張 晨，馮永祥（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川成都，610051）

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雅礱江流域施工期水電站安全監(jiān)測信息化探討

張 晨，馮永祥
（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川成都，610051）

摘要：隨著水電工程建設(shè)能力的提高和規(guī)模的迅速發(fā)展，安全監(jiān)測要求也隨之提高。施工期監(jiān)測資料管理工作繁雜，數(shù)據(jù)處理工作量較大，如錦屏一級水電站有1萬余測點，人工數(shù)據(jù)采集、處理無法及時、快速、全面、準(zhǔn)確、可靠滿足工程施工期安全監(jiān)測等要求。隨著計算機軟件、硬件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，施工期安全監(jiān)測信息化管理正在逐步變?yōu)楝F(xiàn)實，通過安全監(jiān)測儀器接入自動化采集系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場自動數(shù)據(jù)采集，將采集上來的數(shù)據(jù)流接入監(jiān)測環(huán)網(wǎng)中再加以信息軟件處理后，可實現(xiàn)參建各方及時了解現(xiàn)場安全監(jiān)測儀器安裝、數(shù)據(jù)變化情況，為安全監(jiān)測儀器全生命周期管理以及后續(xù)電廠接手安全監(jiān)測工作奠定良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：施工期；安全監(jiān)測；信息化管理；資料整理

0　引言

目前，施工期水電站安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集主要通過人工讀取數(shù)據(jù)的方式開展，其對現(xiàn)場安全監(jiān)測技術(shù)要求較低，受現(xiàn)場人員數(shù)量限制，數(shù)據(jù)觀測頻次較低，且人為誤差較大，后期數(shù)據(jù)處理通過Excel實現(xiàn)初級數(shù)據(jù)統(tǒng)計和簡單的過程線繪制，且參建各方無法及時、準(zhǔn)確了解現(xiàn)場安全監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況。

雅礱江流域大壩安全信息管理系統(tǒng)，通過在施工期將安全監(jiān)測儀器接入自動化采集系統(tǒng)和人工數(shù)據(jù)導(dǎo)入等方式，實現(xiàn)現(xiàn)場定時采集安全監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過預(yù)先布設(shè)的光纖環(huán)網(wǎng)，將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通過權(quán)限設(shè)置，現(xiàn)場各參建單位可以登錄客戶端了解所需的安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，并開展相關(guān)圖表繪制和特征值統(tǒng)計工作。同時流域內(nèi)各電站現(xiàn)場服務(wù)器與成都中心站服務(wù)器聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程異地備份和流域集中管理監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1　傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理模式

電站施工期，傳統(tǒng)安全監(jiān)測數(shù)據(jù)管理工作主要基于Excel表格開展，現(xiàn)場將儀器埋設(shè)坐標(biāo)、儀器安裝基面、高程基面、率定參數(shù)、初始讀數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)都存到Excel表格里，為生成便于使用的成果資料，要進(jìn)行一定的公式計算，常規(guī)人工資料管理通過軟件可生成各種成果表及報表，包括月報表、年報表、以及系統(tǒng)整理的各種專項成果表等。各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的過程線、分布圖、相關(guān)性圖都通過Excel完成。

圖1　在Excel環(huán)境下多點位移計數(shù)據(jù)表格Fig.1 The data monitored by multi-point displacement meters stored in Excel

Excel軟件可以幫助用戶制作各種簡單的表格文檔，進(jìn)行數(shù)據(jù)計算，并能對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種統(tǒng)計運算后生成需要的表格，同時它還能形象地將大量枯燥無味的數(shù)據(jù)變?yōu)槎喾N漂亮的彩色商業(yè)圖表顯示出來，增強了數(shù)據(jù)的可視性，在小型工程安全監(jiān)測中能較好發(fā)揮其資料整理的作用，但對于大型水電工程安全監(jiān)測管理，則具有很大的局限性。

錦屏一級水電站工程施工建設(shè)初期，為了達(dá)到監(jiān)測專業(yè)化管理，雅礱江公司委托成立了安全監(jiān)測管理中心，管理職責(zé)主要包括安全監(jiān)測儀器采購和出入庫、數(shù)據(jù)檢查和校核、監(jiān)測信息研判和發(fā)布、監(jiān)測數(shù)據(jù)整編及審查、監(jiān)測資料分析。其中監(jiān)測數(shù)據(jù)和儀器資料管理是安全監(jiān)測中心的工作重點。

在安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)未進(jìn)入工程使用前，采用人工數(shù)據(jù)整理，安全監(jiān)測承包商建立各自Ex?cel數(shù)據(jù)工作表，隨著現(xiàn)場土建工程進(jìn)展，監(jiān)測儀器數(shù)量、類型逐步增加，監(jiān)測數(shù)據(jù)量愈來愈龐大，給安全監(jiān)測管理工作帶來了一系列的問題。各承包商把各自觀測的監(jiān)測數(shù)據(jù)定期發(fā)給安全監(jiān)測中心，安全監(jiān)測中心需投入大量的人力物力進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。雖然Excel具有強大的函數(shù)功能，也很難滿足海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的管理，尤其是需按相關(guān)部位和儀器類型統(tǒng)計時，由于Excel先天的不足，給現(xiàn)場數(shù)據(jù)管理工作帶來極大的工作量。由于前期現(xiàn)場未實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集，所有安全監(jiān)測儀器均需人工測讀，觀測頻次為1次/周，對重點部位和數(shù)據(jù)突變點加密觀測有點力不從心。

錦屏水電工程安全監(jiān)測觀測方式多樣，監(jiān)測點數(shù)量大，且由于工程自身的特殊性和復(fù)雜性，監(jiān)測周期較長，過程中產(chǎn)生了大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)量巨大的監(jiān)測數(shù)據(jù)和信息，靠人工方式來進(jìn)行整理、計算和分析，不僅勞動量大，而且效率低，具有很強的人為性，重點測點和重點部位無法引起關(guān)注。同時，監(jiān)測數(shù)據(jù)未聯(lián)網(wǎng)，參建各方無法及時、快速從監(jiān)測數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確獲取工程全面的監(jiān)測信息。此外，安全監(jiān)測儀器采購和出入庫管理的傳統(tǒng)方式采用人工填寫記錄單進(jìn)行記錄，儀器設(shè)備的耐水壓、電阻、出廠日期、安裝埋設(shè)資料通過Excel數(shù)據(jù)工作表逐點輸入儀器信息，由于項目部人員流動性強，資料極易流失，數(shù)據(jù)格式五花八門，給后續(xù)歸檔帶來極大麻煩。

2　信息化管理模式

鑒于錦屏一級水電站安全監(jiān)測數(shù)據(jù)量較大、蓄水周期長、現(xiàn)場數(shù)據(jù)量大等特點，錦屏建設(shè)管理局在施工期引入了施工期安全監(jiān)測自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和雅礱江流域大壩安全信息管理系統(tǒng)，對現(xiàn)場安全監(jiān)測設(shè)備實現(xiàn)從儀器到貨、數(shù)據(jù)采集、后期數(shù)據(jù)處理、月報生成全周期管理。

錦屏一級水電站施工期安全監(jiān)測自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由位于錦屏建設(shè)管理局后方的服務(wù)器、通訊光纖、信號轉(zhuǎn)換設(shè)備、NDA數(shù)據(jù)采集模塊、RS485、雙絞線、光纖通訊線組成，其組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。

將監(jiān)測電纜接入NDA數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)對各物理量進(jìn)行定時觀測以及加密觀測等功能。鑒于施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣、電源穩(wěn)定性差，各電纜集中牽引點設(shè)穩(wěn)壓電源且DAU模塊內(nèi)置蓄電池。設(shè)置一根RS485通訊線將監(jiān)測電纜集中點內(nèi)的所有DAU單元并聯(lián)起來，通過信號轉(zhuǎn)換設(shè)備將RS485信號轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號后，接入光貓后通過現(xiàn)場光纖環(huán)網(wǎng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送至位于后方營地的服務(wù)器中存儲。

圖2　錦屏水電工程施工期監(jiān)測自動化采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure of the automatic monitoring system during con?struction of Jinping hydropower plant

雅礱江流域大壩信息管理系統(tǒng)基于錦屏一級施工期安全監(jiān)測自動化采集系統(tǒng)之上，通過數(shù)據(jù)庫對接、Excel導(dǎo)入、人工直接輸入的方式將現(xiàn)場所有安全監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)、測點信息、儀器參數(shù)導(dǎo)入流域大壩系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，并通過電信光纖將現(xiàn)場安全監(jiān)測數(shù)據(jù)在位于成都的流域大壩中心備份，實現(xiàn)了錦屏水電工程安全監(jiān)測信息化管理。依托流域大壩系統(tǒng)完成現(xiàn)場施工期安全監(jiān)測數(shù)據(jù)管理及各種成果表和各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的過程線、分布圖、相關(guān)性圖的自動生成。在儀器資料信息化管理方面，使用安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)對儀器采購和出入庫管理能做到客觀性和溯源性。現(xiàn)場安全監(jiān)測管理中心將各儀器資料導(dǎo)入系統(tǒng)，可實現(xiàn)儀器從出廠到現(xiàn)場安裝率定再到數(shù)據(jù)采集，各類信息均可在信息系統(tǒng)中實現(xiàn)查詢和追根溯源。

現(xiàn)場安全監(jiān)測承包商接入流域大壩系統(tǒng)前，需在信息系統(tǒng)里建立測點信息屬性、多重測點歸類集合以及測點歷史數(shù)據(jù)映射，上述工作完成后系統(tǒng)可以自動在Excel數(shù)據(jù)工作表里讀取歷史數(shù)據(jù)及測點相關(guān)信息。安全監(jiān)測管理中心依托流域大壩系統(tǒng)，可以對承包商上傳的測點信息和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行計算公式編錄及數(shù)據(jù)檢查和校核，并對各測點進(jìn)行曲線圖繪制、特征值數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報告模板的定制以及測點圖形導(dǎo)航。系統(tǒng)界面見圖4，曲線圖及成果統(tǒng)計表見圖5。

安全監(jiān)測信息化管理優(yōu)化了各單位的工作流程，減少了紙質(zhì)資料的傳遞，降低了現(xiàn)場的工作強度，提升了管理水平，有利于監(jiān)測資料管理規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。

圖3　監(jiān)測系統(tǒng)布置圖Fig.3 Structure of the automatic monitoring system

圖4　安全監(jiān)測信息化系統(tǒng)管理界面Fig.4 The interface of the monitoring information management system

圖5　安全監(jiān)測信息化曲線圖及成果統(tǒng)計表管理Fig.5 Graph of monitoring data and the statistic results

3　兩種模式對比

隨著工控機、計算機軟、硬件和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，施工期自動化數(shù)據(jù)采集、后臺大數(shù)據(jù)處理的工程安全監(jiān)測信息化方式正在逐步取代傳統(tǒng)人工觀測、統(tǒng)計方式。傳統(tǒng)監(jiān)測模式相對來說上手快，只需要熟悉簡單的辦公軟件即可，對監(jiān)測人員素質(zhì)要求低，人員數(shù)量要求大，對現(xiàn)場自動化采集系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)和后臺支撐要求較少，適用于測點少和觀測時間短的臨時監(jiān)測管理。傳統(tǒng)資料管理模式最大缺陷就是人工采集數(shù)據(jù)頻次無法保障且人為錄入錯誤發(fā)生概率較大，參建各方無法及時了解現(xiàn)場安全監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況。

信息化管理模式通過網(wǎng)絡(luò)把現(xiàn)場自動化采集單元、后臺服務(wù)器、信息系統(tǒng)融合在一起。以承包商現(xiàn)場采集人工錄入Excel數(shù)據(jù)、自動化采集模塊上傳數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過權(quán)限設(shè)置讓監(jiān)理、安全監(jiān)測管理中心、設(shè)計、管理局相關(guān)部門查詢數(shù)據(jù)，相關(guān)管理單位可以通過流域大壩信息管理系統(tǒng)及時獲取工程監(jiān)測信息，及時研判監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。信息化管理模式可讓管理單位及時掌握工程安全性態(tài)，可以最大限度降低人為因素干擾。

信息化管理模式通過統(tǒng)一定制數(shù)據(jù)模板，可以將現(xiàn)場各家承包商提交的安全監(jiān)測數(shù)據(jù)格式進(jìn)行規(guī)范，且數(shù)據(jù)集中存儲、備份以防止丟失，后臺數(shù)據(jù)接口豐富，為數(shù)據(jù)二次開發(fā)和聯(lián)合分析提供了統(tǒng)一

平臺。雅礱江流域大壩信息管理系統(tǒng)具有強大的數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)處理和分析功能。現(xiàn)場安全監(jiān)測中工作量較大的數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)處理、分析整編等工作都可以便捷地實現(xiàn)或由系統(tǒng)一鍵完成，大幅降低工作人員的工作量。

信息化管理模式使運行期和施工期的信息在同一系統(tǒng)中存儲、處理和發(fā)布，不需要差別對待和標(biāo)識。系統(tǒng)從建設(shè)初期就可以為水電站提供信息管理服務(wù)，系統(tǒng)在施工期和運行期之間可實現(xiàn)安全監(jiān)測工作無縫銜接和平滑過渡。

4　結(jié)語

依托安全監(jiān)測信息管理系統(tǒng)，在拱壩建設(shè)史上首次進(jìn)行了拱壩全壩所有澆筑倉塊溫度監(jiān)測，4條引水隧洞充排水試驗、調(diào)壓井甩負(fù)荷試驗、工程邊坡和地下廠房實時在線監(jiān)測，所有安全監(jiān)測數(shù)據(jù)生成過程線圖，完成特征值統(tǒng)計后通過客戶端及時反饋給設(shè)計、承包商，實現(xiàn)了拱壩混凝土施工期溫度自動化監(jiān)控，邊坡、廠房實時在線監(jiān)測，同時所有監(jiān)測數(shù)據(jù)自動整合為后期報告編制，極大地減少了工作量，全面提升了施工期建設(shè)科技水平。

相對于傳統(tǒng)模式來說，信息化管理模式能夠提高現(xiàn)場工作效率、減少安全監(jiān)測人員數(shù)量、保障安全監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率、及時處理各類安全監(jiān)測數(shù)據(jù)并生成報告，但錦屏水電工程實施信息化管理模式仍然存在部分需要改進(jìn)的地方。首先在儀器資料信息化管理方面，儀器廠商可以將各儀器資料以數(shù)據(jù)庫的形式提交，通過數(shù)據(jù)庫對接實現(xiàn)出廠后的全生命周期管理。一支儀器從出廠到現(xiàn)場安裝率定，再到數(shù)據(jù)采集，各類信息均可在信息系統(tǒng)中實現(xiàn)查詢和追根溯源，減少人為誤差，簡單快捷地實現(xiàn)即時查詢。其次在施工期需盡快將監(jiān)測電纜集中牽引，現(xiàn)場承包商營地、現(xiàn)場值班房、設(shè)計樓、業(yè)主樓、監(jiān)理樓需采用光纖環(huán)網(wǎng)方式通訊，然后安全監(jiān)測儀器安裝埋設(shè)后需立刻將安全監(jiān)測儀器接入自動化采集系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場定時采集安全監(jiān)測數(shù)據(jù)。最后需對參建各方設(shè)置權(quán)限和職責(zé)，并督促各方及時開展各自工作。

錦屏水電工程施工期安全監(jiān)測信息化系統(tǒng)只是雅礱江流域水電開發(fā)有限公司在安全監(jiān)測信息化管理探索上的第一步，目前借助雅礱江流域大壩安全信息管理系統(tǒng)，已經(jīng)將二灘水電站、桐子林水電站、兩河口水電站、官地水電站、錦屏一級、二級水電站接入系統(tǒng)，實現(xiàn)安全監(jiān)測數(shù)據(jù)實時在線，接下來將隨流域的開發(fā)進(jìn)展適時接入新的電站。

作者郵箱：zhang_chen@ehdc.com.cn

Title:Informationization of safety monitoring in construction period of hydropower plants in Yalong River basin//by ZHANG Chen and FENG Yong-xiang//Yalong River Hydropower Development Co.，Ltd.

Abstract:As the development of hydropower projects，the requirements on safety monitoring are set higher.During construction，the monitoring data management is complicated and there is a large amount of data processing.Taking Jinping I hydropower plant as an example，due to more than 10 000 monitor?ing points，the manual data collection and processing can't meet the requirements for safety monitoring. As the advancement of software，hardware and internet technology，the informationization in construc?tion period is getting mature.By connection of the monitoring instruments and the automatic collection system，combined with the data processing by information software，all parties in construction may know clearly about the installation of monitoring instruments and the change of monitoring data，which lays a foundation for whole life cycle management and the further safety monitoring after completion.

Key words:construction period；safety monitoring；informationization；data compilation

中圖分類號：TV698.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-1092（2016）01-0023-04

收稿日期：2015-12-30

作者簡介：張 晨（1980-），男，湖南長沙人，高級工程師，主要從事工程安全監(jiān)測工作。