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        監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)淺論

        2014-02-28 02:37:04魏德榮
        大壩與安全 2014年4期
        關(guān)鍵詞:方案設(shè)計(jì)大壩測(cè)點(diǎn)

        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.

        [4]馮厚植,平申.工程設(shè)計(jì)方法導(dǎo)論[M].北京:航空工業(yè)出版社,1988.

        [5]Nam Pyo Suh著.公理設(shè)計(jì)——發(fā)展和應(yīng)用[M].謝友柏,袁小陽,徐華,董光能,等譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

        [6]樊超然.工業(yè)設(shè)計(jì)概論[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社, 2005.

        [7]黃志堅(jiān).工程技術(shù)基本規(guī)律與方法[M].北京:國防工業(yè)出社,2004.

        [8]廖榮慶.大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[J].水利水電快報(bào),2004,25(1):28-30.

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        [11]王德厚,楊栽和.三峽工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次優(yōu)化研究[J].長江科學(xué)院院報(bào),1997,14(3):23-26,34.

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        [13]郝長江.萬安水利樞紐壩基揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].人民長江,1992,23(12):36-39.

        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

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