魏德榮

（國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)淺論

魏德榮

（國家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014）

對(duì)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)的重要性、特性、設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)方法及注意事項(xiàng)進(jìn)行了分析，供參考。

監(jiān)測(cè)；方案設(shè)計(jì)；特性

0 前言

監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)年年在做，它有哪些規(guī)律，哪些設(shè)計(jì)方法，哪些需要注意的問題，報(bào)道不多。為提高監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量，對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行總結(jié)顯然十分必要。鑒于此，對(duì)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了淺析，借以拋磚引玉。

1 監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)及其特性

監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)是根據(jù)工程安全監(jiān)控、驗(yàn)證設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工或檢驗(yàn)施工功效等不同目的，用當(dāng)代科學(xué)技術(shù)而制定某種實(shí)現(xiàn)目的的方法以及確定最終結(jié)果的形象。它是監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

方案是關(guān)鍵。從設(shè)計(jì)的全過程來說，方案設(shè)計(jì)處于監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的第一階段。因?yàn)檎麄€(gè)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)大體上可分為可行性研究階段、招投標(biāo)設(shè)計(jì)階段及施工圖設(shè)計(jì)階段。根據(jù)DL/T5178-2003《混凝土壩監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，可行性研究階段主要提出安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)專題，招投標(biāo)設(shè)計(jì)階段主要是提出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)文件，施工圖階段主要是提供施工詳圖?？梢?，設(shè)計(jì)方案在可行性研究階段就要提出，以后只是在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步補(bǔ)充、修改、完善、具體化而已。俗話說，設(shè)計(jì)是龍頭，方案設(shè)計(jì)則是龍頭的龍頭。監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)乃至安全監(jiān)測(cè)的成敗。

方案是關(guān)鍵。因?yàn)榉桨冈O(shè)計(jì)中要考慮的因素眾多，監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)是對(duì)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，各個(gè)因素的整體考慮，事關(guān)大壩安全監(jiān)測(cè)全局。要考慮測(cè)點(diǎn)布置、儀器選型、網(wǎng)絡(luò)布設(shè)，要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性，要考慮施工方法及相關(guān)施工的協(xié)調(diào)等等，并且，要將一切要素和構(gòu)思統(tǒng)一起來，形成一個(gè)完整的與建筑物“十分和諧”的安全監(jiān)測(cè)方案。

方案是關(guān)鍵。因?yàn)楸O(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)最難把握的是方案設(shè)計(jì)；做方案，難在“無中生有”，難在創(chuàng)新，難在從監(jiān)測(cè)的本性出發(fā)，實(shí)踐性地進(jìn)行新的開拓。

因此，監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)不能草率從事，不能馬虎，而應(yīng)兢兢業(yè)業(yè)，反復(fù)推敲，做到精心設(shè)計(jì)。

監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)有以下一些基本特性：

（1）目標(biāo)明確，包括主要目標(biāo)和次要目標(biāo)，都比較明確。

（2）監(jiān)測(cè)方案是由諸多要素形成的，因此，優(yōu)秀方案不只有一個(gè)。設(shè)計(jì)師應(yīng)該思想開放、思路開闊、大膽創(chuàng)新，在眾多設(shè)想中擇優(yōu)選用監(jiān)測(cè)方案。

（3）監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的思維勞動(dòng)，因此，它只能以個(gè)人作業(yè)方式進(jìn)行。在個(gè)人方案做出來以后，為避免片面性，再由相關(guān)人員組織討論、分析、修改、補(bǔ)充、完善，并最終確定最佳設(shè)計(jì)方案。

（4）監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)是在各種限制條件中進(jìn)行的，設(shè)計(jì)的自由局限在容許的可行范圍內(nèi)。其約束

主要來自科學(xué)技術(shù)原理、當(dāng)前可選儀器設(shè)備、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保及用戶需求等方面。

（5）監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)是一個(gè)“需要-尋找-評(píng)價(jià)”的反復(fù)過程，它是一種決策性的過程，一種將當(dāng)代技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)生活中的決策過程，因此，方案設(shè)計(jì)須經(jīng)過多次反復(fù)才能確定，有時(shí)是小反復(fù)，有時(shí)是大反復(fù)。

2 監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)的基本方法

監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)的基本方法主要有兩類：由整體到局部的設(shè)計(jì)方法和由局部到整體的設(shè)計(jì)方法。前者是主要方法，后者為輔助方法。

2.1 由整體到局部的設(shè)計(jì)方法

由整體到局部的設(shè)計(jì)方法是按由粗到細(xì)的原則，從監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能關(guān)系和被監(jiān)測(cè)建筑物結(jié)構(gòu)入手，首先提出總體設(shè)計(jì)，然后一步一步地深入，由“粗線條”到細(xì)節(jié)部分，用比較的方法，反復(fù)修改，逐步完成方案設(shè)計(jì)。這是監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)的主要方法，該方法的關(guān)鍵是“抓大放小”，抓大關(guān)系，各個(gè)環(huán)節(jié)不拘泥于細(xì)節(jié)，不具體化，較粗略，從而把握全局。

由整體到局部的設(shè)計(jì)要求在設(shè)計(jì)中抓重點(diǎn)，突出重點(diǎn)。因?yàn)榻ㄖ镆O(jiān)測(cè)的部位、要監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目可以數(shù)不勝數(shù)，如果不突出重點(diǎn)，安全監(jiān)測(cè)將無法進(jìn)行。當(dāng)前，只有通過仔細(xì)分析，找出影響大壩安全或能敏感反映大壩安全狀況的監(jiān)測(cè)內(nèi)容和關(guān)鍵部位，進(jìn)行有重點(diǎn)的、有針對(duì)性的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，由粗到細(xì)，實(shí)施少而精的監(jiān)測(cè)。

由整體到局部的設(shè)計(jì)要求把握全局進(jìn)行監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。大壩安全問題是一個(gè)四維時(shí)空問題，用有限的測(cè)點(diǎn)對(duì)它進(jìn)行監(jiān)控的時(shí)候，在突出重點(diǎn)的同時(shí)，還需兼顧全面，從監(jiān)控工程的安全出發(fā)，分層次設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面，形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩完整的監(jiān)控。

“由整體到局部”的方案設(shè)計(jì)有以下兩個(gè)主要階段。

2.1.1 總體設(shè)計(jì)階段

總體設(shè)計(jì)首先從被監(jiān)測(cè)的建筑物開始，接著就是把安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能、規(guī)模和建筑物的形狀、大小進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，初步確定監(jiān)測(cè)管理中心站、監(jiān)測(cè)管理站和監(jiān)測(cè)站的數(shù)量和位置，同時(shí)確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這里，關(guān)鍵是“抓大”，抓“粗線條”，不拘泥于細(xì)部，不具體化，著眼于大關(guān)系。

2.1.2 單項(xiàng)設(shè)計(jì)階段

單項(xiàng)設(shè)計(jì)是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上深入、細(xì)化，是將總體設(shè)計(jì)細(xì)化到各個(gè)細(xì)節(jié)部分。這一步工作，應(yīng)當(dāng)從位移監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)入手，而且應(yīng)當(dāng)是位移監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)為主。這樣既理順了關(guān)系，又突出了重點(diǎn)。單項(xiàng)設(shè)計(jì)的主要工作是測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)站的配置設(shè)計(jì)，以及測(cè)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)站的連接設(shè)計(jì)。這一步需要經(jīng)過反復(fù)比較、反復(fù)修正才能完成。

2.2 由局部到整體的設(shè)計(jì)方法

由局部到整體的設(shè)計(jì)方法是由單項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目這種局部單項(xiàng)入手，先做單項(xiàng)設(shè)計(jì)，然后根據(jù)被監(jiān)測(cè)建筑物的形體及業(yè)主的要求，按功能關(guān)系，運(yùn)用技術(shù)手段將各個(gè)細(xì)部天衣無縫地組合起來，完成整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更新改造及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完善化中較常采用。

由于有了規(guī)范、有了以往的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)資料，做單項(xiàng)設(shè)計(jì)并不難。由局部到整體的設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵是如何把已確定了的各個(gè)單項(xiàng)細(xì)節(jié)拼接起來，拼接時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）滿足功能連接；

（2）滿足各種傳感器和采集裝置之間的技術(shù)連接；

（3）滿足經(jīng)濟(jì)適用要求。

拼接組合各個(gè)單項(xiàng)監(jiān)測(cè)裝置時(shí)，主要的方法是“網(wǎng)絡(luò)接入”法。

3 監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)的步驟

監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)進(jìn)行的過程，這個(gè)過程主要經(jīng)歷以下四個(gè)步驟：了解需求→確定功能→構(gòu)思參數(shù)→過程保證。

這四個(gè)步驟相互體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的宗旨，前一個(gè)對(duì)后一個(gè)表示“設(shè)計(jì)要達(dá)到什么”，后一個(gè)對(duì)前一個(gè)表示“設(shè)計(jì)將如何達(dá)到它”。第一步是了解用戶需求，明白了設(shè)計(jì)要達(dá)到什么，比如設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定、可靠及適用的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。接著是第二步確定功能，將用戶需求轉(zhuǎn)化為功能需求，將用戶自動(dòng)化系統(tǒng)的要求轉(zhuǎn)化為自動(dòng)數(shù)據(jù)采集功能、自動(dòng)通信功能、存儲(chǔ)功能、報(bào)警功能、自檢功能、防雷功能、報(bào)表

制作功能等等功能目標(biāo)，回答設(shè)計(jì)將如何達(dá)到用戶要求。第二步確定功能后，對(duì)第三步又提出了設(shè)計(jì)要達(dá)到什么的問題，為了滿足確定了的功能，第三步需要構(gòu)思設(shè)計(jì)方案，確定設(shè)計(jì)參數(shù)，以表達(dá)設(shè)計(jì)將如何達(dá)到它。這時(shí)，設(shè)計(jì)師需要根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)構(gòu)思出一個(gè)解決方案并確認(rèn)一系列設(shè)計(jì)參數(shù)，比如監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置幾層、幾個(gè)監(jiān)測(cè)站、幾個(gè)采集單元、采用什么布置型式、什么連網(wǎng)型式、幾個(gè)監(jiān)測(cè)斷面、幾個(gè)測(cè)點(diǎn)布置、儀器精度、系統(tǒng)的平均無故障工作時(shí)間，等等。第三步確認(rèn)設(shè)計(jì)參數(shù)之后，對(duì)第四步又提出了設(shè)計(jì)要達(dá)到什么的問題，為了滿足這些設(shè)計(jì)參數(shù)，第四步需要構(gòu)思一個(gè)具體的實(shí)施辦法和一系列保證措施，如儀器選型、可靠性設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)，等等。

方案設(shè)計(jì)初稿出來后，緊接著是評(píng)審。根據(jù)評(píng)審結(jié)果，有時(shí)又得反復(fù)以上步驟。

這就是監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)的基本步驟。為了做好監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)，需要對(duì)每一步有充分的認(rèn)識(shí)。

第一步，在大壩安全監(jiān)測(cè)過程中，不斷地產(chǎn)生著各種各樣的需求。需求是設(shè)計(jì)的開始。設(shè)計(jì)師的任務(wù)就是運(yùn)用科學(xué)知識(shí)來滿足人們的需求。滿足需求是設(shè)計(jì)工作的出發(fā)點(diǎn)、核心和歸宿。設(shè)計(jì)中遇到的很多問題都可以歸結(jié)于對(duì)用戶的需求不清。需求不清常常導(dǎo)致設(shè)計(jì)失敗。因此，設(shè)計(jì)過程中最重要的一步是明確用戶的需求，理解用戶的需求。然而，明確用戶需求并不是一件容易的事，設(shè)計(jì)師務(wù)必下功夫，加以詳細(xì)的調(diào)查，理清楚一條條清晰而明確的用戶需求，絕不模棱兩可。還需要區(qū)分主要需求和次要需求，次要需求是有關(guān)設(shè)計(jì)方案的具體需求，次要需求太多將導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案成為某座電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的翻版。次要需求可以在設(shè)計(jì)過程中與用戶進(jìn)一步商恰。

第二步，設(shè)計(jì)師需要將用戶全部需求用功能性的詞語表達(dá)出來，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，包括主要目標(biāo)和次要目標(biāo)。這一步是對(duì)最終設(shè)計(jì)的概括描述，因此，要做到用戶需求一個(gè)不漏。在這個(gè)過程中，必須使用獨(dú)立公理來做出正確的設(shè)計(jì)決策。獨(dú)立公理是指功能需求必須始終保持相互獨(dú)立，不相互矛盾。如果功能不相互獨(dú)立，設(shè)計(jì)將極為困難。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能可以分為實(shí)用功能和審美功能，在滿足主要實(shí)用功能的同時(shí)，還要關(guān)注審美功能，做到儀器設(shè)備布置有序，各種線路井井有條，令人賞心悅目，給大壩增添生氣、靈氣。

第三步，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能明確后，隨即進(jìn)入創(chuàng)造性的概念設(shè)計(jì)，構(gòu)思設(shè)計(jì)參數(shù)。概念設(shè)計(jì)是一種形象思維方法。由局部到整體的方法設(shè)計(jì)時(shí)，因局部功能較少，通過形象思維，由功能轉(zhuǎn)為確認(rèn)設(shè)計(jì)參數(shù)也就比較容易；當(dāng)按由整體到局部的方法設(shè)計(jì)時(shí)，有許多必須滿足的功能，涉及的知識(shí)面廣，需要有多元的扎實(shí)的功底和智慧，設(shè)計(jì)難度較大。

這一步特別提倡創(chuàng)新，但是，創(chuàng)新并不只是潛意識(shí)中靈感的閃現(xiàn)，而是在不違背自然規(guī)律和社會(huì)道德的前提下，將新技術(shù)、新設(shè)備、新方法、新形象和新趨勢(shì)進(jìn)行思維再創(chuàng)造，是在不斷吐故納新和不斷吸納成功監(jiān)測(cè)方案精華的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展與改造。在創(chuàng)新構(gòu)思的過程中，人們總結(jié)了不少創(chuàng)新方法，這些方法在實(shí)踐創(chuàng)新的過程中得到了有效的應(yīng)用，并收到了良好的效果。但這些方法不是金科玉律，不是絕對(duì)的選擇，它僅僅提供了一種創(chuàng)新的基本思路。創(chuàng)新構(gòu)思的基本途徑可以分為兩條：一條是有中生新，屬于改造型創(chuàng)新構(gòu)思；另一條是無中生有，從潛意識(shí)出發(fā)，挖掘靈感潛質(zhì)，屬于萌發(fā)型的創(chuàng)新構(gòu)思。具體的內(nèi)容見圖1。

圖1 創(chuàng)新構(gòu)思方法Fig.1 Innovation of the design method

第四步，需要根據(jù)所掌握的現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)和新的監(jiān)測(cè)設(shè)施情況，構(gòu)思一個(gè)具體的實(shí)施辦法和一系列保證措施，使解決方案及一系列設(shè)計(jì)參數(shù)得以實(shí)現(xiàn)，常用方法有：

（1）做好儀器選型，確定儀器設(shè)施的性能指標(biāo)。

（2）進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)?？煽啃跃褪窃O(shè)計(jì)的方案今后運(yùn)行安全、可靠。為此，不僅要求選擇穩(wěn)定可靠且操作簡便的監(jiān)測(cè)方法和高精度儀器設(shè)備，而且要求選擇具有容差設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)儀器、具有自查功能的監(jiān)測(cè)儀器、具有可維修性的監(jiān)測(cè)儀器。對(duì)重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，在監(jiān)測(cè)方法使用上考慮兩種方法互校；采用分布式自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且輔以人工監(jiān)測(cè)互校，系統(tǒng)具有防雷功能，等等。

（3）進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

最后是對(duì)設(shè)計(jì)方案的評(píng)審。評(píng)審的意義在于選擇最佳方案。評(píng)審的準(zhǔn)則是“滿意”，因?yàn)樽罴逊桨竿ǔＪ墙⒃谝浴皾M意”為準(zhǔn)則的基礎(chǔ)之上的。方案評(píng)審的內(nèi)容主要有兩個(gè)：一個(gè)是對(duì)設(shè)計(jì)構(gòu)想的評(píng)審，另一個(gè)是對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的評(píng)審。

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

所謂優(yōu)化設(shè)計(jì)，就是從技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，求取工程問題的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

優(yōu)化設(shè)計(jì)方法可分為兩種，一種是現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，另一種是傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)是將實(shí)際問題加以數(shù)學(xué)描述，形成一組由數(shù)學(xué)表達(dá)式組成的數(shù)學(xué)模型（包括設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件），然后選擇一種最優(yōu)數(shù)值計(jì)算方法，通過計(jì)算機(jī)求解，得到一組最佳設(shè)計(jì)參數(shù)，即得設(shè)計(jì)的最優(yōu)解。

傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是針對(duì)實(shí)際問題，提出幾個(gè)設(shè)計(jì)方案，然后從技術(shù)經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)、系統(tǒng)使用角度進(jìn)行方案比較，取最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。由于傳統(tǒng)方法提出的設(shè)計(jì)方案有限，因此，所得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案通常是相對(duì)的。

大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)由于要求測(cè)點(diǎn)的布置、儀器的選用較為重要，約束條件較為寬松，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)站的設(shè)置常常聽從業(yè)主的意見，因此，當(dāng)前尚難于進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，難于建立數(shù)學(xué)模型，難于采用現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，仍然采用傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)量大面廣，設(shè)計(jì)中通常將整個(gè)系統(tǒng)按以下三個(gè)層次進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：最優(yōu)測(cè)點(diǎn)（傳感器）布置設(shè)計(jì)、最優(yōu)采集單元布置設(shè)計(jì)和最優(yōu)組網(wǎng)設(shè)計(jì)。

4.1 最優(yōu)測(cè)點(diǎn)及傳感器的布置設(shè)計(jì)

測(cè)點(diǎn)及傳感器的布置設(shè)計(jì)優(yōu)化的目標(biāo)是尋求適合于監(jiān)測(cè)目的的最少測(cè)點(diǎn)和最佳傳感器。

4.1.1 測(cè)點(diǎn)布置

測(cè)點(diǎn)布置優(yōu)化原則：突出重點(diǎn)，兼顧全面；一點(diǎn)多用，統(tǒng)籌安排。

4.1.2 傳感器選型

傳感器的選擇對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來說至關(guān)重要，它直接關(guān)系到數(shù)據(jù)的采集精度和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，所以應(yīng)盡量選擇性能好的傳感器。監(jiān)測(cè)儀器選型優(yōu)化的目標(biāo)是尋求適合于監(jiān)測(cè)目的的最簡單和最可靠的儀器設(shè)備。

傳感器選型優(yōu)化原則：傳感器精度高、靈敏度高，且穩(wěn)定、耐久、可靠，具有足夠的量程，滿足監(jiān)測(cè)的需要；傳感器結(jié)構(gòu)簡單、密封性好、元器件質(zhì)量高、堅(jiān)固耐用，埋設(shè)安裝方便，受施工干擾?。荒茉趷毫迎h(huán)境下正常工作；出現(xiàn)故障易于查找原因，易于修理或更換；性價(jià)比好。

4.2 最優(yōu)采集單元布置設(shè)計(jì)

采集單元的布置優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是尋求適合監(jiān)測(cè)目的的較少采集單元和最佳采集單元。

4.2.1 采集單元的布置

采集單元布置優(yōu)化原則：采集單元分散性原則（分散設(shè)置在靠近傳感器的地方）、區(qū)域性原則（同類傳感器相對(duì)集中）。

4.2.2 采集單元的選型

采集單元是在線采集系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，主要用于對(duì)系統(tǒng)中各類傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析處理、存儲(chǔ)和傳輸。它直接關(guān)系到數(shù)據(jù)的采集速度、采集精度和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，所以應(yīng)盡量選用性能優(yōu)越的采集單元。

采集單元選型優(yōu)化原則：具有較好的兼容性，可接受來自傳感器的頻率信號(hào)、電流信號(hào)、電壓信號(hào)、電感信號(hào)和電容信號(hào)；具有完善的數(shù)據(jù)采集功能；數(shù)據(jù)采集具有多種方式，且精度高、速度快；具有自查、自診斷功能；防雷及抗干擾性好；可靠性高；可維護(hù)性好。

4.3 最優(yōu)組網(wǎng)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的布置優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是尋求適合監(jiān)測(cè)目的的、既安全、方便又經(jīng)濟(jì)的傳輸網(wǎng)絡(luò)。

（1）網(wǎng)絡(luò)布置。網(wǎng)絡(luò)布置其實(shí)是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次的安排及各個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò)布置，其中結(jié)構(gòu)層次的安排又決定于監(jiān)測(cè)站（網(wǎng)絡(luò)管理單元）的布置。

網(wǎng)絡(luò)布置優(yōu)化原則：采用主從結(jié)構(gòu)的分層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)適應(yīng)工程及使用要求；通信方式應(yīng)適應(yīng)工程實(shí)際；采集系統(tǒng)滿足測(cè)點(diǎn)數(shù)量及一定的集中度；“監(jiān)測(cè)中心”及“監(jiān)測(cè)站”的軟件及硬件滿足工程需要，并滿足防雷及防斷電需要。

（2）網(wǎng)絡(luò)選型。網(wǎng)絡(luò)選型優(yōu)化原則：傳輸速度快、可靠性高、服務(wù)性好、使用業(yè)績好、性價(jià)比高。

5 方案設(shè)計(jì)中幾個(gè)需要注意的問題

5.1 方案設(shè)計(jì)前，需要做好資料收集工作

資料是否準(zhǔn)備充分關(guān)系到能否縮短設(shè)計(jì)時(shí)間、降低設(shè)計(jì)成本、保證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量等一系列問題，因此，要及時(shí)收集與設(shè)計(jì)相關(guān)的資料。

（1）收集設(shè)計(jì)任務(wù)書。這是第一步，任務(wù)書中有監(jiān)測(cè)目的、監(jiān)測(cè)內(nèi)容及監(jiān)測(cè)規(guī)模，同時(shí)應(yīng)了解業(yè)主的基本意圖，可為方案設(shè)計(jì)找到主線。

（2）收集工程資料。有關(guān)大壩的設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)報(bào)告都需要收集，并要了解大壩結(jié)構(gòu)分析成果、水力學(xué)計(jì)算成果，了解相關(guān)的科研成果，詳細(xì)地利用資料進(jìn)行深入分析，掌握工程主要問題是做好監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)的根本。

（3）收集同類工程的監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)資料。分析它們的規(guī)模、功能、總體結(jié)構(gòu)以及細(xì)部構(gòu)造等等，找出它們的成功和不足之處，為方案設(shè)計(jì)提供借鑒。最好能去有關(guān)水電站進(jìn)行一次調(diào)研。

（4）收集監(jiān)測(cè)設(shè)備資料，特別是最近最新的設(shè)備資料，包括通信網(wǎng)絡(luò)資料。監(jiān)測(cè)設(shè)備不僅僅是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的外形，更重要的是采集監(jiān)測(cè)資料的工具，因此需要考慮它的時(shí)代性及先進(jìn)性。

5.2 方案設(shè)計(jì)中要時(shí)刻把握住安全監(jiān)測(cè)的功能要求

安全監(jiān)測(cè)的功能要求體現(xiàn)了安全監(jiān)測(cè)的目的。監(jiān)測(cè)設(shè)備、監(jiān)測(cè)儀器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、軟件配置等都是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)目的的手段，方案設(shè)計(jì)中要時(shí)刻把握住安全監(jiān)測(cè)的功能要求。不能為設(shè)計(jì)而設(shè)計(jì)，更不能不顧實(shí)際進(jìn)行抄襲。因此，安全監(jiān)測(cè)的功能要落實(shí)到測(cè)點(diǎn)的布置上，如何以有限的測(cè)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的功能要求；安全監(jiān)測(cè)的功能要落實(shí)到儀器選型上，如何選擇穩(wěn)定、可靠、精度滿足要求、操作簡單、維護(hù)方便的儀器；安全監(jiān)測(cè)的功能要落實(shí)到網(wǎng)絡(luò)設(shè)置上，如何使網(wǎng)絡(luò)既準(zhǔn)又快地傳遞上、下雙方信息；安全監(jiān)測(cè)的功能要落實(shí)到軟件配置上，如何通過軟件使系統(tǒng)發(fā)揮更好的監(jiān)測(cè)功能。總之，方案設(shè)計(jì)中要時(shí)刻把握住安全監(jiān)測(cè)的功能要求，不忘安全監(jiān)測(cè)的目的。

5.3 發(fā)揮團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，嚴(yán)格按產(chǎn)品流程運(yùn)行，確保設(shè)計(jì)方案質(zhì)量

在監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)過程中，由于各種問題的本質(zhì)和現(xiàn)象并非十分清楚，容易為假象所蒙蔽，加上設(shè)計(jì)人員的業(yè)務(wù)水平、工作水平所限，設(shè)計(jì)中難免有錯(cuò)誤發(fā)生。因此，必須發(fā)揮團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，嚴(yán)格按產(chǎn)品流程運(yùn)行，及時(shí)做好前期設(shè)計(jì)工作的校核和審查，確保設(shè)計(jì)方案質(zhì)量。對(duì)于重要的工程，不僅要事后審查，而且可事前向有關(guān)專家進(jìn)行咨詢，以確定設(shè)計(jì)思路；對(duì)于大的工程，事中也可組織匯報(bào)會(huì)、討論會(huì)，避免設(shè)計(jì)中走彎路。

6 結(jié)語

（1）監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)是監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，它處于監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的第一階段，如果說設(shè)計(jì)是龍頭，方案設(shè)計(jì)則是龍頭的龍頭。監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)乃至安全監(jiān)測(cè)的成敗。

（2）監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)的基本方法主要有兩類：由整體到局部的設(shè)計(jì)方法和由局部到整體的設(shè)計(jì)方法。前者是主要方法，主要用于新壩設(shè)計(jì)；后者為輔助方法，主要用于老壩的更新改造。

（3）監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)有以下基本特性：

①優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案不只有一個(gè)；

②方案設(shè)計(jì)只能以個(gè)人作業(yè)方式進(jìn)行。在個(gè)人方案做出來以后，為避免片面性，再由相關(guān)人員組織討論、分析、修改、補(bǔ)充、完善，并最終確定最佳設(shè)計(jì)方案；

③監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)是一種決策性的過程，一種將當(dāng)代技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)生活中的決策過程，因此，方案設(shè)計(jì)需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，須經(jīng)過多次“需要-尋找-評(píng)價(jià)”的反復(fù)過程才能確定，有時(shí)是小反復(fù)，有時(shí)是大反復(fù)。

（4）監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)進(jìn)行的過程，這個(gè)過程主要經(jīng)歷以下四個(gè)步驟：了解需求→確定功能→構(gòu)思參數(shù)→過程保證。這四個(gè)步驟體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的宗旨，前一個(gè)對(duì)后一個(gè)表示“設(shè)計(jì)要達(dá)到什么”，后一個(gè)對(duì)前一個(gè)表示“設(shè)計(jì)將如何達(dá)到它”。

（5）方案設(shè)計(jì)中需要注意以下問題：

①方案設(shè)計(jì)前，需要做好資料收集工作，相關(guān)資料收集越全越好；

②方案設(shè)計(jì)中要時(shí)刻把握住安全監(jiān)測(cè)的功能要求；③發(fā)揮團(tuán)隊(duì)優(yōu)勢(shì)，嚴(yán)格按產(chǎn)品流程圖運(yùn)行，確保設(shè)計(jì)方案質(zhì)量。 ■

[1]DL/T 5178-2003,混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社,2003.

[2]DL/T 5259-2010,土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社,2010.

[3]DL/T 5211－2005,大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社,2005.

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The paper analyzed the design of the monitoring scheme in aspects such as its importance, characteristics,design principles and method as well as points for attention.

monitoring;scheme design;characteristic

TV698.1

A

1671-1092（2014）04-0001-05

2014-04-04

魏德榮（1941-），男，浙江嵊州人，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事大壩安全檢查及監(jiān)測(cè)信息研究工作。

Title:Design of the monitoring scheme//by WEI De-rong//Large Dam Safety Supervision Center of Na?tional Energy Administration