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水 利 学 报

２０２３年 ６月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ６期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０６ － ０６４４ － １１

混凝土坝水平缝面智能冲毛系统研发及应用

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崔 博 ，程益骄 ，关 涛 ，王晓玲 ，谭尧升 ２，３ ，陈文夫 ２，３
（１．天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 ３００３５０；２．中国长江三峡集团有限公司，北京 １０００３８；
３．中国三峡建工（集团）有限公司，四川 成都 ６１００４１）
摘要：新老混凝土水平施工缝面处理是确保坝体混凝土整体性的关键工序。目前混凝土坝施工主要根据经验采用
高压水人工冲毛方式对冲毛位置、冲毛时间等进行控制，存在工作强度高、作业主观性强等不足，难以实现冲毛
质量的精准控制。针对上述问题，本文研究了混凝土水平缝面智能冲毛系统。基于工业机器人、自动化控制等技
术研制智能冲毛装备，实现混凝土坝仓面无人冲毛作业；耦合多源传感器信息，建立智能冲毛装备运动学模型以
及路径规划方法，实现智能冲毛装备自主避障；结合机器视觉理论，建立基于卷积神经网络的混凝土冲毛表面图
像智能分类模型，实现冲毛质量的客观分析；同时，开发云端监控平台和无线通讯子系统，实现与智能冲毛装备
之间的信息传输和多平台互联互通，并进行智能冲毛装备的有效管理和远程控制。此外，通过现场试验验证了智
能冲毛系统的可行性和可靠性，研究成果为混凝土坝冲毛施工实现无人化作业、科学化质量管控提供了新的思路
和技术手段，具有十分重要的现实意义和应用价值。
关键词：混凝土坝；水平缝面；智能冲
毛；无人化作业；路径规划；机器视觉
中图分类号：ＴＶ５３ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２２０９１７

１ 研究背景

由于施工机械作业能力、混凝土温度控制要求等因素影响，混凝土坝需要划分为不同坝段、坝块
进行混凝土浇筑 ［１ － ２］ ，因此在上下层坝块之间会形成水平施工缝。新老混凝土水平施工缝面的层间处
理是保证坝体混凝土整体性的关键，直接影响坝体结构承载力、抗渗性、耐久性等指标 ［３］ 。为确保层
间结合质量，当前各工程主要采用高压水人工冲毛的工艺对老混凝土面进行处理 ［４ － ５］ 。该施工工艺操
作简单，然而属于重复性、低效率、大工作量作业 ［６ － ８］ 。在大坝建设过程中，为满足施工工期要求，
需要同时安排大量人员进行冲毛作业，同时作业人员需要根据经验判断冲毛质量 ［９ － １０］ ，并调整冲毛参
数，导致冲毛质量评价与参数调整具有较大的主观性，施工质量不稳定。同时，在复杂仓面作业环境
影响下，人工冲毛使用的高压水给操作人员及仓面其他作业人员带来极大的安全隐患。此外，冲毛产
生的废水废渣难以回收且不利于环水保控制。因此，利用现代信息技术、智能技术、自动化控制技术
等进行智能冲毛系统研究，实现自主行走、无人冲毛、自动收集废渣废水、智能识别与评价等功能，
以提高冲毛作业的技术水平，消除人员、设备、环境等可变因素带来的不确定性，替代传统高压水人
工冲毛工艺，实现冲毛过程的无人化作业，达到高质量、安全、高效环保的施工目标，具有重要的科
研价值和现实意义。
随着人工智能行业的飞速发展、建筑行业标准化程度的提高，机器人技术在建筑领域的应用越来
越广泛 ［１１ － １２］ 。如建筑施工机器人 ［１３］ 、砌墙机器人 ［１４ － １６］ 、破拆机器人 ［１７ － １８］ 、钻孔机器人 ［１９］ 、３Ｄ打印

收稿日期：２０２２ － １１ － ０７；网络首发时间：２０２３ － ０５ － １５
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０５１２．１６５７．００４．ｈｔｍｌ
基金项目：中国长江三峡集团公司科研项目（ＢＨＴ?０８３６）；中国大坝工程协会青年人才资助项目（ＣＨＩＮＣＯＬＤ － ＱＮＲＣ００６）；国家自
然科学基金项目（ ５１９０９１８７）
作者简介：崔博（１９８３—），博士，副教授，主要从事水利工程建设过程仿真与智能监控研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｃｕｉｂ＠ｔｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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