王樹寶 趙義春

中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，中國·吉林 長春 130061

大壩安全監(jiān)測；信息化管理；應(yīng)用

1 引言

在大壩運行的過程中，通過相關(guān)檢測設(shè)備以及現(xiàn)場巡查等方式對大壩的具體運行情況進行數(shù)據(jù)采集和分析的過程為大壩的安全監(jiān)測過程。通過有效的數(shù)據(jù)收集可以得到當(dāng)前大壩的實際運行狀態(tài)，并對數(shù)據(jù)進行處理和分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)大壩運行過程中存在的安全風(fēng)險，幫助技術(shù)人員和管理人員及時采取針對性措施進行處理，避免風(fēng)險的進一步擴大而造成安全事故，使得大壩的功能能夠得以正常穩(wěn)定的發(fā)揮。

2 大壩安全信息監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 設(shè)計成果管理

大壩建設(shè)持續(xù)時間較長，后續(xù)的維護和安全監(jiān)督工作需要的注意事項較多，需要結(jié)合大壩的實際運行狀態(tài)和運行要求，合理的進行管理和分析。首先，需要對大壩建設(shè)運行的不同階段進行管理，保證大壩所有的變更資料、地質(zhì)資料以及設(shè)計資料能夠得到合理的分析以及控制，全面提升整體系統(tǒng)的建設(shè)水平。其次，還需要針對大壩建設(shè)過程中的所有的數(shù)據(jù)資料信息進行分析和調(diào)整，保證工程管理更加的全面化和系統(tǒng)化，注意工程項目建設(shè)的細節(jié)。在數(shù)據(jù)監(jiān)測的過程中，還需要實現(xiàn)對大壩安全信息監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的全流程管理，通過管理合同結(jié)算等方式對大壩建設(shè)和運行過程中產(chǎn)生的各種資料進行調(diào)閱和查詢，保證大壩整體的監(jiān)督管理效果。[1]

2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)主要包括整理輸出和數(shù)據(jù)輸入兩部分內(nèi)容，其中數(shù)據(jù)整體輸出包括監(jiān)測圖表、分析報告以及監(jiān)測成果。所設(shè)計的大壩監(jiān)控安全信息化管理系統(tǒng)需要包括數(shù)據(jù)信息采集、數(shù)據(jù)信息審核、數(shù)據(jù)信息入庫以及數(shù)據(jù)成果輸出等各項功能。[2]設(shè)計人員需要結(jié)合大壩當(dāng)前的運行方式以及運行狀態(tài)，結(jié)合大壩的數(shù)據(jù)整理需求合理的進行系統(tǒng)的設(shè)計與規(guī)劃。

2.3 環(huán)境信息的管理

大壩運行過程中的環(huán)境信息數(shù)據(jù)主要包括各方位的開挖信息、支護信息、混凝土澆筑信息以及水文氣象和地震信息等相關(guān)內(nèi)容，在建設(shè)的大壩管理信息化系統(tǒng)中，所要實現(xiàn)的功能包括查詢功能、調(diào)用功能等相關(guān)內(nèi)容。

3 大壩安全監(jiān)測信息化系統(tǒng)的建設(shè)

3.1 大壩安全監(jiān)測人工子系統(tǒng)

水庫大壩人工監(jiān)測子系統(tǒng)主要包括巡查監(jiān)視以及儀器檢測兩部分內(nèi)容。其中，人工監(jiān)測子系統(tǒng)需要嚴(yán)格按照建筑物環(huán)境觀測的時間要求，實現(xiàn)儀器、人員、時間以及測量頻率的固定，并隨時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的隨時觀測、隨時計算、隨時記錄、隨時審核以及隨時分析，及時對大壩運行的各種數(shù)據(jù)信息進行采集，掌握大壩整體的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)大壩運行過程中安全隱患并采取可靠的措施進行解決。[3]

3.2 自動化監(jiān)測子系統(tǒng)

為了全面提升大壩監(jiān)控系統(tǒng)運行的智能化水平和自動化水平，并保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的靈活性和準(zhǔn)確性，對大壩的運行狀態(tài)進行及時可靠的掌握，還需要建立起科學(xué)的自動化監(jiān)測子系統(tǒng)，通過實時采集和上傳現(xiàn)有的單元的監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)，及時掌握大壩運行的發(fā)展趨勢以及運行工況，并通過與上位智能預(yù)測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的分析和共享，從而可以及時評估大壩的安全情況。可以在大壩的相關(guān)位置設(shè)置專門的數(shù)據(jù)采集單元，對大壩運行的應(yīng)力數(shù)據(jù)、變形數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、應(yīng)變數(shù)據(jù)以及接縫數(shù)據(jù)等進行自動的科學(xué)的采集，并通過光纖系統(tǒng)將數(shù)據(jù)上傳到中央控制器中，實現(xiàn)自動化監(jiān)測系統(tǒng)以及人工監(jiān)測系統(tǒng)的全面管理。同時，還需要根據(jù)安全監(jiān)測信息化系統(tǒng)以及水庫大壩工程規(guī)模的相關(guān)要求，在水電站樞紐自動化監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中納入所有的大壩監(jiān)測子系統(tǒng)，結(jié)合大壩的規(guī)模設(shè)置合理的信息化采集終端點的數(shù)量。水庫大壩安全監(jiān)測信息化系統(tǒng)的建設(shè)可以為水庫大壩運行提供重要的生產(chǎn)支持，實現(xiàn)控制中心、生產(chǎn)現(xiàn)場以及生產(chǎn)后方等全方位、多層次的監(jiān)測和管理，保證大壩運行的穩(wěn)定性和安全性，提高大壩運行的經(jīng)濟效益。

4 大壩安全監(jiān)測信息化管理的應(yīng)用

4.1 大壩安全管理信息系統(tǒng)的架構(gòu)

大壩工程項目相關(guān)安全管理單位以及部門在進行系統(tǒng)化管理的過程中，需要結(jié)合自身的管理范圍及管理職責(zé)，建立起對應(yīng)的信息共享系統(tǒng)，要求這些系統(tǒng)能夠囊括大壩運行的方方面面，并在大壩的安全管理的信息系統(tǒng)架構(gòu)中發(fā)揮應(yīng)有的作用和價值。作為大壩安全管理信息化的藍圖，大壩安全信息的信息系統(tǒng)架構(gòu)給出了大壩整體的信息管理系統(tǒng)，對于安全信息化管理具有有效的指導(dǎo)和控制作用。目前，大壩安全管理的信息系統(tǒng)包括水庫大壩基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)、大壩安全法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)管理系統(tǒng)、水庫運行管理信息系統(tǒng)、水文自動測報系統(tǒng)、水庫注冊登記系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、洪水預(yù)警系統(tǒng)、水庫調(diào)度決策支持系統(tǒng)等各項信息系統(tǒng)。大壩安全管理信息系統(tǒng)的總體架構(gòu)可以從功能上將其分成四大類，主要包括預(yù)報預(yù)警、調(diào)度決策、監(jiān)測控制以及基礎(chǔ)信息。

4.2 展示監(jiān)測結(jié)果

在大壩安全監(jiān)測信息化管理系統(tǒng)應(yīng)用和投產(chǎn)之后，可以結(jié)合監(jiān)測信息化平臺全面系統(tǒng)地展示大壩的監(jiān)測成果，利用高分辨率顯示技術(shù)、三維技術(shù)和傳感器技術(shù)，可以對大壩的運行狀況構(gòu)建仿真模型，實現(xiàn)可視化和三維化的特點。同時，利用網(wǎng)絡(luò)計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)以及仿真技術(shù)，還可以整體的分析大壩的安全運行狀況。[4]利用三維立體顯示技術(shù)可以綜合判斷大壩可能出現(xiàn)的安全隱患以及大壩未來的發(fā)展變化趨勢，實現(xiàn)對大壩控制的可視化管理，利用虛擬仿真技術(shù)可以演示大壩水位的升降變化情況，為技術(shù)人員管理方案以及應(yīng)急制度的制定提供有效的數(shù)據(jù)參考。

4.3 分析評價和預(yù)警

結(jié)合大壩所監(jiān)測得到的安全數(shù)據(jù)，應(yīng)用預(yù)測模型、統(tǒng)計模型、專業(yè)數(shù)據(jù)模型以及確定性模型等相關(guān)的方法對數(shù)據(jù)進行檢查和分析，并開展自定義斷面和設(shè)計斷面的統(tǒng)計工作。結(jié)合檢查形式的結(jié)果，按照監(jiān)測部位、監(jiān)測項目以及物理過程等對監(jiān)測的結(jié)果進行綜合性的分析，從而可以自動評估大壩的工作性態(tài)分析結(jié)果，能夠自動的生成大量的表格數(shù)據(jù)信息、圖像信息以及圖形信息，并自動得到安全預(yù)測分析報告?？梢詫踩[患信息及時地傳送給相關(guān)人員和相關(guān)單位，實現(xiàn)安全信息的發(fā)布以及自動預(yù)警工作，有效避免大壩安全問題的發(fā)生，提高大壩管理的科學(xué)性和有效性。

4.4 及時發(fā)現(xiàn)大壩設(shè)備存在的缺陷

在運行大壩安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)過程之后，可以對大壩設(shè)備運行安全進行及時可靠的掌握和了解，并在系統(tǒng)監(jiān)控子系統(tǒng)并網(wǎng)運行后可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的相關(guān)缺陷及故障。例如在大壩技術(shù)人員審核數(shù)據(jù)的過程中，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果及時發(fā)現(xiàn)各部位和各系統(tǒng)存在的問題，并采取措施進行解決，實現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位以及設(shè)備的有效恢復(fù)[5]。其次，系統(tǒng)還可以掌握現(xiàn)場終端自動化設(shè)備的故障缺陷部位，降低技術(shù)人員維護和修復(fù)的難度，減少技術(shù)人員的工作強度，確保監(jiān)測信息化系統(tǒng)能夠連續(xù)、持續(xù)、安全的運營。

4.5 快速反應(yīng)機制的綜合應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是信息技術(shù)的迅猛進步，在大壩安全監(jiān)測過程中可以應(yīng)用信息化技術(shù)對大壩周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)內(nèi)容進行自動化等實時采集，從而能夠為快速反應(yīng)機制的構(gòu)建提供有效的數(shù)據(jù)參考，并能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)成的科學(xué)性和全面性，實現(xiàn)系統(tǒng)的無縫銜接和快速反應(yīng)?？焖俜磻?yīng)機制的構(gòu)建的功能特點是需要通過多種信息系統(tǒng)共同組成，能夠?qū)崿F(xiàn)及時響應(yīng)和實施控制的功能，比如在大壩遭受事故或者破壞之后，很容易出現(xiàn)安全隱患，這樣通過快速反應(yīng)機制系統(tǒng)的構(gòu)建，能夠?qū)Π踩O(jiān)測數(shù)據(jù)進行全面及時的獲得，并且快速處理大壩受到的影響情況和安全隱患問題。在大壩的信息化管理過程中，主要是通過大壩現(xiàn)場中動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)以及大壩的振動情況監(jiān)測，實現(xiàn)快速反應(yīng)機制的構(gòu)建，可以將相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入到共享服務(wù)器中，通過對數(shù)據(jù)進行跟蹤，明確預(yù)警部位以及預(yù)警區(qū)域，并適當(dāng)?shù)剡M行信息內(nèi)容的調(diào)度。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超過預(yù)警值可以馬上啟動前段數(shù)據(jù)監(jiān)測信息對數(shù)據(jù)進行自動的分析和處理，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集方案的綜合性判斷，調(diào)用專業(yè)的監(jiān)控信息和數(shù)據(jù)模型，對相關(guān)視頻數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)的信息進行全面的分析和判斷，并自動生成安全預(yù)測分析報告，提供專業(yè)真實的數(shù)據(jù)信息參考。

需要注意的是，在長時間的大壩的運營之后大壩很容易受到其他情況和地面運動而導(dǎo)致破損和斷裂的問題。因此，必須要加強對大壩的震動安全的檢測工作，應(yīng)用相關(guān)專業(yè)的儀器對大壩地面運動的情況進行系統(tǒng)科學(xué)的分析，從而能夠為地震抗震設(shè)計以及地震強度的預(yù)算提供準(zhǔn)確的參考，為強震記錄的實施處理發(fā)出緊急預(yù)案，及時避免震動對大巴造成的損害。由于相關(guān)設(shè)備并不能夠時刻記錄地震過程，只有震動強度超過指標(biāo)時才能夠觸發(fā)設(shè)備的工作。尤其是在大壩的軸線和廊道等區(qū)域范圍，要進行全面的處理，通過利用全天候的在線工作方式對整個數(shù)據(jù)信息進行自動化采集，如果發(fā)生強震動事件，則應(yīng)該對監(jiān)測數(shù)據(jù)子系統(tǒng)進行判斷，并且要立即送入數(shù)據(jù)共享服務(wù)器之中。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和信息時代的全面到來，開展大壩的安全管理及信息化管理是十分必要的。通過構(gòu)建大壩安全全面監(jiān)測信息化系統(tǒng)可以對大壩的運行狀態(tài)、監(jiān)測隱患進行系統(tǒng)科學(xué)的監(jiān)測，實現(xiàn)大壩相關(guān)數(shù)據(jù)的實時收集及處理，保證大壩的安全可靠地運行，提升大壩整體管理的效果和質(zhì)量。