一种大体积混凝土全过程智能温度控制系统及方法技术领域
本发明属于水利水电工程、核电工程、港口工程等技术领域，具体地
涉及一种大体积混凝土全过程智能温度控制系统，以及采用这种系统的方
法，主要用于大体积混凝土的裂缝防治及施工质量管理。
背景技术
裂缝控制一直是大体积混凝土施工的难点之一。温控防裂的理论研究
与工程实践，最早始自20世纪30年代，经过数十年的发展，工程界已逐
步建立了一整套相对完善的温控防裂理论体系，形成了较为系统的混凝土
温控防裂措施，包括改善混凝土抗裂性能、分缝分块、降低浇筑温度、通
水冷却、表面保温等，但“无坝不裂”仍然是一个客观现实。混凝土裂缝
产生的原因复杂，主要为结构、材料、施工等方面，其中一个重要原因是
信息不畅导致措施与管理不到位，即信息获取的“四不”—不及时、不准
确、不真实、不系统。同时，由于人为的控制方式，施工质量往往受现场
工程人员的素质影响较大，产生与设计状态较大的偏差，导致温控施工的
“四大”问题，即：温差大、降温幅度大、降温速率大、温度梯度大，最
终导致混凝土裂缝的产生。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种大体积混
凝土全过程智能温度控制系统，其能够实现混凝土原材料、拌合、运输、
入仓、平仓、振捣、养护、通水冷却、接缝灌浆全过程温控信息的自动感
知、传输、互联、共享及控制，实现基于互联网、物联网技术的温控防裂
的全要素、全过程管理，从而有效防止大体积混凝土裂缝的发生，提高混
凝土的施工质量。
本发明的技术解决方案是：这种大体积混凝土全过程智能温度控制系
统，该系统包括骨料智能预冷控温单元、混凝土智能拌合控温单元、混凝
土浇筑仓内智能小环境单元、混凝土智能通水冷却单元、混凝土暴露面智
能养护单元、混凝土暴露面智能保温单元、智能接缝灌浆单元、控制中心；
骨料智能预冷控温单元，用于对骨料进行风冷控温；
混凝土智能拌合控温单元，用于通过拌合水控温、冰水比例、水泥控
温、砂控温及粉煤灰控温对混凝土拌合进行控温；
混凝土浇筑仓内智能小环境单元，用于对浇筑仓内小环境温湿度进行
控制；
混凝土智能通水冷却单元，用于通过改变通水参数来控制混凝土内部
温度；
混凝土暴露面智能养护单元，用于对混凝土暴露面进行养护；
混凝土暴露面智能保温单元，用于对混凝土暴露面进行保温；
智能接缝灌浆单元，用于通过对接缝灌浆温度和灌浆管的控制来实现
横纵缝的自动接缝灌浆；
控制中心，用于接收骨料智能预冷控温单元、混凝土智能拌合控温单
元、混凝土浇筑仓内智能小环境单元、混凝土智能通水冷却单元、混凝土
暴露面智能养护单元、混凝土暴露面智能保温单元、智能接缝灌浆单元的
实时测量数据，并根据各个单元实时测量的数据及气温信息来计算满足温
控要求的目标参数，并下发指令给对应的单元，实现各个环节的智能化控
制；同时用于实时判定各个单元运行条件是否满足，不满足则进行报警。
本发明通过骨料智能预冷单元实现对骨料的一次、二次风冷控温，通
过混凝土智能拌合单元实现对混凝土拌合的智能控温，通过混凝土浇筑仓
智能小环境单元实现对浇筑仓内温度进行控制，通过混凝土智能通水冷却
单元实现混凝土内部温度的控制，通过混凝土暴露面智能养护及混凝土智
能保温单元实现混凝土暴露面养护和保温的智能化，通过智能接缝灌浆单
元实现横纵缝灌浆的智能化；通过控制中心实现总体控制、报警；因此该
系统能够实现混凝土原材料、拌合、运输、入仓、平仓、振捣、养护、通
水冷却、接缝灌浆全过程温控信息的自动感知、传输、互联、共享及控制，
实现基于互联网、物联网技术的温控防裂的全要素、全过程管理，从而有
效防止大体积混凝土裂缝的发生，提高混凝土的施工质量。
还提供了一种大体积混凝土全过程智能温度控制方法，包括以下步骤：
(1)在坝址区设置气象站，实时测量气温、雨情、风向、风速信息；
(2)在固定机房布置控制中心的总控室，总控室内装有智能监控测控
服务器，智能测控服务器与分控站的智能测控装置通过网络连接；
(3)控制中心的总控室与国家气象中心或地方气象中心连接，关联天
气预报信息；
(4)在坝址区设置控制中心的分控站，分控站内装有智能测控装置；
(5)在坝址区布置太阳辐射仪，太阳辐射仪与分控站的智能测控装置
连接，实时测量太阳辐射热，并自动传输至总控室的智能监控测
控服务器；
(6)在拌合楼布置骨料智能预冷单元，对骨料进行风冷控温；
(7)在拌合楼布置混凝土智能拌合单元，通过拌合水控温、冰水比例、
水泥控温、砂控温及粉煤灰控温对混凝土拌合进行控温；
(8)在施工仓面布置混凝土浇筑仓智能小环境单元，对浇筑仓内温湿
度进行智能控制；
(9)布置混凝土智能通水冷却单元，通过改变通水参数来控制混凝土
内部温度；
(10)布置混凝土暴露面智能养护单元对混凝土暴露面进行养护；
(11)布置混凝土智能保温单元，对混凝土暴露面进行保温；
(12)布置智能接缝灌浆单元，通过对接缝灌浆温度和灌浆管的控制实
现横纵缝的智能灌浆；
(13)控制中心，接收骨料智能风冷单元、混凝土智能拌合单元、混凝
土浇筑仓智能小环境单元、混凝土智能通水冷却单元、混凝土暴
露面智能养护单元、混凝土智能保温单元、智能接缝灌浆单元的
实时测量数据，并根据气温来计算满足温控要求的目标参数，并
下发指令给对应的单元，实现各个环节的智能化控制；同时实时
判定各个单元运行条件是否满足，不满足则进行报警。
附图说明
图1为根据本发明的大体积混凝土全过程智能温度控制系统的总体构
成图。
图2为根据本发明的智能监控系统现场的总体布置图。
图3为根据本发明的各单元之间的互联图。
具体实施方式
如图1所示，这种大体积混凝土全过程智能温度控制系统，该系统包
括骨料智能预冷控温单元、混凝土智能拌合控温单元、混凝土浇筑仓内智
能小环境单元、混凝土智能通水冷却单元、混凝土暴露面智能养护单元、
混凝土暴露面智能保温单元、智能接缝灌浆单元、控制中心；
骨料智能预冷控温单元，用于对骨料进行风冷控温；
混凝土智能拌合控温单元，用于通过拌合水控温、冰水比例、水泥控
温、砂控温及粉煤灰控温对混凝土拌合进行控温；
混凝土浇筑仓内智能小环境单元，用于对浇筑仓内小环境温湿度进行
控制；
混凝土智能通水冷却单元，用于通过改变通水参数来控制混凝土内部
温度；
混凝土暴露面智能养护单元，用于对混凝土暴露面进行养护；
混凝土暴露面智能保温单元，用于对混凝土暴露面进行保温；
智能智能接缝灌浆单元，用于通过对接缝灌浆温度和灌浆管的控制来
实现横纵缝的智能接缝灌浆；
控制中心，用于接收骨料智能预冷控温单元、混凝土智能拌合控温单
元、混凝土浇筑仓内智能小环境单元、混凝土智能通水冷却单元、混凝土
暴露面智能养护单元、混凝土暴露面智能保温单元、智能接缝灌浆单元的
实时测量数据，并根据各个单元实时测量的数据及气温信息来计算满足温
控要求的目标参数，并下发指令给对应的单元，实现各个环节的智能控制；
同时用于实时判定各个单元运行条件是否满足，不满足则进行报警。
本发明通过骨料智能预冷单元实现对骨料的一次、二次风冷控温，通
过混凝土智能拌合单元实现对混凝土拌合的智能控温，通过混凝土浇筑仓
智能小环境单元实现对浇筑仓内温湿度进行自动控制，通过混凝土智能通
水冷却单元实现混凝土内部温度的自动控制，通过混凝土暴露面智能养护
单元实现暴露面的自动养护，智能保温单元实现混凝土暴露面保温的智能
化，通过智能接缝灌浆单元实现横纵缝灌浆的智能化；通过控制中心实现
总体控制、报警；因此该系统能够实现混凝土原材料、拌合、运输、入仓、
平仓、振捣、养护、通水冷却、接缝灌浆全过程温控信息的自动感知、传
输、互联、共享及控制，实现基于互联网、物联网技术的温控防裂的全要
素、全过程管理，从而有效防止大体积混凝土裂缝的发生，提高混凝土的
施工质量。
优选地，所述骨料智能风冷控温单元具有风冷机组、风冷机组控制部
件；风冷机组控制部件用于接收控制中心下发指令来调控风冷机组的风时、
风速、风温。
优选地，所述混凝土智能拌合控温单元包括拌合用水水温测控部件、
加冰量控制部件、砂温测控部件、水泥温度测控部件、粉煤灰温度测控部
件；
拌合用水水温测控部件布置在拌合楼供水管路处，并与冷却机组连
接，测量得到实时拌合水温度并发送给控制中心，控制中心根据实时
测量的骨料温度、粉煤灰温度、砂温度、水泥温度、冰温、冰量、机
口温度、入仓温度、浇筑温度、内部温度及气温自动计算得到目标拌
合水温度，下发指令给冷却机组和拌合用水水温测控部件来实现拌合
水温度的自动控制；
加冰量控制部件布置在拌合楼加冰设备处，测量得到实时加冰温度、
实时加冰量、实时拌合水量、实时拌合水温，控制中心根据实时测量
的骨料温度、粉煤灰温度、砂温度、水泥温度、机口温度、入仓温度、
浇筑温度、内部温度及气温自动计算得到目标加冰量，并下发指令给
加冰设备和拌合用水水温测控部件来实现冰水比例的自动控制；
砂温测控部件布置在拌合楼，测量得到实时砂温度，控制中心根据实
时测量的骨料温度、水温、加冰量、冰温、粉煤灰温度、水泥温度、
机口温度、入仓温度、浇筑温度、内部温度及气温自动计算得到目标
砂温度，并下发指令给砂温测控部件来实现砂温的自动控制；
水泥温度测控部件布置在拌合楼，测量得到实时水泥温度，控制中心
根据实时测量的骨料温度、水温、加冰量、冰温、粉煤灰温度、砂温、
水泥温度、机口温度、入仓温度、浇筑温度、内部温度及气温自动计
算得到目标水泥温度，并下发指令给水泥温度测控部件来实现水泥温
度的自动控制；
粉煤灰测控部件布置在拌合楼，测量得到实时粉煤灰温度，控制中心
根据实时测量的骨料温度、水温、加冰量、冰温、砂温度、水泥温度、机
口温度、入仓温度、浇筑温度、内部温度及气温自动计算得到目标粉煤灰
温度，并下发指令给粉煤灰测控部件来实现粉煤灰温度的自动控制。
优选地，所述混凝土浇筑仓内智能小环境单元具有仓面小环境监测部
件，仓面小环境监测部件布置在施工仓面，测量得到实时仓面温度、湿度、
风速、风向，并发送给控制中心，控制中心自动计算得到喷雾机目标控制
参数来实现仓面小环境的智能控制。
优选地，所述混凝土智能通水冷却单元包括在通水管路布置的测控装
置、换向装置，控制中心基于实时测量的数据，运用经过率定和验证的预
测分析模型，通过测控装置和换向装置对通水流向、流量、水温进行控制。
优选地，所述混凝土暴露面智能养护单元具有在混凝土养护管路上安
装的电磁阀、控制单元，控制中心根据实时测量的混凝土内外温度及气温
进行计算，并下发是否需要养护的指令给混凝土暴露面智能养护单元，从
而实现对混凝土仓面、上下游面、侧面的流水养护。
优选地，所述混凝土暴露面智能保温单元具有在混凝土内部布置的温
度传感器、在混凝土表面布置的温度梯度仪或测温光纤，控制中心根据大
体积混凝土的实际浇筑情况实时搜索暴露面，天气预报、实测气温、混凝
土内部温度、混凝土表面温度信息，通过应力仿真计算暴露面长周期应力
及短周期应力并对二者进行叠加，根据应力分析结果及实际采用的保温材
料参数特性，给出是否需要保温及保温层厚度的建议，并发指令至施工人
员移动终端，施工人员根据指令进行保温。
优选地，所述智能接缝灌浆单元具有在缝部位布置的测缝计、在混凝
土内布置的内部温度传感器，控制中心根据实时测量的内部温度值及缝开
度，判断内部温度是否达到接缝灌浆温度，若达到接缝灌浆目标温度，则
判断缝开度是否满足灌浆要求，若达到灌浆要求则自动发送指令实现灌浆
的智能化。
优选地，控制中心通过有线/无线方式分别与骨料智能预冷单元、混凝
土智能拌合单元、混凝土浇筑仓智能小环境单元、混凝土智能通水冷却单
元、混凝土暴露面智能养护单元、智能保温单元、接缝灌浆单元进行通讯，
无线方式包括蓝牙、GPS、ZigBee、云技术、互联网、物联网方式。
还提供了一种大体积混凝土全过程智能温度控制方法，包括以下步骤：
(1)在坝址区设置气象站，实时测量气温、雨情、风向、风速信息；
(2)在固定机房布置控制中心的总控室，总控室内装有智能监控测控
服务器，智能测控服务器与分控站的智能测控装置通过网络连接；
(3)控制中心的总控室与国家气象中心或地方气象中心连接，关联天
气预报信息；
(4)在坝址区设置控制中心的分控站，分控站内装有智能测控装置；
(5)在坝址区布置太阳辐射仪，太阳辐射仪与分控站的智能测控装置
连接，实时测量太阳辐射热，并自动传输至总控室的智能监控测
控服务器；
(6)在拌合楼布置骨料智能预冷单元，对骨料进行风冷控温；
(7)在拌合楼布置混凝土智能拌合单元，通过拌合水控温、冰水比例、
水泥控温、砂控温及粉煤灰控温对混凝土拌合进行控温；
(8)在施工仓面布置混凝土浇筑仓智能小环境单元，对浇筑仓内温湿
度进行控制；
(9)布置混凝土智能通水冷却单元，通过改变通水参数来控制混凝土
内部温度；
(10)布置混凝土暴露面智能养护单元对混凝土暴露面进行养护；
(11)布置混凝土智能保温单元，对混凝土暴露面进行保温；
(12)布置智能接缝灌浆单元，通过对接缝灌浆温度和灌浆管的控制实
现横纵缝的智能灌浆；
(13)控制中心，接收骨料智能预冷单元、混凝土智能拌合单元、混凝
土浇筑仓智能小环境单元、混凝土智能通水冷却单元、混凝土暴
露面智能养护、智能保温单元、智能接缝灌浆单元的实时测量数
据，并根据气温来计算满足温控要求的目标参数，并下发指令给
对应的单元；实时判定各个单元运行条件是否满足，不满足则进
行报警。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
如图1所示为系统的总体构成图。
混凝土全过程智能温度控制系统实现了自骨料预冷、混凝土拌合、混
凝土浇筑仓、混凝土通水冷却、混凝土暴露面、混凝土接缝灌浆全过程全
要素的智能化温度控制。(1)骨料预冷环节通过骨料智能预冷系统实现对
骨料的风冷控温；(2)混凝土拌合环节通过拌合水控温、冰水比例、水泥
控温、砂控温及粉煤灰控温实现对混凝土拌合的智能控温；(3)混凝土浇
筑环节通过智能小气候控温实现仓内温度的智能控温；(4)混凝土通水冷
却环节通过智能通水实现混凝土内部温度的控制，(5)智能接缝灌浆实现
横纵缝灌浆的智能化；(6)智能养护、智能保温实现混凝土暴露面养护和
保温的智能化；(7)上述各个环节相辅相成，相互关联，通过信息化的网
络传输技术实现信息的共享、交换、集成及访问，
如图2所示为智能监控系统现场实施的总体布置图：
i.在坝址区设置气象站，实时测量气温、雨情、风向、风速信息；
ii.总控室与国家气象中心连接，关联天气预报信息；
iii.在坝址区设置分控站，分控站内装有智能测控装置；
iv.在固定机房布置总控室，总控室内装有智能监控测控服务器，智能
测控服务器与分控站智能测控装置通过网络(有线或无线)连接；
v.在坝址区布置太阳辐射仪，太阳辐射仪与分控站智能测控装置连接，
实时测量太阳辐射热，并自动传输至总控室服务器；
vi.在拌合楼布置骨料预冷测控设备，该设备与总控室服务器连接，实
时测量骨料风冷温度，总控室服务器根据拌合水温度、粉煤灰温度、
砂温度、水泥温度、冰温、冰量、机口温度、入仓温度、浇筑温度、
内部温度、气温信息自动计算风冷温度，并下指令给风冷测控设备，
实现对风冷(风时、风速、风温)的自动调控；
vii.在拌合楼拌合水供水管路布置测控制设备，并与冷却机组连接，实
时测量拌合水温度，总控室服务器根据骨料温度、粉煤灰温度、砂温
度、水泥温度、冰温、冰量、机口温度、入仓温度、浇筑温度、内部
温度、气温信息自动计算风冷温度，下指令给冷却机组和控制设备，
实现拌合水的自动调控；
viii.在拌合楼加冰设备布置加冰测控装置，拌合水管路布置拌合水测控
装置，实时测量加冰温度、加冰量、拌合水量、拌合水温，总控室服
务器根据骨料温度、粉煤灰温度、砂温度、水泥温度、机口温度、入
仓温度、浇筑温度、内部温度、气温信息自动计算加冰量，并下指令
给加冰设备和拌合水设备，实现冰水比例的自动控制；
ix.在拌合楼布置砂温测控设备，实时测量砂温度，总控室服务器根据
骨料温度、水温、加冰量、冰温、水泥温度、粉煤灰温度、机口温度、
入仓温度、浇筑温度、内部温度、气温等信息自动计算砂温度，并下
指令给砂温控制设备，实现砂温的自动控制；
x.在拌合楼布置水泥温度测控设备，实时测量水泥温度，总控室服务
器根据骨料温度、水温、加冰量、冰温、砂温、粉煤灰温度、机口温
度、入仓温度、浇筑温度、内部温度、气温等信息自动计算水泥温度，
并下指令给水泥温控制设备，实现水泥温度的自动控制；
xi.在拌合楼布置粉煤灰测控设备，实时测量粉煤灰温度，总控室服务
器根据骨料温度、水温、加冰量、冰温、砂温度、机口温度、入仓温
度、浇筑温度、内部温度、气温等信息自动计算粉煤灰温度，并下指
令给粉煤灰控制设备，实现粉煤灰温度的自动控制；
xii.混凝土拌合温度控制的先后顺序为：拌合水温、冰水比例、砂温、
粉煤灰，可以为上述几个子系统的任意组合；
xiii.机口温度测量记录仪按照时段测量出机口温度，机口温度测试记录
仪通过蓝牙网络与移动终端通讯，移动终端通过无线网络与中心测控
服务器连接，实现机口温度的自动测量、入库；
xiv.入仓温度测量记录仪按照时段测量入仓温度，入仓温度测试记录仪
通过蓝牙网络与移动终端通讯，移动终端通过无线网络与中心测控服
务器连接，实现入仓温度的自动测量、入库；
xv.浇筑温度测量记录仪按照时段测量浇筑温度，浇筑温度测试记录仪
通过蓝牙网络与移动终端通讯，移动终端通过无线网络与中心测控服
务器连接，实现浇筑温度的自动测量、入库；
xvi.中心测控服务器根据机口温度、入仓温度自动计算运输过程中的温
度回升值；根据入仓温度、浇筑温度自动计算入仓至浇筑的温度回升
值；
xvii.混凝土施工期间在混凝土仓面布置仓面小气候设备、喷雾机，实时
测量仓内温度、湿度，并将监测数据自动发送至监控室服务器，服务
器根据气温、入仓、浇筑温度等信息自动计算是否需要喷雾，若需要
则通过服务器发送指令至喷雾机，实现仓面小环境的自动控制；
xviii.在混凝土仓面布置表面流水装置、上下游面挂花管，并与控制装置
连接，系统根据总控室内监测内部温度、表面温度等自动计算是否需
要进行流水养护，若需要，则通过无线网络自动发送指令至测控装置，
实现仓面、上下游面及侧面的自动养护；
xix.在混凝土内部埋设温度传感器，温度传感器与分控站自动测控设备
连接，自动测控设备通过无线网络与总控室测控服务器连接，实现内
部温度自动测量、入库；
xx.在混凝土仓面、上下游面埋设温度梯度仪，温度梯度仪与分控站自
动测控设备连接，自动测控设备通过无线网络与总控室测控服务器连
接，实现温度梯度的自动测量、入库；
xxi.在混凝土表面、保温层上部布置测温光纤，分控站布置光纤测温设
备，并与总控室中心测控服务器连接，实现混凝土保温层内外温度的
自动测量；
xxii.智能保温模块，即根据光纤测温或温度梯度、混凝土内部温度测温
结果、气象信息、天气预报信息给出保温措施的建议，并下指令指导
保温施工；
xxiii.在混凝土内部通水管路上布置测控装置(流量计、电磁阀)、压力传
感器、自动换向装置、进口水温传感器、出口水温传感器，通过有线
的方式与分控站测控装置连接，分控站与总控室服务器通过无线网络
的方式连接，实时监测管路压力、通水流量、水流方向、进口水温、
出口水温，服务器中装有智能通水模块，根据以上监测值及气象信息、
仓面小环境、天气预报值、混凝土内部温度值自动计算预测第二天的
通水流量、水温、流向，并将指令发送至测控装置、冷却机组(或分
层取水控制装置)、换向装置，实现流量、水温、流向的自动调控；
xxiv.在混凝土内部布置内部温度传感器，需要接缝灌浆的部位布置测缝
计，灌浆管内安装自动灌浆设备，并与总控室内测控装置连接，实现
温度、缝开度、灌浆压力、灌浆流量的自动测量；总控室服务器根据
接缝灌浆温度和缝开度实现自动灌浆；
xxv.访问终端、移动终端、显示终端可通过广域网实现对总控室测控服
务器的远程访问，实现任意地点(网络覆盖)、任意时间数据的自动访
问、查询。
如图3为各个设备之间的网络互联构成图：
各个设备之间通过信息化(蓝牙、GPS、ZigBee、云技术、互联网、物
联网)的多种技术，实现各施工设备之间、测温设备之间、测温设备与分
控站、分控站与总控室之间的实时通讯，实现混凝土自原材料、混凝土拌
合、混凝土仓面控制、混凝土内部生命周期内各种温控数据的实时采集、
共享、分析、控制及反馈。
实现互联的设备主要包括传感器、控制器、移动终端、施工设备、通
水设备、固定终端、展示设备等。互联所采用的技术主要包括云互联、蓝
牙、总线、ZigBee、WiFi、GPS等。设备与分控站或总控室的互联主要是通
过局域网的方式实现，分控站与总控室可通过局域网或广域网的方式实现，
最后通过公共广域网实现数据库的远程访问。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的
限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等
同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。