中铁二局电务公司智能化分公司承建的深圳下坪垃圾填埋场监控系统工程,在国内类似工程中首次建立智能化的综合监控管理指挥平台,因其“中枢神经”强大先进的智能化水平为国内首屈一指,成为国内垃圾智能监控的典范。
2018年,中央经济工作会议首次提出“新基建这一概念,强调加快5g商用化、推动人工智能发展等概念。
习近平总书记在浙江考察时指出,“要抓住产业数字化、数字产业化赋予的机遇,加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设,抓紧布局数字经济、生命健康、新材料等战略性新型产业、未来产业、大力推进科技创新,着力壮大新增长点、形成发展新动能。”
新基建作为国家的长远战略,作为今后中国经济质量提升的主要路径,迎来了发展的重大机遇。
智能化分公司在国家产业重大变革升级的窗口期,乘势而上,积极投身于国家战略之中。
深圳下坪填埋场是国内第一座现代化垃圾卫生填埋场,1997年10月投入运营,占地面积149万平方米,总库容量4693万立方米,主要负责处理原特区内产生的生活垃圾和市政污泥,同时承担全深圳市生活垃圾的应急处理任务,每天填埋垃圾约8000吨。近几年来,由于多次发生边坡坍塌、渗漏液超警戒线、垃圾堆体位移等险情,深圳市政府决定对下坪填埋场开展安全隐患治理工程,并定性为抢险救灾工程。
2018年底,智能化分公司承建该工程应急指挥会议系统、综合监控系统、视频监控系统等9大系统14项子系统的智能化工程。该项目任务重,科技含量高、技术要求高。为实现垃圾填埋场的智能化和产业升级高端化,电务公司以科技为导向,加强科技力量,公司坚持新发展理念,大力开展项目攻关,组成有博士、硕士、本科为骨干的研发小组,通过配齐最强阵容,提升核心技术攻关能力,勇攀智能科技新高峰,为下坪场的科技创新护航,致力将垃圾填埋监控系统打造为中国样板。
“最强大脑”提升管理和决策效率
应急指挥中心是整个监控项目的核心区域。它集成了机房工程、服务器、DLPS大屏显示、EMS应急指挥会议、供电及防雷等多个子系统。为实现集成监控、实现管理更加智能,为给指挥中心研究人员提供及时翔实准确的数据,实现应急指挥中心设计功能,需要研发人员给出更加智慧的解题方案。
经过数月的反复研发和修改,研发小组首次在国内成功开发了“综合监控、智能化管理的指挥平台”集成---垃圾堆体综合监控智慧平台系统集成软件。这套软件将垃圾堆体表面及深部位移、气压、水位实时监测预警、应急指挥、信息发布、视频监控、应急抢险、车辆出入、人员定位等各系统于一体互联。
将编好的程序安装在服务器上-----一种运行更快、负载更高的大型计算机。这些软件经过大型计算机的存储、汇集、计算、分析之后,再通过服务器的网络传输将信号数据一个个传入大屏幕,最终实现各种监测信号实时在线传输至指挥中心大屏幕,让所有监控信息在中央监控大屏幕上一目了然,成功实现各系统在综合监控平台上的融合。
由此,填埋场区实现了978处堆体深部位移监测,147处视频智能化监控,7处土壤含水率监测,41处堆体深部水位水压监测,30处大气监测,27处堆体内气压气体监测,21处信息发布显示、20处坝体活动监测等等各个子系统,全部成功地在4行6列24㎡的DLP中央大屏幕上显示、预警、报警、联动、确认、存储。确保了各类监测信号的实时在线传输,实现了自动化的监测预警,监控人员只需要根据数据做出管理决策即可。
这套软件成功的开发和应用,让综合监控智慧平台所涵盖的范围更广,功能更齐全,克服了以前在监控范围和监控功能等方面不同程度的局限,一改过去分散监控和人工操作的落后状况,节约了大量的人力成本。
深入三十米堆体探秘
在国内首次通过运用光纤光栅位移监测垃圾位移技术。
目前,国内城市固体废弃物的处理方式仍以填埋为主,随着填埋量的急剧增加,部分填埋所形成的堆体出现失稳水平表面位移、深层侧向位移滑动等安全隐患。
为确保堆体活动情况的监测精度,智能化公司成立专项QC小组,经过多次实验论证,成功运用光纤光栅位移监测技术。
所谓光纤光栅传感器就是使用光栅----一种如同“五线谱”平行等宽的无数细密狭缝构成的光学器件。就是在玻璃片上刻出大量平行刻痕,刻痕为不透光,两个刻痕之间的光滑部分可以透光,相当于一个狭缝。精致的光栅超乎想象,在1cm宽度内可以几千上万条的刻痕。将光学器件作为传感器,再通过传感器反光产生的波长变化对外部环境的温度、水位、位移等因素的监测。光纤光栅传感技术具有应变精度高、稳定性好、适应性广、工作温度域宽、实时监测性强等特点。
“此前采用‘滑轮式’监测探头工作存在不能实现实时在线监测和预警等诸多缺点,通过我们运用光纤光栅位移监测技术,首次实现对堆体深达30m、工作温度-30~+80℃、精度2‰F.S.级的位移监测。也就是说对30米深堆体的位移变化,可以再第一时间发现险情,排出险情,避免更坏的情况出现。”项目技术负责人自豪地说道。
科研工法结硕果
监测垃圾堆体深度区域的情况,需要在垃圾堆体上钻孔立桩安装光纤监测设备。
为减小钻孔对垃圾堆体相对稳定状态的影响并提升作业效率,电务公司创新施工方法,采用“小口径钻头钻孔+大口径套管成洞”的施工方式,但是在垃圾上打孔不是一件容易的事情。由于垃圾堆体内部结构复杂性、松散,无法像岩石或者水泥上面钻孔后容易定型,打好的孔立即会被四周的垃圾掩埋。因此项目部课题组又多次组织大家评审并建模实验。为尽量避免在垃圾堆体进行钻孔破坏原有垃圾体的相对稳定状态,选择了小钻孔孔径工具。为确保成洞套管与垃圾堆体的充分密贴,采用了“小口径钻头钻孔+大口径套管”成洞施工方式。就是在小口径钻头外加上一个大口径套管,让大口径套管充当保护层,阻隔垃圾钻进小孔里面,保持小孔内的干净,然后将光纤光栅监控设备装进小孔待一切就绪后,再把外面的大口径套管取出。这样的钻孔施工方式,既保证钻孔成型,又保证钻孔场地的安全和稳定性,减小对垃圾体相对稳定状态的影响。此施工方案有效实施后,形成了《小口径钻头钻孔+大口径套管成洞施工工法》,大大提高了效率降低了成本,施工工日也由原预算的652天缩减为375天,提高工效42.5%。
在实践中,电务公司形成了《城市特大型垃圾填埋堆体光纤光栅深部位移检测设备安装》《城市特大型垃圾填埋堆体深部钻孔》等工法及《特大型垃圾堆体长期稳定性监测技术研究与实施》等科研成果,受到业主和参建单位的广泛赞誉。
中铁二局电务公司通过中国最先进的特大型垃圾场智能监控系统工程的实践,把真实的运行控制映射到数字化的虚拟世界中去,在技术上实现了信息化、数字化、智能化的高度集中,增强了安全性、开放性、可维护性、可扩展性和电磁兼容性,从而实现了监控系统对垃圾填埋场的全面感知、科学分析和精准应对,为今后类似的施工提供了借鉴方案。(徐芳 申雨凡)