长周期大坝建设过程中，造成巨大的不必要的水资源浪费，经济利益损失也很巨大。；

(2)现有通水系统精度差，效率低，数据可靠度不高，采集时间间隔长，信息反馈慢，常常导致混凝土温控控制不理想；

（3）现有控温由于不存在自动在建混凝土大坝温度控制采集系统，而且也不存在具体的控制策略。往往不能够将大坝混凝土温度精确控制在设计温度曲线附近，人工测量与控制往往不能够实时，导致实际大坝温度控制与预期偏离很大。因此大坝施工中，在保温效果不加，或者突遇寒潮时，往往防裂效果差，容易导致大坝开裂破坏。

（4）现有技术中，人工控制混凝土大坝温度时，也难实现大坝多坝段整体温度协调地控制，不同坝段仓号混凝土温度控制难以精细化、个性化控温。

（5）现有的控温技术中，控制手段单一，检测设备与控制设备之间的接口单一，设备基本没有互通互联之间，为控制大坝混凝土的温度带来困难和诸多不便。

由于现有技术中存在以上种种不足，为了克服上述问题之一，本发明提供了一种能够实时在线控制的智能温度控制方法及系统，其具有实时控制、操作简单和大坝防裂好等技术效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时个性化通水智能温度控制方法及系统，能实时监测并控制施工期大坝混凝土的温度和应力，避免了人工不规范控制大坝温度，导致大坝开裂，具有很好的大坝防裂效果，同时也大大节约了在建大坝的对裂缝处理的经济和时间成本。

本发明提供一种在建混凝土大坝的实时个性化智能温度控制系统，所述系统包括热交换装置、热交换辅助装置、现场控制装置和热交换数据采集装置，所述热交换装置安装于大坝新浇混凝土表面或内部，用于与大体积混凝土交换热量，将热量从所述大体积混凝土导出或导入，以控制所述混凝土大坝的温度；

所述热交换辅助装置用于为热交换装置输入热交换媒介和将经过热交换后的媒介从热交换装置中输出，所述热交换辅助装置包括：

交换辅助装置采集模块，包括一体化流量和温度采集装置和数字测温装置，用于采集热交换装置输入端口的热交换媒介的温度和流量信息，采集热交换输出端口的热交换媒介的温度信息；

发送模块，用于将所述一体化流量和温度采集装置和数字测温装置采集到的所述信息发送给所述现场控制装置；

接收模块，用于从现场控制装置接收控制命令；

调节模块，用于根据接收到的控制命令对输入的热交换媒介的流量和/或温度进行调节；

所述大坝数据采集装置将探测到的大坝内部和/或表面实时温度信息发送给现场控制装置；所述现场控制装置用于对热交换辅助装置进行控制，包括：

接收模块，用于接收所述热交换辅助装置的发送模块发送的所述信息，接收所述大坝数据采集装置发送的所述大坝内部和/或表面实时温度信息；

计算模块，用于根据所述接收模块接收到的信息至少计算需要输入到热交换装置的热交换媒介的流量和/或温度；

发送模块，用于将带有计算出的热交换媒介的流量和/或温度参数的控制命令发送给所述交换辅助装置采集模块。

优选地，所述热交换辅助装置包括两个端口，一个端口用于为热交换装置输入热交换媒介，另一个端口用于为热交换装置输出热交换后的热交换媒介；所述热交换辅助装置的采集模块和调节模块设置在所述热交换辅助装置的一个端口上，所述数字测温装置设置在所述热交换辅助装置的另一端口上。

优选地，所述热交换辅助装置包含两组端口，第一组端口用于输入热交换交换媒介，第二组端口用于输出热交换媒介；所述第一组端口中的每一个均设有交换辅助装置采集模块和调节模块；所述第二组端口上仅设置有数字测温装置。

优选地，所述大坝温度数据采集装置为移动式实时多点温度采集装置，用于采集混凝土表面和/或内部温度数据。

优选地，所述调节模块是智能阀门。

优选地，所述交换辅助装置的采集模块、调节模块、发送模块和接收模块集成在一起，形成一体流温控制装置；所述热交换辅助装置包括多组分立的进出管道回路，每组分立的进出管道回路为不同的混凝土浇筑仓和不同高程区域通水，所述多组分立的进出管道中的进管道或者出管道上设置有所述一体流温控制装置，另一管道上仅设有内插数字温度测量装置。

优选地，所述一体流温控制装置包括：外壳；在外壳内具有双向电动球阀，其根据控制指令对所述热交换媒介的流量实现大小和方向控制；所述数字测温装置为内插式数字测温装置，实时测量管内流体温度；双向涡轮流量计，通过输出电磁、脉冲或电流信号，实时传输瞬时或累计流量；一体控制电路板，对双向电动球阀开启度、流量计进行控制。

优选地，所述一体流温控制装置的所述外壳具有防水、防重物压和防电磁干扰的功能。

优选地，所述一体流温控制装置与所述现场控制装置通过集成出线交换数据，并通过所述集成出线为所述一体化流量和温度控制装置供电。

优选地，所述一体流温控制装置与所述现场控制装置通过无线方式交换数据，所述无线方式是指下述方式之一：802.11，802.16，蓝牙，Zigbee，UWB，CDMA，GSM。

优选地，所述热交换辅助装置进一步包括热交换媒介存储装置，用于存储热交换媒介。

优选地，所述热交换辅助装置进一步包括媒介处理装置，用于在所述现场装置的控制下处理从热交换装置输出的经过热交换后的热交换媒介，使之符合热交换需要。

优选地，所述系统进一步包括远端控制装置，用于通过所述远端控制装置向现场控制装置输入控制命令，用于实现远程监控。

优选地，所述远程控制装置包括策略输入模块，用于远程输入在建大坝的不同坝段仓面的个性化温度控制策略。

优选地，所述现场控制装置包括策略输入模块，用于输入在建大坝的不同坝段仓面的个性化温度控制策略。

优选地，所述在建大坝的温度控制策略包括时间分期冷却策略和空间梯度控制策略。

优选地，所述时间分期冷却策略和空间梯度控制策略包括在混凝土浇筑初期控温阶段，控制混凝土最高温度。

优选地，所述现场控制装置进一步包括报警模块，用于对在建混凝土大坝温度超标时，发出告警。

优选地，所述远端控制装置进一步包括报警模块，用于对在建混凝土大坝温度超标时，发出告警。

优选地，所述告警能够由现场控制装置或远端控制装置以短消息的方式发送到手机。

优选地，所述远端控制装置为一服务器或一移动终端。

本发明还提供了一种在控制装置中对在建混凝土大坝实时温度控制方法，所述控制装置与热交换装置和热交换辅助装置进行通信：所述热交换装置被安装于混凝土大坝内部或表面，用于与混凝土大坝交换热量并将采集到的混凝土大坝温度信息传输给所述控制装置，所述热交换辅助装置向热交换装置输入热交换媒介并将经过热交换后的媒介从热交换装置中输出；所述控制装置用于对热交换辅助装置进行控制；具体步骤如下：

步骤一，实时获取输入和输出热交换媒介的温度信息，输入或输出端的流量信息；

步骤二，根据所述获取的信息计算出控制参数，所述控制参数用于控制热交换媒介的输入流量和/或温度，将所述控制参数发送给热交换辅助装置；

步骤三，热交换辅助装置根据收到的控制参数对热交换媒介的输入状态进行控制。

优选地，所述步骤二中根据所述获取的信息计算出控制参数具体为：根据输入和输出热交换媒介实时温差，以及测量得到的混凝土温度的平均降幅，根据能量守恒和传热学的傅里叶定律，计算实时输入热交换媒介的温度和/或流量。

优选地，所述步骤一之前还包括混凝土热学参数的智能学习过程，通过输入和输出热交换媒介实时温差，以及测量得到的混凝土温度的平均降幅，计算并校正混凝土的热学参数；步骤二进一步包括，根据输入和输出热交换媒介实时温差，以及测量得到的混凝土温度的平均降幅，计算并校正混凝土的热学参数。

优选地，所述热交换辅助装置包括多组分立的进出管道回路，每组分立的进出管道回路为不同的坝段浇筑仓供水，所述多组分立的进出管道中的进管道或者出管道上设置有所述一体流温控制装置，另一管道上仅设有管道内温度测量装置；步骤一进一步包括，现场控制装置实时获取每组分立的进管道的输入热交换媒介的温度信息、每组分立的出管道热交换媒介的温度信息和每组分离进出管道的流量信息；所述步骤二进一步包括现场控制装置根据收到的信息计算出每组分立进出管道的控制参数。

优选地，所述方法的步骤二进一步包括：现场控制装置能够接收外部设备发送的控制策略，根据温度控制策略生成控制参数；所述温度控制策略包括大体积混凝土时间分期冷却、加热策略和空间降温、升温梯度控制策略；在混凝土浇筑初期控温阶段的混凝土最高温度和混凝土升温斜率的双控制策略。

优选地，步骤一中所述现场控制装置可以实时获取大坝混凝土内部和/或表面的温度、混凝土浇筑时间；步骤二中所述现场控制装置根据收到的信息计算出控制参数是指，根据获取的热交换媒介的温度、热交换媒介的流量、输出端口的热交换媒介的温度信息、大坝混凝土的温度和混凝土浇筑时间，根据能量守恒和传热学的傅里叶定律计算实时输入热交换媒介的温度和流量的控制参数。

优选地，所述热交换媒介为水，步骤一中的所述现场控制装置实时获取输入热交换媒介的温度、流量和输出端口的热交换媒介的温度信息是指，现场控制装置实时获取冷却水的进出口水温、流水通量，阀门开启度以及通水方向；所述步骤二中的所述控制参数是指冷却水的流量或阀门开启度。

优选地，步骤二中所述现场控制装置根据收到的信息计算出控制参数具体步骤为：

步骤S1，根据实时采集的所述大坝混凝土温度计算当前混凝土的平均温度，并与下一龄期的目标温度作对比，计算出监控仓面混凝土平均温度的降幅；

步骤S2，根据所述出仓面混凝土平均温度的降幅与进出热交换媒介的进出口温差计算下一步实时通水流量和/或通水温度，并生成相应的控制参数。

优选地，步骤S2中的通水流量和/或通水温度具体根据如下式计算得出， $q_w\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{[T(\mathrm{\τ}+\mathrm{\Δ\τ})-T\left(\mathrm{\τ}\right)]/\mathrm{\Δ\τ}-{\mathrm{\θ}}_0{\mathrm{me}}^{-\mathrm{m\τ}}}{{\mathrm{\ρ}}_w\left(\mathrm{\τ}\right)c_w\left(\mathrm{\τ}\right)[T_{w-\mathrm{in}}\left(\mathrm{\τ}\right)-T_{w-\mathrm{out}}\left(\mathrm{\τ}\right)]/{\mathrm{\ρ}}_c{c}_c{V}_c},$ 其中，τ为混凝土当前龄期，Δτ为混凝土前后时刻龄期梯度，T为温度，θ₀为混凝土绝热温升，m为水化热放热系数，ρ_w为水的容重，c_w为水的比热容，q_w为通水流量，T_w-in为冷却水的进口温度，T_w-out为冷却水的出口温度，ρ_c为混凝土密度，c_c为混凝土比热容，V_c为混凝土块体积。

优选地，步骤S2进一步包括，根据当前的混凝土温度和通水流量，预测下一龄期的混凝土平均温度，具体根据下式得出，

$T(\mathrm{\τ}+\mathrm{\Δ\τ})=T\left(\mathrm{\τ}\right)+\mathrm{\Δ\τ}\{{\mathrm{\θ}}_0{e}^{-\mathrm{m\τ}}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_w\left(\mathrm{\τ}\right)c_w\left(\mathrm{\τ}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_c{c}_c{V}_c}{q}_w\left(\mathrm{\τ}\right)[T_{w-\mathrm{in}}\left(\mathrm{\τ}\right)-T_{w-\mathrm{out}}\left(\mathrm{\τ}\right)\left]\right\}.$

优选地，包括步骤四，将根据实时采集的所述大坝混凝土温度计算得到的当前混凝土的平均温度与τ-Δτ时刻预测得到的下一龄期的混凝土平均温度进行比较，如果两者之差超过一定阈值，则予以告警。

本发明还提供了一种在装置中实现的计算机程序，也即一种在控制装置中对在建混凝土大坝实时个性化智能温度控制的设备，所述控制装置与热交换装置和热交换辅助装置进行通信：所述热交换装置被安装于混凝土大坝内部或表面，用于与混凝土大坝交换热量并将采集到的混凝土大坝温度信息传输给所述控制装置，所述热交换辅助装置向热交换装置输入热交换媒介并将经过热交换后的媒介从热交换装置中输出，以实现对混凝土大坝温度的控制；所述控制装置用于对热交换辅助装置进行控制；所述设备包括：

第一模块，用于实时获取输入和输出热交换媒介的温度信息，输入或输出端的流量信息；

第二模块，用于根据所述获取的信息计算出控制参数，所述控制参数用于控制热交换媒介的输入流量和/或温度；

第三模块，用于将所述控制参数发送给所述热交换辅助装置。

优选地，所述设备还包括混凝土热学参数的智能学习模块，用于通过据输入和输出热交换媒介实时温差，以及测量得到的混凝土温度的平均降幅，计算并校正混凝土的热学参数。

优选地，所述第二模块中计算出控制参数具体为：根据输入和输出热交换媒介实时温差，以及测量得到的混凝土温度的平均降幅，根据能量守恒计算实时输入热交换媒介的温度和/或流量；所述第二模块，还用于根据输入和输出热交换媒介实时温差，以及测量得到的混凝土温度的平均降幅，计算并校正混凝土的热学参数。

优选地，所述热交换辅助装置包括多组分立的进出管道回路，每组分立的进出管道回路为不同的坝段浇筑仓供水，所述多组分立的进出管道中的进管道或者出管道上设置有所述一体流温控制装置，另一管道上仅设有管道内温度测量装置；第一模块进一步用于现场控制装置实时获取每组分立的进管道的输入热交换媒介的温度信息、每组分立的出管道热交换媒介的温度信息和每组分离进出管道的流量信息；所述第二模块进一步用于现场控制装置根据收到的信息计算出每组分立进出管道的控制参数。

优选地，所述第二模块进一步用于接收外部设备发送的控制策略，根据温度控制策略生成控制参数；所述温度控制策略包括大体积混凝土分期冷却、加热策略和降温、升温梯度控制策略。

优选地，所述第一模块还包括用于所述控制装置实时获取大坝混凝土的温度、混凝土浇筑时间的模块；所述第二模块根据收到的信息计算出控制参数是指，根据获取的热交换媒介的温度、热交换媒介的流量、输出端口的热交换媒介的温度信息、大坝混凝土的温度和混凝土浇筑时间，运用能量守恒和传热学的傅里叶定律计算实时输入热交换媒介的温度和流量。

优选地，所述热交换媒介为水，第一模块实时获取输入热交换媒介的温度、流量和输出端口的热交换媒介的温度信息具体为，控制装置实时获取冷却水的进出口水温、流水通量；所述第二模块中的所述控制参数包括热交换媒介的输流量或阀门开启度。

优选地，第二模块进一步包括：

第S1模块，用于根据实时采集的所述大坝混凝土温度计算当前混凝土的平均温度，并与下一龄期的目标温度作对比，计算出仓面混凝土平均温度的降幅；

第S2模块，用于根据所述出仓面混凝土平均温度的降幅计算下一步实时通水的理论通水流量和/或通水温度。

优选地，所述根据所述出仓面混凝土平均温度的降幅计算下一步实时通水的理论通水流量和/或通水温度具体根据如下公式计算得出，

$q_w\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{[T(\mathrm{\τ}+\mathrm{\Δ\τ})-T\left(\mathrm{\τ}\right)]/\mathrm{\Δ\τ}-{\mathrm{\θ}}_0{\mathrm{me}}^{-\mathrm{m\τ}}}{{\mathrm{\ρ}}_w\left(\mathrm{\τ}\right)c_w\left(\mathrm{\τ}\right)[T_{w-\mathrm{in}}\left(\mathrm{\τ}\right)-T_{w-\mathrm{out}}\left(\mathrm{\τ}\right)]/{\mathrm{\ρ}}_c{c}_c{V}_c},$ 其中，τ为混凝土当前龄期，Δτ为混凝土前后时刻龄期梯度，T为温度，θ₀为混凝土绝热温升，m为水化热放热系数，ρ_w为水的容重，c_w为水的比热容，q_w为通水流量，T_w-in为冷却水的进口温度，T_w-out为冷却水的出口温度，ρ_c为混凝土密度，c_c为混凝土比热容，V_c为混凝土块体积。

优选地，第二模块进一步包括，根据当前的混凝土温度和桶水流量，预测下一龄期的混凝土平均温度的模块，所述预测具体根据下式得出，

$T(\mathrm{\τ}+\mathrm{\Δ\τ})=T\left(\mathrm{\τ}\right)+\mathrm{\Δ\τ}\{{\mathrm{\θ}}_0{e}^{-\mathrm{m\τ}}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_w\left(\mathrm{\τ}\right)c_w\left(\mathrm{\τ}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_c{c}_c{V}_c}{q}_w\left(\mathrm{\τ}\right)[T_{w-\mathrm{in}}\left(\mathrm{\τ}\right)-T_{w-\mathrm{out}}\left(\mathrm{\τ}\right)\left]\right\}.$

43如权利要求42所述的设备，其特征在于进一步包括第四块，用于将根据实时采集的所述大坝混凝土温度计算得到的当前混凝土的平均温度与τ-Δτ时刻预测得到的下一龄期的混凝土平均温度进行比较，如果两者之差超过一定阈值，则予以告警。

本发明提供的方案，具有实时、自动的检测混凝土大坝的温度，同时还可以为不同浇筑仓提供个性化的温度控制策略，还可以根据现场的实际情况智能学习，为每个浇筑仓自行选择最准确的符合实际混凝土热学参数，并对该混凝土热学参数实时调整，进而可以实现对大坝混凝土温度的精确控制。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明；

图1为分期冷却策略示意图

图2空间梯度控温策略示意图

图3拱坝封拱温度分区示意图

图4本发明系统结构示意图；

图5系统现场安装示意图；

图6为大坝仓面内部数字温度计分布示意图；

图7为流量预测和温度预测计算流程图；

图8为一体流温控制装置结构图

图9管道内部温度测量装置正面剖视图。

图10管道内部温度测量装置侧面剖视图。

具体实施方式

实施例一：

系统结构

本发明的智能温度控制系统包括：热交换装置、热交换辅助装置、控制装置和大坝数据采集装置。

图1、图2分别为大坝混凝土分期冷却降温策略，大坝混凝土空间梯度控温策略。图3为大坝混凝土降温至最后封拱温度分布示意图，图3中也标明了大坝分坝段、以及分仓浇筑特征。

为方便说明大坝区域，这里以示例给出，具体见图2、图3。全坝段按9m高度作为一个灌浆封拱区，各浇筑坝段在高度向分为五区实现温度梯度控制，自下而上分别为：①已灌区，②灌浆区，③同冷区，④过渡区，⑤盖重区，如图2所示；各区高度除同冷区外，均等同于一个灌浆封拱区高度；同冷区高度按不小于0.2倍坝厚控制，即坝体中下部高程的同冷区为2个灌浆区高度，即18m。当然，这里为了方便直观，以具体数值的方式给出示例，但本发明不限于上述数据，具体而言，任何需要控制温度的在建大坝的混凝土均可应用本发明公开的方法和装置。

图4、图5为系统的结构示意图和现场安装图，其中图5是以水为交换媒介的图。图4、图5中的标记说明为：1内插数字测温装置；2浇筑时预埋入混凝土块中数字温度传感器；3智能控制箱；4控制服务器；5双向智能控制阀；6双向涡轮流量计；7一体流温控制装置；8供水站；9进出主管；10出水主管；11进水支管；12无线发射网桥；13混凝土浇筑仓；14移动式多点温度采集装置；15温度流量采集连接电缆；16光纤连接线。

热交换装装置

所述热交换装置安装于混凝土大坝表面和/或内部，用于与混凝土大坝交换热量，将热量从所述大坝导出或者导入，实现对所述混凝土大坝的温度控制，所述温度控制包括对混凝土大坝的降温冷却，也包括对混凝土大坝的加热保温。优选地，所述热交换装置包括至少两个主管道9,10。所述至少两个主管道一个用于热交换媒介的输入，另一个用于热交换后媒介的输出。如果在建大坝采用分仓浇筑，也即存在多个浇筑仓时，每个浇筑仓均需设立独立的热交换装置，以便实现个性化的温度控制。

热交换辅助装置

所述热交换辅助装置与热交换装置连接，用于为热交换装置输入热交换媒介，同时也将经过热交换后的媒介从热交换装置中输出，所述热交换辅助装置包括可控的智能阀门，以实现对输入热交换媒介的控制，主要用于控制热交换媒介的输入流量和开度，可选的该阀门可以开启和关闭，可选的该智能阀门可根据现场输入参数进行控制，也可以接收来自控制装置的控制参数进行控制，所述输入参数或控制参数至少包括以下参数之一：热交换媒介的输入流量、流速、阀门的开启度。可选的，该热交换装置和热交换辅助装置配对，且至少包括两个端口，一个端口用于输入热交换媒介，另一个端口用于输出热交换后的热交换媒介，至少每个输入端口或者每个输出端口设置有一个智能阀门；也可以包括多个端口，所述多个端口分为两组，第一组用于输入热交换媒介，第二组用于输出热交换媒介，至少每一组输入端口或者每一组输出端口上都设有智能阀门。可选的，所述端口具备双向操作能力，也即可以输入或者输出热交换媒介，当反向操作时，原热交换输入端口变为热交换后热交换媒介的输出端口，原热交换输出端口变为热交换媒介的输入端口。所述热交换辅助装置还应包括热交换媒介存储装置和处理装置，存储装置用于存储热交换媒介，热交换媒介处理装置用于处理从热交换装置输出的经过热交换后的热交换媒介，使之符合热交换需要，例如，当需要对混凝土大坝降温或升温时，此时需调整热交换媒介的温度或输入流量。采用定期双向轮换输入热交换媒介，可以使得大坝混凝土内部温度降温均匀，减少梯度，从而避免大坝开裂。

当采用分仓浇筑时，针对不同的浇筑仓（不同的大坝区域）需要控制在不同的温度以避免在建大坝混凝土开裂，为此可根据实际情况需要制定不同的温度控制策略，不同的浇筑仓（不同的区域）采用不同温度控制策略，实现了个性化的控制。为此，本发明的进一步改进，在原有的主管道9、10上分别设立多组分立的管道回路11，每一组分立的管道回路对应一个浇筑仓（参见图3、图5，其中图5仅给出了一个浇筑仓的示意图），用于对不同的浇筑仓提供热交换媒介。主管道9、10上设置的分立管道回路数量可根据实际情况设定，例如可选取有1~200组（图5图中仅示意的给出了6组）。每个上述回路的入端管道或者出端管道上设置有一个一体流温控制装置7，用于对回路实时流量、温度采集，并根据采集数据上传，根据控制指令对流量实现大小控制，也可以实现方向控制。此时，热交换辅助装置包括：主热控装置（主要包括图5中热交换媒介供给、存储设备8,主输入和输出管道9,10,分立的管道回路11）；一体流温7（7中包括5,6），内插测温装置1，混凝土内部测温装置2。

优选地，为了方便信息收集和实现对热交换媒体的控制，所述热交换辅助装置中的每个主管道回路和每组分立管道回路上均可安装一个一体流温控制装置，该一体流温控制装置包含了流量计、调节阀、温度计。具体位置关系见图5，尤其7所处的位置。一般来说，无论主管道回路还是每组分立管道回路，只需在回路的入端或者出端的一端上安装该一体流温控制装置，另一端仅安装内插式数字温度计即可，这样可以节约成本。

控制装置

控制装置（图5中的3），用于实现对热交换装置和热交换辅助装置的控制,可选地，所述控制装置还用于收集热交换辅助装置的参数数据，如下至少之一：热交换媒介的流量、流速、热交换装置输入热交换媒介的温度、热交换装置热交换后输出的热交换媒介温度，还用于收集大坝数据采集装置的采集的大坝数据，如探测点温度值等，所述控制装置还可以包括一个数据处理装置，用于将收集到的热交换参数装置的参数数据与大坝数据进行处理，所述控制装置还可以包括一个显示装置，用于对所述处理装置处理的数据进行显示，所述显示方式可以为图表形式。优选地，所述控制装置可以包括输入装置，所述输入装置用于输入混凝土大坝的温度控制策略，用于控制热交换辅助装置和热交换装置按照设定的所述温度控制策略控制所述大坝的温度。所述大坝温度控制策略可以根据所述混凝土大坝本身的降温需求制定，也可以根据混凝土大坝中埋设的温度传感器探测的温度值来设定。

所述控制装置3与热交换装置和/或热交换辅助装置采连接，所述连接方式为标准接口的连接，可以为有线连接，如R45接口连接，光纤连接，也可以为无线方式，如802.11、802.12、802.16、蓝牙、Zigbee方式、红外光、可见光方式，甚至可以利用现有的移动通信技术，如CDMA、UWB、GSM技术，在控制装置、热交换装置、热交换辅助装置之间采用2G/3G的分组数据传输技术，通过移动通信基站相互连接。

大坝数据采集装置

所述大坝数据采集装置至少包括一个传感器，该传感器埋设于所述混凝土大坝内，用于探测大坝混凝土内部的温度，所述传感器装置将探测到的温度数据传输给所述控制装置14。优选的，如图6所示出的温度传感器分布图，所述大坝温度数据采集装置包括一个主控节点分布在控制箱、仓面移动多点温度采集仪14和多个温度传感器2，所述多个传感器按图6分布方式，但不限于此分布于大坝浇筑仓内，在重点仓位上的分布密度大于普通区域，所述重点仓位可以为孔口区域和或大坝陡坡坝段的强约束区，主控节点收集所有温度传感器的数据，并将收集到的数据首先发送给所述移动多点温度采集仪14。进一步需要说明的是，一般混凝土大坝在建时会存在多个浇筑仓，每个浇筑仓需要个性化的温度控制策略，此时，每个浇筑仓均需设置传感器，优选地，采用前述和图5示出的多点温度采集仪14和多个温度传感器2。所述混凝土大坝的温度信息为多个传感器测量的温度值。所述控制装置根据所述多个温度值计算出大坝混凝土的平均温度，当然，也可以由多点温度采集仪14计算出监测区域的平均温度，将该平均温度值发送给控制装置。

所述移动多点温度采集仪与所述主控制装置3之间可以采用有线连接，如R45接口连接，也可以为无线方式，如802.11、802.12、蓝牙、Zigbee方式、红外光、可见光方式，甚至可以利用现有的移动通信技术，在控制装置、所述传感器装置之间采用2G/3G的分组数据传输技术，通过移动通信基站相互连接。优选地，所述大坝数据采集装置为一分布式无线温度传感器网络，其中的一个传感器网络节点将所有传感器的数据以无线的方式发送到所述控制装置。所述传感器为数字温度传感器。

为了方便安装，所述大坝数据采集装置与热交换装置可以集成在一起。

当采用分仓浇筑时，为了实现对不同浇筑仓个性化的温度控制策略，所述控制装置需要分别针对每个浇筑仓进行计算，也即分别接收每组分立管道回路上的一体流温控制装置和内插式温度计发送的每组分立管道回路的流量、入口温度、出口温度信息，分别接收对应每个浇筑仓的多点温度采集仪14传送回的浇筑仓的温度信息或者该多点温度采集仪14计算的该混凝土浇筑仓的平均温度值，控制装置根据输入的或者预先设定的控制策略，计算出每个浇筑仓供给热交换媒介的流量值和/或温度值，并生成相应的流量控制参数，发给对应的分立管道回路上的一体流温控制装置，由所述一体流温控制装置实现对输入热交换流量的控制。温度控制参数可发送给热交换媒介存储装置，尤其对输出到热交换辅助装置的热交换的媒介的温度进行控制。

为了实现远程监控，上述系统还可以包括远端控制装置4，现场控制装置3分别与热交换辅助装置、热交换装置、大坝数据采集装置和远端控制装置连接，连接方式为标准连接，如上述示例给出的有线和无线具体连接方式。温度控制策略可由远端控制装置发送给现场控制装置，通过现场控制装置控制热交换辅助装置，实现对混凝土大坝的温度控制。所述现场装置根据收到的温度控制策略通过无线或光纤有线发送控制参数给热交换辅助装置，控制热交换辅助装置的智能阀门、热交换媒介的输入量，例如控制阀门开启的幅度控制热交换媒介的输入速度。

冷却策略

自动温度控制策略包括但不限于分期冷却策略和双梯度控制策略包括分期冷却策略和空间温度梯度策略；本领域技术人员完全可以根据本发明的启示，根据实际条件选择合适的温度控制策略。

分期冷却策略用于大坝在建过程中降温处理，为了充分利用混凝土强度、徐变发展规律，遵循“早冷却，慢冷却，小温差”控温之原则，冷却过程分为一期冷却、中期控温+冷却、二期冷却等三个时期，并要求在中期控温+冷却期间，先期控制温度平稳，再进行一定幅度的降温，以减少二期冷却降温幅度。如图1多期降温控制策略示意图所示，冷却策略包括一期冷却控制最高温度、中期控温+冷却保证慢冷却、控制降幅，避免在一期冷却结束至二冷开始的较长时间段，若不采取控温措施，混凝土温度会出现较大的回升，客观上加大了二期冷却时的绝对降温幅度，增加了开裂风险；二期冷却使混凝土达到接缝灌浆温度。

在混凝土浇筑初期控温阶段（一期冷却阶段），混凝土最高温度和混凝土升温斜率的双控制的目的在于根据各仓在不同特征时间点的温度和升温速率，与设计值比对后，动态地提出预警，从而提前防止最高温度的过高或过低。混凝土浇筑仓温度双控指标的动态预警方法，包括：

（1）根据统计，得出满足温控要求的不同坝段、不同分区、不同季节的混凝土浇筑块典型龄期（2天，2.5天，3天）的容许温度和容许温度变化率；（2）动态监测、计算当前混凝土浇筑仓典型龄期的温度和温度变化率并与统计容许温度和容许温度变化率进行对比；（3）根据对比情况，参照温度预警既定模式，提出正常按现有的温控措施执行、温度跟踪监测、关注并采取更有效的温控措施、重点关注并采取更有效的温控措施四级预警提示；（4）重复以上步骤，就可得到不同仓位的混凝土温度预警提示。

空间温度梯度策略就是要求冷却过程中，无论混凝土温度，还是降温幅度，他们沿高程分布应有合适的梯度，而且相邻块之间的温度差值不宜过大。控制降温幅度和温度梯度，可有效减少不均匀降温引起的附加温度应力，进而防止混凝土开裂。因此，施工过程中，严格分期冷却，逐步冷却，缓慢冷却，通过分期冷却及控温时间协调实现温度梯度控制，使各灌区温度、温降幅度形成合适的梯度，尽可能减小混凝土温度应力。

具体可将冷却策略制成图表，输入到远端控制装置或现场控制装置，以控制大坝按照既定冷却策略予以冷却。从而实现了自动检测、自动控制大坝混凝土的温度变化，使得大坝建设过程温控过程与大坝混凝土强度的协调变化、预防开裂。

控制方法

在以上控制系统的基础上，本发明还公开了一种在建混凝土大坝的自动温度控制方法，所述自动控制混凝土大坝的步骤为：

步骤一：在在建混凝土大坝的内部或表面安装热交换装置，用于根据输入的热交换媒介为混凝土大坝升温或者降温。

所述该热交换装置至少包括至少两个端口，一个端口用于输入热交换媒介，另一个端口用于输出热交换后的热交换媒介，至少每个输入端口或者每个输出端口设置有一个智能阀门；也可以包括多个端口，所述多个端口分为两组，第一组用于输入热交换交换媒介，第二组用于输出热交换媒介，至少每一组输入端口或者每一组输出端口上都设有智能阀门。可选的，所述端口具备双向操作能力，即可以输入或者输出热交换媒介，当反向操作时，原热交换输入端口变为热交换后热交换媒介的输出端口，原热交换输出端口变为热交换媒介的输入端口。

步骤二：通过对大坝的热交换装置输入端口的热交换媒介的温度、流量和输出端口的热交换媒介的温度进行实时采集，根据实时采集的数据计算出控制参数，所述控制参数用于控制热交换媒介的输入流量和温度。当热交换媒介输入温度一定时，可只计算热交换媒介的输入流量。

优选地，可通过进出热交换媒介实时温差，以及测控混凝土温度的平均降幅，根据能量守恒和传热学的傅里叶定律计算实时输入热交换媒介的温度和流量。当热交换媒介输入温度一定时，可只计算热交换媒介的输入流量。

可选地，可根据经验值或者理论计算值确定期望的混凝土大坝温度，也可以将混凝土大坝的温度控制曲线作为期望值，制定混凝土大坝的温度控制策略。

这里需要说明的是，实时的采集、实时的控制在技术实现上是以周期性的采集和周期性的控制来实现的，周期的长短可以根据设备的物理性能、温度控制的最小周期长度来确定，在本发明中，优选的实时采集、控制和输入热交换媒介的周期为半小时、1小时，2小时，4小时。

具体可以使用传感器收集输入输出端口的温度数据、输入端口的流量数据，将收集到的数据发送给现场控制装置，现场控制装置根据收集的数据和温度控制策略计算实时采集周期内混凝土的平均降温，然后根据能量守恒和传热学的傅里叶定律计算实时输入热交换媒介的温度和流量，当热交换媒介输入温度一定时，可只计算热交换媒介的输入流量，得到控制参数。可见，控制参数至少应包括输入热交换媒介的流量信息，除此之外控制参数还可以包括热交换媒介的输入量或流量、输入速度、阀门开启、阀门闭合和阀门的开启度等，其中的阀门开启度信息与流量信息相对应。

步骤三、并根据计算得到的控制参数对热交换媒介的输入进行控制。

所述现场控制装置将控制参数发送给热交换辅助装置和热交换装置，热交换辅助装置和热交换装置根据控制参数控制输入媒介的温度和流量。优选地，所述热交换辅助装置根据控制参数中热交换媒介的输入温度信息，对热交换辅助装置存储的热交换媒介进行处理，对其升温或者降温，并将达到温度要求的热交换媒介输入到热交换装置的输入端口或输入端口组，同时根据控制参数中的流量信息控制智能阀门的开关、闭合以及具体流量。所述热交换装置中的一体流温控制装置7根据收到的控制参数对热交换媒介的流量进行控制，以便控制大坝的最高温度和温度变化梯度。

为了监测自动温控的效果，在发生异常时予以报警，避免系统错误导致温控失败，还可以增加相应的验证步骤，为此在步骤一之前还应包括步骤：在新浇筑混凝土中安装混凝土大坝数据采集装置，优选为将至少一个数字温度传感器埋设于混凝土大坝中。所述传感器的埋设方式见图6.

步骤二中还应包含步骤：现场控制装置收集所述数字温度传感器的信息，即收集混凝土大坝的温度信息，对收集到的混凝土温度、进出热交换媒介温度、热交换流量数据进行分析，根据期望的大坝混凝土温度、实际检测到的混凝土大坝温度、自动控制温度系统计算得出的混凝土大坝温度三者中的任意两者的吻合程度判断是否异常，例如，当期望大坝混凝土温度与实际检测到的混凝土大坝温度之前差值超过一阈值时，或当实际检测到的混凝土大坝温度和自动控制温度系统计算得出的混凝土大坝温度差值超过一阈值时，判断为异常，进行系统报警。为了方便监控，所述报警还可以通过移动基站以手机短信的方式发送给管理人员，以便管理人员尽快掌握现场情况。

为了实现远程监控，现场控制装置还可以将收集到的混凝土温度、进和出热交换媒介温度、热交换流量数据通过标准的接口传输给远端控制装置，所处标准接口是指前述的有线和无线方式。当然，大坝的温度信息、热交换装置和热交换辅助装置收集的参数信息和/或自身的状态信息，可以由大坝的温度传感器直接通过有线或无线的方式发送给远端控制装置，无需经过现场控制装置的转发。

这里需要声明的是，为了方便地说明本发明的方法，以让本领域技术人员更方便的理解，采用了上述的系统予以了说明，但本发明的方法并非仅能依附于上述系统，本领域技术人员根据本发明的方法可以做出适应性地调整，例如按照上述系统的供给、输入、热交换、输出和控制功能重新调整。

所述热交换媒介可以为气体、也可以为液体，当为液体时，可以选择流动性好、导热好的油，也可以为成本低廉易于实现的水，具体可跟进成本需求和实际需求选择。

实施例二

在以上实施例一的基础上，为充分地说明本发明，采用水作为实施例一中的热交换媒介。实施例二并不是说明与实施例一相互独立的两个方案，而是在实施例一的方案的基础上适应性修改得到的。以水为热交换媒介的混凝土大坝智能温度控制系统，如附图5所示。

混凝土大坝温度自动控制系统至少包括热交换辅助装置、现场控制装置、远程端；所述热交换辅助装置具体为通水端，具体包括：冷水站8、至少一个进水管9一个出水管10组成回路，实际根据通水水温需要，增设多个主水管回路。现场控制装置包括：温度采集装置（1,2，7,14）7；，无线网桥装置和可选光纤连接线。远程端包括远程服务器和控制软件平台系统。

其中，通水端还包括智能控制阀，智能控制阀具备能执行功能，可由外部连接设备，如计算机等，实现对其的控制，以调整流量的大小，保证流量按照系统要求，可以不需操作人员参与。

温度采集设备

通水端的温度采集设备为温度采多点温度采集仪14，用于测量进出水温度，温度测量设备插入水管中，充分接触进出水，保证测温准确，具体可以为温度传感器，放置于进水管和出水管内，温度传感器优选为内插式数字温度传感器。为了保证测量水温的准确性，温度传感器可以为多个，如附图5所示。测量出来的温度送给控制装置，作为控制依据，优选可以采用电缆方式将温度采集设备采集到的温度数据传输给控制装置，也可以采用无线方式，例如采用上述提及的分布式无线温度传感器，将温度数据传输给控制装置。

流量采集设备

用于采集进水流量，测量出来的流量传送给智能控制系统，作为比较依据。同时设备上有液晶面板显示出现在的流量，方便实验人员观测和记录，优选地采用一体流温控制阀，其包括温度传感器和智能阀门，也即所述流量采集设备集成在供水端上，替代上述智能阀门。

上述温度采集装置和流量采集装置可以集成在一起，同时测量温度和流量，本发明优选地采用一体流温控制装置，可以同时实现水的温度、流量的采集，同时还可以实现对水的流量控制。

冷水站8

用于提供混凝土冷却或加热循环水，所述冷水站至少包括一存水设备，用于存储水。该冷水站具体至少为一水箱，该水箱可根据实际需要进行设计，该冷水站具体也可以为一专门建造的水站、水池。优选地，所述冷水站还包括一水处理设备，具备对水的处理，例如升温处理、降温处理，可将输出的水控制到一定温度。所述冷水站还包括一控制器，其与水处理设备连接，用于通过控制器输入对水温的控制命令。可选地，所述冷水站还包括一通信接口，所述控制器与通信接口连接，可从外部设备，如现场控制装置，接收对水温的控制命令，同时可将当前冷水站的状态信息通过该通信接口发送到外部设备，如现场控制装置。所述状态信息为水温、剩余水的体积、水消耗速度等。所述通信接口可以为有线接口，也可以为无线接口，具体可如上所述无线连接和有线连接方式所述。可选地，所述冷水站还包括一过滤装置，过滤管道内的杂物，保证通水顺畅。

管道回路9、10、11

当采用分仓浇筑时，针对不同的浇筑仓（不同的大坝区域）需要控制在不同的温度以避免在建大坝混凝土开裂，为此可根据实际情况需要制定不同的温度控制策略，不同的浇筑仓（不同的区域）采用不同温度控制策略，实现了个性化的控制。为此，本发明的进一步改进，在原有的主管道9、10上分别设立多组分立的管道回路11，每一组分立的管道回路对应一个浇筑仓（参见图4、图5，其中图4、图5仅给出了一个浇筑仓内具体的供水回路和该浇筑仓内的构成的示意图），用于对不同的浇筑仓提供冷却水。主管道9、10上设置的分立管道回路数量可根据实际情况设定，例如可选取有1～200组（图5图中仅示意的给出了6组），这样可以为1~200个不同的浇筑仓进行温度控制。每个上述回路的入端管道或者出端管道上设置有一个一体流温控制装置7，用于对回路实时流量、温度采集，并根据采集数据上传，根据控制指令对水的流量实现大小控制，也可以实现水流方向控制。

现场控制装置

现场控制装置3包含至少包含控制器，现场控制装置与通水端和冷水站连接，用于收集通水端传送过来的温度、流量、水速等各项状态数据，对流各种信号汇总分析处理，实施准确的温度目标控制，即按照设计要求的温度-时间曲线，由智能控制器控制通水端的智能阀门，可以控制智能阀门的开启度，实现对输入水的流量的精确控制，现场控制装置可以与外部通信移动或服务器设备相连，能够将测量到的温度数据和/或状态数据发送到外部通信移动或服务器设备，该控制装置还可输出各项温度数据和/或状态数据，例如曲线和图表。状态数据包括智能阀门目前的状态，如开启度等。控制装置与通水端可以采用有线方式如光缆、电缆连接，连接接口可以为R45标准接口，也可以采用无线方式。

现场控制装置3进一步包括接收模块、处理分析模块、发送模块，接收流量采集设备发送的温度、流量、状态等参数，所述处理分析模块，用于根据接收到的数据依据预期的目标温度进行计算和决策，所述发送模块用于向通水端和/或冷水站发送控制参数，以控制通水端和/或冷水站的工作。根据实际的工程需要，附图5给出的示例中将现场控制装置3具体为智能控制箱3，所述控制箱3可选的带有显示装置，用于在现场观测流量采集设备采集的水的温度、流量、流速以及阀门的状态信息等。

当混凝土大坝采用分仓浇筑，存在多个浇筑仓时，所述智能控制箱3还需对对应不同浇筑仓的每组分立管道回路的控制策参数进行计算，根据个性化的控制策略对其进行分别控制，具体内容与实施例一内容相同，这里不再赘述。

所述控制箱还可以包括一个输入装置，如键盘、鼠标，用于在现场输入各项控制命令。所述控制箱还可以包含USB接口、R45接口、802.11/12/13/14接口，用于向控制箱输入数据或者从控制箱到处日志、状态数据、温度、流量数据等，R45接口、802.11/12/13/14接口用于与其他设备联网通信。

智能控制箱3的显示界面上可以显示每个浇筑仓的状态，在选定某个浇筑仓后，可以具体显示该浇筑仓对应的一体流温控制装置、温度测量装置的状态、大坝混凝土的平均温度和该浇筑仓的通水状态，在该界面，可以对一体流温控制装置进行调节和控制。

可选的，所述混凝土大坝温度自动控制系统还可以包含远端控制装置，用户可以在远端控制装置上通过现场控制装置对大坝的温度进行控制和监测。具体包括一接收模块，用于接收现场控制设备发送来的数据，所述数据可以包含流量采集设备发送的温度、流量、状态，所述远端控制装置分析所接收到的数据；还包括一处理模块，对接收到的数据进行处理；还包括一显示模块，用于显示处理模块输出的结果。所述远端控制装置还包括一发送模块可以将温度控制策略或控制命令发送给现场控制设备，由现场控制设备根据收到的温度控制策略控制输入水的流量和/或温度，从而达到远端控制混凝土大坝温度的目的。所述远端控制装置进一步包括预警分析决策模块，用于进行预警分析，并向监控人员输出报警。当然所述现场控制装置也能够把系统所有状态和报警信息传输到远端控制装置上，远端控制装置直接予以接收和显示。这样也就在远端控制装置上实现了数据导入导出和实时监控。

大坝数据采集装置

所述混凝土大坝温度自动控制系统进一步包括大坝数据采集装置,该装置至少包括一个传感器，该传感器埋设于所述混凝土大坝内，用于探测混凝土大坝的温度，所述传感器装置将探测到的大坝温度数据传输给所述远端控制装置和/或现场控制装置。当存在多个浇筑仓时，每个浇筑仓的温度采集装置的构成、分布以及工作流程可采用实施例一中仓面移动多点温度采集仪14和多个温度传感器2具体实施，如图5和上述内容所述，这里不再赘述。所述传感器装置或所述传感器主节点与所述控制装置之间可以采用有线连接，如R45接口连接，也可以为无线方式，如802.11、802.12、蓝牙、Zigbee方式、红外光、可见光方式，甚至可以利用现有的移动通信技术，在所述远端控制装置、现场控制装置、所述传感器装置之间采用2G/3G的分组数据传输技术，如上网卡，通过移动通信基站相互连接。可选地，所述大坝数据采集装置为一分布式无线温度传感器网络，其中的一个传感器网络节点将所有传感器的数据以无线的方式发送到所述远端控制装置和/或现场控制装置。所述传感器为数字温度传感器。

所述现场控制装置、远端控制装置和与之连接的所有设备之间可采用现有任何标准接口，以实现便捷的通信。优选地，现场控制装置、远端控制装置可以为一计算机、笔记本电脑等，现场控制装置和远端控制装置的上述功能由计算机程序实现，所述计算机程序可由本领域技术人员根据上述功能利用现有的编程工具予以实现。

控制装置中的计算机流程

在现场控制装置或远端控制装置中的在建混凝土大坝温度控制方法，优选采用计算机程序来实现，通过计算机程序收集一体流温控制装置和温度计的参数和大坝混凝土的温度信息，并经计算机程序计算出需要将大坝混凝土控制到的温度，并据此计算出一体流温装置阀门的开启度和或冷水站的出水温度。图7给出了为流量预测计算流程图，下面结合图7具体以流量预测实时控制大坝混凝土温度的步骤为：

步骤一、启动智能学习进程，根据现场输入的冷却水的流量、输出温度和实时测得的混凝土大坝温度计算在建大坝混凝土的物理热学参数，如混凝土比热容等。

在实际的工程实践中发现，实验室测得的混凝土热学参数与现场的混凝土热学参数不同，即使同一个大坝，不同浇筑仓的同一热学参数之间也存在细微差别，如果不考虑这些细微的差别，将会在自动温度控制中带来误差，且不能实现精确控制大坝混凝土的温度。

本发明的混凝土大坝控制方法和系统可以具有采用智能学习进程，如图1所示，对于某个浇筑仓，从0时刻起，混凝土温度开始上升，直到混凝土大坝温度升高到最高温度限制T0之前，也即在一期冷却的控温阶段，可以每个周期为该混凝土浇筑仓通水，每个周期内通水的温度、流量是已知的。然后根据每个周期内的测量的输入水的温度和输出水的温度和浇筑仓的混凝土每个周期内温度的降低值，能够计算出后的大坝混凝土的物理热学参数。

例如，可以预设一混凝土热学参数，在一个周期后计算在通一定量的冷却水后，根据输入水温、输出水温和该预设的混凝土热学参数，可以计算出该混凝土应该的温度变化量，如果该计算的混凝土温度变化量与实际测量得到的混凝土温度变化量相同，则说明该预设的混凝土热学参数与该浇筑仓的实际的混凝土热学参数相同，则下一周期仍可以以该预设值作为混凝土的热学参数；如果该计算的混凝土温度变化量与实际测量得到的混凝土温度变化量不同，则根据两者差值和混凝土密度、体积计算得出该预设值与实际值的误差，即可对该预设值进行修正，从而在下一周期中，运用该修正后的热学参数替代该预设参数，重新根据输入冷却水的流量、输入冷却水的温度、输出冷却水的温度和该修正后的热学参数计算下一周期结束后的大坝混凝土的温度变化量，如果与实际测量结果相符，则说明本次使用的混凝土热学参数为实际混凝土热学参数，如果仍存在误差，则再下一周期中循环修正，这样可以实时保证程序中采用的热学参数为该浇筑仓实际的热学参数。

当然，上述方式不是唯一的智能学习方式，还可以无需设置预设值，在如图1所述的控温期间，通过在一定时间内为某个浇筑仓通一定量的冷却水，而另一浇筑仓在该时间内不通冷却水，当然，两个浇筑仓的混凝土温度不能超过最高温度限制T0，通过测量得出两个浇筑仓的温度变化量，两个温度变化量显然存在差异，根据该温度差异、以及通水量的大小、通水的入水水温和出水水温，即可计算得出混凝土大坝的热学参数，然后两个浇筑仓分别采用该浇筑参数采用上述校正误差的方式得出各自精确的实际的大坝混凝土热学参数。

当大坝混凝土只有一个浇筑仓，此时，在控温阶段，可以对比不同的两个或者几个相等时间段内，测量一个或一部分不通水的大坝混凝土温度变化量、测量另一个或另一部分通水的混凝土的温度变化量，根据两个温度变化量、通水水温、通水量、出水水温计算得出混凝土的热学参数；当然，也可以根据现场的实际情况，当温度上升过快时，多组相等时间段内通水量递增，根据每个时间段内混凝土的温度变化量、每个时间段内的通水水量、通水入水和出水水温，建立多组方程组，通过求解该方程组来计算出实际的混凝土热学参数。

以上示例仅是说明通过智能学习来获取精确的混凝土热力学参数的方法是多种多样的，本领域技术人员可以根据测量的混凝土大坝温度变化量、通水水温、通水量、出水水温采取任何可行的符合根据能量守恒的智能学习方法。

在图1所示的冷却阶段，也可以采用与控温阶段相同的手段来实时校正混凝的热学参数，这样，即使混凝土的热学参数随着外界条件变化发生微小改变，不同浇筑仓的热学参数有细微差别，也可以使用计算机程序通过上述方法实时准确校正每个浇筑仓的热学参数，使得在控制过程中采用最贴近实际的混凝土热学参数，从而可以达到实时、个性化和精确的温度控制。

为了使得上述计算实际混凝土热学参数更加准确，可以采用下述式（1）和式（2）来进行。优选地，上述计算具体由计算机程序来实现。图7所示出的流程为上述智能学习方法中的一种，首先，预设温度控制策略，该策略可以预先存储在现场控制装置3中。如果处于不同的通水阶段，则应采用该阶段对应的温度控制策略，如图1所示出的不同的阶段：控温阶段、中期冷却、二期冷却，其中每个阶段又可划分为多个其他阶段，如图1所示。当然，本领域技术人员也可以采取其他的温度控制策略。根据输入的控制策略可确定通水量，也即根据以往通水经验知识库，类比预设一个相应的通水流量Q。在一个周期内测量控制装置的计算机程序读取输入和输出的冷却水的温度信息、一个周期通水前后混凝土的温度信息，由于每个混凝土浇筑仓是多点温度采集，因此可以计算出每个混凝土仓通水前后的平均温度，从而计算出混凝土的热学参数。

步骤二、将求出的当前混凝土的平均温度，与下一龄期的设计目标温度作对比，根据式（1）可实时求出仓内混凝土需要降温的平均温度的降幅。所需的混凝土温度降幅是指，实际测量的混凝土温度与该浇筑仓混凝土温度的期望值之间的差值，当高于温度期望值时，需给大坝混凝土降温，当低于温度期望值时，需给混凝土大坝升温。在该步骤中，正常情况应该是需要降温的平均温度的降幅的绝对值变小，如果发现需要降温的平均温度的降幅的绝对值变大，说明控制系统出现了问题，首先可以根据步骤一中所给出的智能学习过程校正混凝土热学参数，如果测量得到的结果与预期结果偏差逐渐偏大，且超过一定阈值，可以出故障报警。当然，如果求出的平均温度高于预设的混凝土警戒温度值，也要给出告警，以便调整温度控制策略。上述告警或者故障报警，可以通过手机短信的方式发送给监控者的手机，以便让监控人员能立刻可知故障发生。

步骤三、根据混凝土等效热传导方程，和步骤一中求出的多个浇筑仓中当前控制仓的个性化热学参数，以及步骤二中求出的所需的混凝土温度降幅，预测确定下一步实时通水的理论流量，如公式（1）。实时通水流量公式为：

$q_w\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{[T(\mathrm{\τ}+\mathrm{\Δ\τ})-T\left(\mathrm{\τ}\right)]/\mathrm{\Δ\τ}-{\mathrm{\θ}}^{\′}\left(\mathrm{\τ}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_w\left(\mathrm{\τ}\right)c_w\left(\mathrm{\τ}\right)[T_{w-\mathrm{in}}\left(\mathrm{\τ}\right)-T_{w-\mathrm{out}}\left(\mathrm{\τ}\right)]/{\mathrm{\ρ}}_c{c}_c{V}_c}---\left(1\right)$

带入水化热函数表达式，得

$q_w\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{[T(\mathrm{\τ}+\mathrm{\Δ\τ})-T\left(\mathrm{\τ}\right)]/\mathrm{\Δ\τ}-{\mathrm{\θ}}_0{\mathrm{me}}^{-\mathrm{m\τ}}}{{\mathrm{\ρ}}_w\left(\mathrm{\τ}\right)c_w\left(\mathrm{\τ}\right)[T_{w-\mathrm{in}}\left(\mathrm{\τ}\right)-T_{w-\mathrm{out}}\left(\mathrm{\τ}\right)]/{\mathrm{\ρ}}_c{c}_c{V}_c}---\left(2\right)$

不考虑混凝土密度和水的比热容随时间的变化，公式(1)(2)中各符号的具体含义见下表。当然，如果实际的混凝土密度和水的比热容发生改变，程序还存在修改界面，用于对上述两个参数进行修改。

表达式(1)(2)中符号的意义

步骤四、根据步骤三确定的流量值对通水端的供水量和/或温度进行控制。具体可在下一周期内通过步骤四所计算的通水流量和所需的混凝土温度降幅来实现调控。具体可以在计算出所需要的通水量和/或温度后，由现场控制装置或远端控制装置生成带有通水量的指令发送给一体流温控制装置，和/或发送带有水温的指令发送给冷却站。

上述步骤二、三重复循环，就可对大坝混凝土进行实时的温度控制，同时如果在步骤三中，如果发现当前仓的实际温度与之前预测温度的该周期结束后的温度误差过大，则在步骤四结束后重新从步骤一开始循环，以对混凝土热学系数进行校正。

现场控制装置和/或远端控制装置基于实时时间和空间温控梯度曲线，对大体积混凝土温度进行智能个性化控制，从而降低混凝土拉应力，达到浇筑无缝大坝的目的。

这里需要强调说明的是，本发明中的“实时控制”是指每间隔一微小周期调整一次，这里的微小周期指的是混凝土前后时刻的龄期梯度Δτ。其中，一体流温控制装置、内插式温度计采集水的流量和温度的周期可以不同于调整周期。每个浇筑仓温度采集的周期最好与水的流量和温度采集的周期相同。

上述步骤一至步骤四一般在现场控制装置3和/或远端控制装置4中采用计算机程序来实现。

对于多个浇筑仓的个性化温度控制策略，还需进一步说明的是，为了实现对混凝土大坝不同浇筑仓的控制，可以采用了多组分立的管道回路为大坝混凝土通水。如图5所示意，采用了六组分立管道回路为大坝不同区域通水，每组分立管道回路分为进水口和出水口，进水口和出水口之一仅设立温度测量装置，另一口采用一体流温控制装置，由于在进水口或出水口采用了一体流温控制装置，可以实现对水流量的控制，对于不同的大坝浇筑仓，可以通不同流量的水量，这样可以根据该浇筑仓测量的温度通相应的水量，从而可以使得大坝的不同坝段、不同仓位、不同时间温度个性化的控制，进而考虑大坝的整体浇筑进度，大坝施工和质量控制协调发展，也使得智能控制成为可能。具体可以为，不同坝段、不同仓位的混凝土内部温度传感器将测量得到的混凝土温度传送给现场控制端或远端控制端，现场控制端或远端控制端自动生成混凝土大坝仓内实时温度场分布图，然后根据该仓温度分布特征计算出对应时刻的通水量，并将该通水量参数发送给对应仓位水管回路上的一体流温控制装置，一体流温控制装置根据各自的流量参数控制通水量，从而实现智能控制。同时现场控制装置或远端控制装置也可以根据不同通水仓的通水量、分立管道进水温度和出水温度预测出该区域混凝土温度变化特征。这里需要强调的是，图5的示意图虽然给出了6组分立的管道，但本领域技术人员根据大坝的大小和大坝不同温控的需要可设立任意组分立的管道，例如，当大坝浇筑仓体积较小时，一个浇筑仓可以设立仅1组的分立管道，当大坝大坝浇筑仓较大时，可以设立2~4组的分立管道,在一层坝后桥上如涵盖20个坝段，则分立的管道回路可达到20~60组。当然，如果不考虑成本，图5所示的温度测量装置（温度计）1，可有一体流温控制装置7所替代，即在每组分立通水管道的进水端和出水端均采用一体流温控制装置7。

一体流温控制装置

图8为本发明优选的一体流温控制装置，图中的图标含义为：2内插式数字测温装置；3双向涡轮流量计；5双向智能控制阀；17一体控制电路板；18集成出线；19第一活接；20第二活接；21封装外壳；22三通，23温度传感器探头，24导线，25止水绝热环，26中空螺钉。

这里需要强调的是，途中所给出元件的尺寸大小只是优选的一种，本领域技术人员可以根据实际管道直径的大小进行重新设计或改良，以匹配实际的管道。

把一体化流温控制装置与主水管和浇筑仓支管分别通过第一活接和第二活接直接连接，现场装配，只需拧开两端的活接头即可。把电源线和数据线缆接入主控制器。给一体化流温控制装置送上电源，等一体化流温控制装置上状态灯常绿时，表示一体化流温控制装置启动完毕，可以启动现场控制端和远端控制装置的软件、进行远程通讯控制。一体化流温控制装置包括防水、防重物和防电磁干扰外壳21。在外壳内具有双向智能控制阀51，其根据控制指令对通水量实现控制；内插式数字测温装置2，实时输出管内通水温度；双向涡轮流量计3，通过输出脉冲或电流信号，实时传输瞬时或累计流量；一体控制电路板17，对双向智能控制阀5进行控制与反馈。外壳上具有集成出线21，集成出线18包括温度采集、流量采集反馈控制以及电源供给，其外接智能主控制器；外壳上具有第一活接和第二活接，分别连接主通水管和浇筑仓支管。内插式数字测温装置包括三通；三通22下端左右两端口配有螺纹，分别与双向电动球阀和双向涡轮流量计相连接；三通22上端口配有螺纹，把止水绝热环25从上端口放入压紧，把温度传感器从上端口和止水绝热环中插入，使温度传感器探头23位于三通下端部分的中轴上；中空螺钉26通过螺纹与三通22上端口连接，对止水绝热环25、温度传感器探头23和导线24进行固定，导线24下端与温度传感器探头23上端电连接。导线24连接一体控制电路板。

采用本发明优选的一体流温控制装置具有如下有益效果：（1）解决了人工测试记录需要耗费大量人工、手段落后，精度差，效率低，数据可靠度不高，采集时间间隔长，信息反馈慢等缺点，省时省力，测量数据精度、效率高且反馈迅速，能及时调整混凝土温控措施；（2）与外接管道连接，灵活方便快速，安装方便；（3）保证流量稳定，解决了因管道压力等因素的变化引起流量变化的问题；（4）可适合测量管道内空气，蒸汽，水等介质的温度和体积流量。

本发明的系统和方法可实时、自动的检测混凝土大坝的温度，为不同浇筑仓提供个性化的温度控制策略，根据现场的实际情况智能学习，为每个浇筑仓自行选择最准确的符合实际混凝土热学参数，进而可以实现通水量和/或温度的精确控制，对大坝混凝土温度的精确高，可大大降低建设大坝的用水成本，并且大坝防裂效果好,并且该系统操作简单、方便，能自动为管理人员提供告警。

虽然本发明已经特定地参考其典型实施例被显示和描述，但是本发明不被限制于这些实施例。本领域普通技术人员应当理解这里可以存在不脱离由权利要求所定义的本发明精神和范围的各种形式和内容上的变化。

Claims (43)

1.一种在建混凝土大坝的实时个性化智能温度控制系统，所述系统包括热交换装置、热交换辅助装置、现场控制装置和热交换数据采集装置，其特征在于：

所述热交换装置安装于大坝新浇混凝土表面或内部，用于与大体积混凝土交换热量，将热量从所述大体积混凝土导出或导入，以控制所述混凝土大坝的温度；

所述热交换辅助装置用于为热交换装置输入热交换媒介和将经过热交换后的媒介从热交换装置中输出，

所述热交换辅助装置包括：

交换辅助装置采集模块，包括一体化流量和温度采集装置和数字测温装置，用于采集热交换装置输入端口的热交换媒介的温度和流量信息，采集热交换输出端口的热交换媒介的温度信息；

发送模块，用于将所述一体化流量和温度采集装置和数字测温装置采集到的所述信息发送给所述现场控制装置；

接收模块，用于从现场控制装置接收控制命令；

调节模块，用于根据接收到的控制命令对输入的热交换媒介的流量和/或温度进行调节；

所述大坝数据采集装置将探测到的大坝内部和/或表面实时温度信息发送给现场控制装置；

所述现场控制装置用于对热交换辅助装置进行控制，包括：

接收模块，用于接收所述热交换辅助装置的发送模块发送的所述信息，接收所述大坝数据采集装置发送的所述大坝内部和/或表面实时温度信息；

计算模块，用于根据所述接收模块接收到的信息至少计算需要输入到热交换装置的热交换媒介的流量和/或温度；

发送模块，用于将带有计算出的热交换媒介的流量和/或温度参数的控制命令发送给所述交换辅助装置采集模块。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述热交换辅助装置包括两个端口，一个端口用于为热交换装置输入热交换媒介，另一个端口用于为热交换装置输出热交换后的热交换媒介；所述热交换辅助装置的采集模块和调节模块设置在所述热交换辅助装置的一个端口上，所述数字测温装置设置在所述热交换辅助装置的另一端口上。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述热交换辅助装置包含两组端口，第一组端口用于输入热交换交换媒介，第二组端口用于输出热交换媒介；所述第一组端口中的每一个均设有交换辅助装置采集模块和调节模块；所述第二组端口上仅设置有数字测温装置。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述大坝温度数据采集装置为移动式实时多点温度采集装置，用于采集混凝土表面和/或内部温度数据。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述调节模块是智能阀门。

6.如权利要求1-5任一所述的系统，其特征在于：所述交换辅助装置的采集模块、调节模块、发送模块和接收模块集成在一起，形成一体流温控制装置；所述热交换辅助装置包括多组分立的进出管道回路，每组分立的进出管道回路为不同的混凝土浇筑仓和不同高程区域通水，所述多组分立的进出管道中的进管道或者出管道上设置有所述一体流温控制装置，另一管道上仅设有管道内数字温度测量装置。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述一体流温控制装置包括：外壳；在外壳内具有双向电动球阀，其根据控制指令对所述热交换媒介的流量实现大小和方向控制；所述数字测温装置为管道内数字测温装置，实时测量管内流体温度；双向涡轮流量计，通过输出电磁、脉冲或电流信号，实时传输瞬时或累计流量；一体控制电路板，对双向电动球阀开启度、流量计进行控制。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述一体流温控制装置的所述外壳具有防水、防重物压和防电磁干扰的功能。

9.如上述权利7、8要求任一所述的系统，其特征在于，所述一体流温控制装置与所述现场控制装置通过集成出线交换数据，并通过所述集成出线为所述一体化流量和温度控制装置供电。

10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述一体流温控制装置与所述现场控制装置通过无线方式交换数据，所述无线方式是指下述方式之一：802.11，802.16，蓝牙，Zigbee，UWB，CDMA，GSM。

11.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述热交换辅助装置进一步包括热交换媒介存储装置，用于存储热交换媒介。

12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述热交换辅助装置进一步包括媒介处理装置，用于在所述现场装置的控制下处理从热交换装置输出的经过热交换后的热交换媒介，使之符合热交换需要。

13.如权利要求1－6任一所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括远端控制装置，用于通过所述远端控制装置向现场控制装置输入控制命令，用于实现远程监控。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述远程控制装置包括策略输入模块，用于远程输入在建大坝的不同坝段仓面的个性化温度控制策略。

15.如权利要求1-5任一所述的系统，其特征在于，所述现场控制装置包括策略输入模块，用于输入在建大坝的不同坝段仓面的个性化温度控制策略。

16.如权利要求14或15所述的系统，其特征在于，所述在建大坝的温度控制策略包括时间分期冷却策略和空间梯度控制策略。

17.如权利16要求所述的系统，所述时间分期冷却策略和空间梯度控制策略包括在混凝土浇筑初期控温阶段，控制混凝土的最高温度。

18.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述现场控制装置进一步包括报警模块，用于对在建混凝土大坝温度超标时，发出告警。

19.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述远端控制装置进一步包括报警模块，用于对在建混凝土大坝温度超标时，发出告警。

20.如权利要求18或19所述的系统，其特征在于，所述告警能够由现场控制装置或远端控制装置以短消息的方式发送到手机。

21.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述远端控制装置为一服务器或一移动终端。

22.一种在控制装置中对在建混凝土大坝实时温度控制方法，其特征在于，所述控制装置与热交换装置和热交换辅助装置进行通信：所述热交换装置被安装于混凝土大坝内部或表面，用于与混凝土大坝交换热量并将采集到的混凝土大坝温度信息传输给所述控制装置，所述热交换辅助装置向热交换装置输入热交换媒介并将经过热交换后的媒介从热交换装置中输出；所述控制装置用于对热交换辅助装置进行控制；具体步骤如下：

步骤一，实时获取输入和输出热交换媒介的温度信息，输入或输出端的流量信息；

步骤二，根据所述获取的信息计算出控制参数，所述控制参数用于控制热交换媒介的输入流量和/或温度，将所述控制参数发送给热交换辅助装置；

步骤三，热交换辅助装置根据收到的控制参数对热交换媒介的输入状态进行控制。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述步骤二中根据所述获取的信息计算出控制参数具体为：根据输入和输出热交换媒介实时温差，以及测量得到的混凝土温度的平均降幅，根据能量守恒和传热学的傅里叶定律，计算实时输入热交换媒介的温度和/或流量。

24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述步骤一之前还包括混凝土热学参数的智能学习过程，通过输入和输出热交换媒介实时温差，以及测量得到的混凝土温度的平均降幅，计算并校正混凝土的热学参数；步骤二进一步包括，根据输入和输出热交换媒介实时温差，以及测量得到的混凝土温度的平均降幅，计算并校正混凝土的热学参数。

25.如权利要求22-24任一所述的方法，其特征在于，所述热交换辅助装置包括多组分立的进出管道回路，每组分立的进出管道回路为不同的坝段浇筑仓供水，所述多组分立的进出管道中的进管道或者出管道上设置有所述一体流温控制装置，另一管道上仅设有管道内温度测量装置；步骤一进一步包括，现场控制装置实时获取每组分立的进管道的输入热交换媒介的温度信息、每组分立的出管道热交换媒介的温度信息和每组分离进出管道的流量信息；所述步骤二进一步包括现场控制装置根据收到的信息计算出每组分立进出管道的控制参数。

26.如权利要求21-24任一所述的方法，其特征在于，所述方法的步骤二进一步包括：现场控制装置能够接收外部设备发送的控制策略，根据温度控制策略生成控制参数；所述温度控制策略至少包括下列策略之一：分期冷却策略和空间温度梯度策略。

27.如权利要求25所述的方法，其特征在于，步骤一中所述现场控制装置可以实时获取大坝混凝土内部和/或表面的温度、混凝土浇筑时间；步骤二中所述现场控制装置根据收到的信息计算出控制参数是指，根据获取的热交换媒介的温度、热交换媒介的流量、输出端口的热交换媒介的温度信息、大坝混凝土的温度和混凝土浇筑时间，根据能量守恒和传热学的傅里叶定律计算实时输入热交换媒介的温度和流量的控制参数。

28.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述热交换媒介为水，步骤一中的所述现场控制装置实时获取输入热交换媒介的温度、流量和输出端口的热交换媒介的温度信息是指，现场控制装置实时获取冷却水的进出口水温、流水通量，阀门开启度以及通水方向；所述步骤二中的所述控制参数是指冷却水的流量或阀门开启度。

29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，步骤二中所述现场控制装置根据收到的信息计算出控制参数具体步骤为：

步骤S1，根据实时采集的所述大坝混凝土温度计算当前混凝土的平均温度，并与下一龄期的目标温度作对比，计算出监控仓面混凝土平均温度的降幅；

步骤S2，根据所述出仓面混凝土平均温度的降幅与进出热交换媒介的进出口温差计算下一步实时通水流量和/或通水温度，并生成相应的控制参数。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，步骤S2中的通水流量和/或通水温度具体根据如下式计算得出，

$q_w\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{[T(\mathrm{\τ}+\mathrm{\Δ\τ})-T\left(\mathrm{\τ}\right)]/\mathrm{\Δ\τ}-{\mathrm{\θ}}_0{\mathrm{me}}^{-\mathrm{m\τ}}}{{\mathrm{\ρ}}_w\left(\mathrm{\τ}\right)c_w\left(\mathrm{\τ}\right)[T_{w-\mathrm{in}}\left(\mathrm{\τ}\right)-T_{w-\mathrm{out}}\left(\mathrm{\τ}\right)]/{\mathrm{\ρ}}_c{c}_c{V}_c},$ 其中，τ为混凝土当前龄期，Δτ为混凝土前后时刻龄期梯度，T为温度，θ₀为混凝土绝热温升，m为水化热放热系数，ρ_w为水的容重，c_w为水的比热容，q_w为通水流量，T_w-in为冷却水的进口温度，T_w-out为冷却水的出口温度，ρ_c为混凝土密度，c_c为混凝土比热容，V_c为混凝土块体积。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，步骤S2进一步包括，根据当前的混凝土温度和通水流量，预测下一龄期的混凝土平均温度，具体根据下式得出，

$T(\mathrm{\τ}+\mathrm{\Δ\τ})=T\left(\mathrm{\τ}\right)+\mathrm{\Δ\τ}\{{\mathrm{\θ}}_0{e}^{-\mathrm{m\τ}}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_w\left(\mathrm{\τ}\right)c_w\left(\mathrm{\τ}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_c{c}_c{V}_c}{q}_w\left(\mathrm{\τ}\right)[T_{w-\mathrm{in}}\left(\mathrm{\τ}\right)-T_{w-\mathrm{out}}\left(\mathrm{\τ}\right)\left]\right\}.$

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于进一步包括：

步骤四，将根据实时采集的所述大坝混凝土温度计算得到的当前混凝土的平均温度与τ-Δτ时刻预测得到的下一龄期的混凝土平均温度进行比较，如果两者之差超过一定阈值，则予以告警。

33.一种在控制装置中对在建混凝土大坝实时个性化智能温度控制的设备，其特征在于，所述控制装置与热交换装置和热交换辅助装置进行通信：所述热交换装置被安装于混凝土大坝内部或表面，用于与混凝土大坝交换热量并将采集到的混凝土大坝温度信息传输给所述控制装置，所述热交换辅助装置向热交换装置输入热交换媒介并将经过热交换后的媒介从热交换装置中输出，以实现对混凝土大坝温度的控制；所述控制装置用于对热交换辅助装置进行控制；所述设备包括：

第一模块，用于实时获取输入和输出热交换媒介的温度信息，输入或输出端的流量信息；

第二模块，用于根据所述获取的信息计算出控制参数，所述控制参数用于控制热交换媒介的输入流量和/或温度；

第三模块，用于将所述控制参数发送给所述热交换辅助装置。

34.如权利要求33所述的设备，其特征在于，所述设备还包括混凝土热学参数的智能学习模块，用于通过据输入和输出热交换媒介实时温差，以及测量得到的混凝土温度的平均降幅，计算并校正混凝土的热学参数。

35.如权利要求33所述的设备，其特征在于，所述第二模块中计算出控制参数具体为：根据输入和输出热交换媒介实时温差，以及测量得到的混凝土温度的平均降幅，根据能量守恒计算实时输入热交换媒介的温度和/或流量；所述第二模块，还用于根据输入和输出热交换媒介实时温差，以及测量得到的混凝土温度的平均降幅，计算并校正混凝土的热学参数。

36.如权利要求33-35任一所述的设备，其特征在于，所述热交换辅助装置包括多组分立的进出管道回路，每组分立的进出管道回路为不同的坝段浇筑仓供水，所述多组分立的进出管道中的进管道或者出管道上设置有所述一体流温控制装置，另一管道上仅设有管道内温度测量装置；第一模块进一步用于现场控制装置实时获取每组分立的进管道的输入热交换媒介的温度信息、每组分立的出管道热交换媒介的温度信息和每组分离进出管道的流量信息；所述第二模块进一步用于现场控制装置根据收到的信息计算出每组分立进出管道的控制参数。

37.如权利要求33-35任一所述的设备，其特征在于，所述第二模块进一步用于接收外部设备发送的控制策略，根据温度控制策略生成控制参数；所述温度控制策略包括大体积混凝土分期冷却、加热策略和降温、升温梯度控制策略。

38.如权利要求33所述的设备，其特征在于，所述第一模块还包括用于所述控制装置实时获取大坝混凝土的温度、混凝土浇筑时间的模块；所述第二模块根据收到的信息计算出控制参数是指，根据获取的热交换媒介的温度、热交换媒介的流量、输出端口的热交换媒介的温度信息、大坝混凝土的温度和混凝土浇筑时间，运用能量守恒和传热学的傅里叶定律计算实时输入热交换媒介的温度和流量。

39.如权利要求33－35、38任一所述的设备，其特征在于，所述热交换媒介为水，第一模块实时获取输入热交换媒介的温度、流量和输出端口的热交换媒介的温度信息具体为，控制装置实时获取冷却水的进出口水温、流水通量；所述第二模块中的所述控制参数包括热交换媒介的输流量或阀门开启度。

40.如权利要求38所述的设备，其特征在于，第二模块进一步包括：

第S1模块，用于根据实时采集的所述大坝混凝土温度计算当前混凝土的平均温度，并与下一龄期的目标温度作对比，计算出仓面混凝土平均温度的降幅；

第S2模块，用于根据所述出仓面混凝土平均温度的降幅计算下一步实时通水的理论通水流量和/或通水温度。

41.如权利要求40所述的设备，其特征在于，根据所述出仓面混凝土平均温度的降幅计算下一步实时通水的理论通水流量和/或通水温度具体根据如下公式计算得出，

$q_w\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{[T(\mathrm{\τ}+\mathrm{\Δ\τ})-T\left(\mathrm{\τ}\right)]/\mathrm{\Δ\τ}-{\mathrm{\θ}}_0{\mathrm{me}}^{-\mathrm{m\τ}}}{{\mathrm{\ρ}}_w\left(\mathrm{\τ}\right)c_w\left(\mathrm{\τ}\right)[T_{w-\mathrm{in}}\left(\mathrm{\τ}\right)-T_{w-\mathrm{out}}\left(\mathrm{\τ}\right)]/{\mathrm{\ρ}}_c{c}_c{V}_c},$ 其中，τ为混凝土当前龄期，Δτ为混凝土前后时刻龄期梯度，T为温度，θ₀为混凝土绝热温升，m为水化热放热系数，ρ_w为水的容重，c_w为水的比热容，q_w为通水流量，T_w-in为冷却水的进口温度，T_w-out为冷却水的出口温度，ρ_c为混凝土密度，c_c为混凝土比热容，V_c为混凝土块体积。

42.如权利要求41所述的设备，其特征在于，第二模块进一步包括，根据当前的混凝土温度和桶水流量，预测下一龄期的混凝土平均温度的模块，所述预测具体根据下式得出，

$T(\mathrm{\τ}+\mathrm{\Δ\τ})=T\left(\mathrm{\τ}\right)+\mathrm{\Δ\τ}\{{\mathrm{\θ}}_0{e}^{-\mathrm{m\τ}}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_w\left(\mathrm{\τ}\right)c_w\left(\mathrm{\τ}\right)}{{\mathrm{\ρ}}_c{c}_c{V}_c}{q}_w\left(\mathrm{\τ}\right)[T_{w-\mathrm{in}}\left(\mathrm{\τ}\right)-T_{w-\mathrm{out}}\left(\mathrm{\τ}\right)\left]\right\}.$

43.如权利要求42所述的设备，其特征在于进一步包括第四块，用于将根据实时采集的所述大坝混凝土温度计算得到的当前混凝土的平均温度与τ-Δτ时刻预测得到的下一龄期的混凝土平均温度进行比较，如果两者之差超过一定阈值，则予以告警。

Images