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水 利 学 报

2022 年 2 月 SHUILI XUEBAO 第 53 卷 第 2 期

文章编号：0559-9350（2022）02-0200-12

考虑高寒低温影响的高心墙堆石坝仓面施工仿真模型研究

张 君，余 佳，任炳昱，王晓玲，俞 澎，林威伟
（天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072）

摘要：低温是影响高寒地区高心墙堆石坝施工的关键因素。然而，目前堆石坝施工仿真主要采用工程经验或者统
计分析方法获得有效施工时长等参数从而间接反映气温对施工过程的影响，难以准确量化因高寒低温停工导致的
施工进度滞后的影响，且缺乏考虑高寒施工环境下的保温工序，无法满足仓面施工仿真的精细化需求。针对以上
问题，本文提出一个考虑高寒低温影响的高心墙堆石坝仓面施工仿真模型。首先，提出基于粒子群优化多层感知
机（Particle Swarm Optimization-Muti Layer Perception，PSOMLP）的气温时间序列预测方法，通过粒子群优化算法
（PSO）优化多层感知机（MLP）的超参数，弥补传统最小梯度下降法训练 MLP 时超参数难以确定、训练效率低以及
精度差的不足，并将其嵌入仓面仿真模型，以获取精确的低温停工时刻和时长。其次，利用自助抽样法（Boot⁃
strap）获得揭膜和覆膜工序活动时长，进而构建同时考虑低温停工和新增工序影响下的高心墙堆石坝仓面施工仿
真模型。工程应用表明，相比于实际施工进度，传统仿真模型平均误差为 19.74%，提出的仿真模型平均误差仅
为 1.21%，证明所提出的方法能够有效量化低温停工时长和新增工序对施工进度的影响，为高寒地区高心墙堆石
坝施工进度分析提供了新手段。
关键词：高寒低温；高心墙堆石坝；仓面施工仿真；粒子群优化多层感知机（PSOMLP）；气温预测

中图分类号：TV521 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210597

1 研究背景

随着我国心墙堆石坝向 300 m 级发展，心墙堆石坝建设逐渐向高寒、高海拔地区推进。低温环境
下心墙堆石坝仓面施工可能会面临土料冻融问题，进而对碾压质量造成不利的影响 ［1-2］ 。为了保障工
程质量，仓面施工在低温条件下会停工，并增设在停工前覆盖保温层（覆膜），在温度回升后揭膜等
保温工序，进而影响施工进度。此外，由于寒冷气温的变化趋势具有不确定性，这对心墙堆石坝冬
［3］
季施工进度的准确分析带来了极大的挑战 。为了充分考虑高寒地区低温条件对施工进度的影响，合
理安排施工组织，迫切需要研究寒区的温度变化规律，结合高寒高心墙堆石坝冬季施工的特殊工序
和控制要求，开展高寒高心墙堆石坝仓面施工仿真研究。
近年来，国内外学者对于堆石坝仓面施工仿真的研究取得了较为丰富的成果。由于施工仿真模
型是对现实世界施工过程原型的模拟，施工仿真研究致力于充分挖掘实际施工经验与施工数据，建
［4］
模各种影响因素，以提高仿真模型与真实世界的一致性。赵晨生等 通过分析质量因素对堆石坝施工
进度的影响机制，构建耦合质量要素的高心墙堆石坝施工仿真数学逻辑模型，以开展耦合质量要素
的高心墙堆石坝施工仿真理论与应用研究，从而提高堆石坝仓面施工仿真结果的准确性。钟登华和
翟海峰等 ［5-8］ 将碾压过程实时监控引入心墙坝仓面碾压施工仿真模型，通过数理统计方法将碾压施工
数据转换为仿真参数，以准确模拟心墙堆石坝仓面碾压过程的不确定性因素，并据此分析了堆石坝

收稿日期：2021-07-02；网络首发时间：2021-11-03
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网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20211101.2316.003.html
基金项目：国家自然科学基金雅砻江联合基金项目（U1965207）；天津市研究生科研创新项目（2020YJSB094）
作者简介：张君（1994-），博士生，主要从事堆石坝施工仿真研究。E-mail：zhangdajun@tju.edu.cn
通讯作者：任炳昱（1985-），博士，副教授，主要从事水利水电工程建设过程仿真与控制研究。E-mail：renby@tju.edu.cn
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