黃文鈺，劉光洪，柳 翔，沈 靜，范振東

（1.廣東粵電新豐江發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東河源，517021；2.國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，311122；3.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州，311122）

1 項(xiàng)目概況

新豐江水電站位于廣東省河源市境內(nèi)東江支流新豐江的亞婆山峽谷處，距河源市區(qū)6 km。工程于1958年7月動(dòng)工，1959年10月下閘蓄水，整體工程于1969年9月竣工。水庫(kù)功能原設(shè)計(jì)以發(fā)電為主，2003年調(diào)整為防洪、供水、灌溉為主，兼顧發(fā)電和航運(yùn)。電站總裝機(jī)355 MW，共安裝4臺(tái)發(fā)電機(jī)組，最后一臺(tái)機(jī)組于1976年投產(chǎn)發(fā)電。水庫(kù)總庫(kù)容138.96億m3。水電站樞紐主要由大壩、壩后式廠房及放水洞等水工建筑物組成，大壩為混凝土單支墩大頭壩，最大壩高105 m，由19個(gè)寬18 m的單支墩大頭壩及兩岸重力壩段組成，經(jīng)過多次補(bǔ)強(qiáng)加固后，壩型近似于寬縫重力壩。

傳統(tǒng)的大壩安全管理業(yè)務(wù)存在大壩安全信息可視化弱、大壩安全評(píng)判及時(shí)性差及可信度低、巡檢工作管理難度大及成果利用率低、大壩安全管理短板不易識(shí)別、缺陷隱患消缺滯后、資料整編工作量巨大等眾多薄弱環(huán)節(jié)和業(yè)務(wù)痛點(diǎn)。新豐江大壩安全在線監(jiān)控與BIM建模智慧大壩管理平臺(tái)主要包括大壩三維展示、大壩安全在線監(jiān)控、大壩安全在線監(jiān)測(cè)管理、智能巡視檢查管理、缺陷隱患管理、報(bào)告智能整編、水工設(shè)備臺(tái)賬及文檔、任務(wù)管理等功能，對(duì)大壩安全各項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行信息化整合，全面解決以上業(yè)務(wù)痛點(diǎn)。其作為大壩安全管理業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)、工作支持和信息查詢的三維可視化平臺(tái)，是新豐江大壩安全管理的統(tǒng)一入口，能全面、準(zhǔn)確、及時(shí)收集大壩運(yùn)行管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，提供大壩安全各項(xiàng)業(yè)務(wù)的信息化流程和協(xié)同管理。同時(shí)通過對(duì)大壩安全信息的融合挖掘，依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)定，實(shí)現(xiàn)了大壩安全狀態(tài)的自動(dòng)融合、智能評(píng)判、閉環(huán)反饋、智能管控，以支撐新豐江發(fā)電公司對(duì)水電站大壩安全的標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化、精細(xì)化管理。

2 建設(shè)原則

新豐江水電站大壩安全在線監(jiān)控與BIM建模智慧大壩管理平臺(tái)的建設(shè)遵循以下原則：

（1）科學(xué)性：針對(duì)公司現(xiàn)有大壩安全管理工作的實(shí)際情況，并體現(xiàn)大壩安全管理工作的規(guī)律。

（2）合理性：適應(yīng)公司大壩安全運(yùn)行管理的需要，提升大壩安全管理工作效率和管理水平。

（3）規(guī)范性：遵循現(xiàn)有的法律、規(guī)章和標(biāo)準(zhǔn)，符合公司各個(gè)部門大壩安全管理工作的信息流程和標(biāo)準(zhǔn)。

（4）實(shí)用性：注重系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行和實(shí)際應(yīng)用效果，注重系統(tǒng)人機(jī)接口功能性，操作控制應(yīng)簡(jiǎn)潔、方便、靈活，易于運(yùn)行管理和維護(hù)。

（5）先進(jìn)性：立足國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，并面向未來(lái)發(fā)展方向，具有一定前瞻性、創(chuàng)新性和可擴(kuò)展性。

（6）安全性：在公司現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)安全體系的基礎(chǔ)上，采取必要的信息和網(wǎng)絡(luò)安全措施，確保網(wǎng)絡(luò)信息安全。

（7）可靠性：各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均應(yīng)達(dá)到行業(yè)要求，保證高可靠性，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

（8）高效性：改進(jìn)公司的大壩安全管理工作流程或方式，形成高效的工作方法和管理模式。

（9）擴(kuò)展性：提供良好的外部接口，滿足不同系統(tǒng)間交換數(shù)據(jù)的需要，同時(shí)支持管理模式和流程的改進(jìn)。

3 平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 平臺(tái)系統(tǒng)開發(fā)模式

新豐江水電站大壩安全在線監(jiān)控與BIM建模智慧大壩管理平臺(tái)系統(tǒng)采用瀏覽器/Web服務(wù)器（Browser/Web Server，B/S）模式，在包括全部辦公場(chǎng)所的廣域網(wǎng)內(nèi)提供無(wú)差別化應(yīng)用。

系統(tǒng)采用多層結(jié)構(gòu)，分別為數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯服務(wù)器層和表現(xiàn)層，通過對(duì)軟件層次結(jié)構(gòu)的抽象和組合，能夠?qū)?shù)據(jù)訪問、業(yè)務(wù)邏輯處理和用戶界面展示部分進(jìn)行分割和組裝，使軟件系統(tǒng)具備良好的伸縮性和靈活性，更好地適應(yīng)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、數(shù)據(jù)庫(kù)類型和不同層次用戶的特殊需求。

3.2 平臺(tái)系統(tǒng)框架

平臺(tái)系統(tǒng)按照功能自下而上分為應(yīng)用支撐平臺(tái)、數(shù)據(jù)集成、系統(tǒng)應(yīng)用和信息發(fā)布四個(gè)部分（圖1）。

圖1 平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)總體層次Fig.1 Structure of the system

（1）應(yīng)用支撐平臺(tái)：該平臺(tái)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐平臺(tái)，它所提供的應(yīng)用基本開發(fā)環(huán)境由一系列組件組成。通過配置形成對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的支撐，通過對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)群中資源和業(yè)務(wù)規(guī)則的調(diào)用、解釋、維護(hù)，驅(qū)動(dòng)業(yè)務(wù)操作，形成各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的統(tǒng)一工作平臺(tái)，使基于各平臺(tái)之間的業(yè)務(wù)系統(tǒng)能夠在一個(gè)嚴(yán)格定義的、統(tǒng)一的環(huán)境中運(yùn)行，從而提高系統(tǒng)互聯(lián)、互通、互操作和信息共享的能力。應(yīng)用支撐平臺(tái)為各類系統(tǒng)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)的硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和系統(tǒng)平臺(tái)軟件，是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

（2）數(shù)據(jù)集成：將系統(tǒng)包含的各類信息集成到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，包括大壩的全景影像和三維模型、安全監(jiān)控的規(guī)則與定義、在線監(jiān)測(cè)、缺陷隱患、巡檢、報(bào)告整編、設(shè)備臺(tái)帳等各類信息和文檔資料。系統(tǒng)提供專業(yè)的數(shù)據(jù)交換軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)上述各類信息的集成，數(shù)據(jù)交換軟件自動(dòng)運(yùn)行，對(duì)需要計(jì)算和處理的數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定的算法和流程自動(dòng)進(jìn)行處理。

（3）系統(tǒng)應(yīng)用：結(jié)合用戶實(shí)際工作中的要求，按照不同人員的管理職責(zé)和信息傳遞流程，對(duì)各類信息進(jìn)行專業(yè)處理。如對(duì)用戶的統(tǒng)一權(quán)限認(rèn)證、大壩安全監(jiān)控、在線監(jiān)測(cè)管理、缺陷隱患管理、巡視檢查管理、報(bào)告整編等。

（4）信息展示：對(duì)系統(tǒng)中包含的各類信息進(jìn)行展示，用戶能夠通過瀏覽器、移動(dòng)終端等多種方式訪問所需要的信息。對(duì)于不同的用戶，根據(jù)權(quán)限確定其能夠訪問的信息范圍。

上述各個(gè)部分在功能上有明確的分工，并在內(nèi)部協(xié)同配合，完成整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)訪問、信息入庫(kù)、信息管理、信息查詢、信息綜合分析與監(jiān)控等流程，并根據(jù)不同層次用戶的特點(diǎn)和要求，向用戶提供多種訪問方式和特定的內(nèi)容。

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

采用大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Server 2012進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，采用實(shí)體-聯(lián)系模型（簡(jiǎn)稱E-R模型）進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，實(shí)體劃分界限清晰，避免漏項(xiàng)和重復(fù)冗余。

數(shù)據(jù)庫(kù)編碼在遵循國(guó)家級(jí)編碼規(guī)范基礎(chǔ)上，既充分考慮現(xiàn)有的業(yè)務(wù)，也預(yù)估了未來(lái)的需求。本系統(tǒng)編碼主要參照GB/T 7027—2002《信息分類和編碼的基本原則與方法》、SL 325—2014《水質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及標(biāo)識(shí)符規(guī)定》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

3.4 平臺(tái)功能模塊

（1）三維展示：新豐江水電站三維展示模塊為該平臺(tái)的核心模塊之一。對(duì)水電站樞紐區(qū)進(jìn)行360°全景傾斜攝影，建立全景影像，采用BIM技術(shù)建立大壩等主要水工建筑物的三維模型。通過二三維多源數(shù)據(jù)展示，多角度實(shí)現(xiàn)電站補(bǔ)強(qiáng)加固、監(jiān)測(cè)監(jiān)控、現(xiàn)場(chǎng)檢查，以及隱患的可視化與信息化管理，幫助用戶多角度、多方面了解水庫(kù)工情與管理情況，快速掌握電站全局信息。

（2）在線監(jiān)測(cè)：在線監(jiān)測(cè)管理模塊為該平臺(tái)的核心模塊之一，主要包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、測(cè)點(diǎn)管理、監(jiān)測(cè)管理、離線分析、圖形管理等功能模塊。

（3）安全監(jiān)控：安全監(jiān)控模塊為該平臺(tái)的核心模塊之一，主要包括評(píng)判展示、評(píng)判設(shè)置、任務(wù)管理等功能模塊。將監(jiān)測(cè)信息、巡視檢查和結(jié)構(gòu)信息快速計(jì)算結(jié)果等多源信息進(jìn)行融合分析、逐級(jí)評(píng)判，最終得出綜合評(píng)判結(jié)論，實(shí)現(xiàn)大壩安全評(píng)判從“單一信息”向“多源信息”、“靜態(tài)”向“動(dòng)態(tài)”、“人工”到“智能”、“碎片化”到“共享化”的重要升級(jí)，確保更及時(shí)、高效地發(fā)現(xiàn)缺陷和隱患，實(shí)時(shí)精準(zhǔn)評(píng)判大壩安全狀況。

（4）巡檢管理：巡檢管理模塊為該平臺(tái)的核心模塊之一，主要包括巡檢記錄、缺陷查詢、巡檢報(bào)告、任務(wù)管理、方案管理、高級(jí)設(shè)置等功能模塊。開發(fā)手機(jī)版巡視檢查APP，實(shí)現(xiàn)巡檢任務(wù)和成果的數(shù)字化；將巡檢目標(biāo)對(duì)象化，實(shí)現(xiàn)巡檢工作的全信息化流程管理；自動(dòng)發(fā)起巡檢任務(wù)，根據(jù)巡檢頻次和巡檢內(nèi)容等要求，自動(dòng)提醒、規(guī)劃巡檢路線及巡檢內(nèi)容；用戶按固定路線，通過NFC近場(chǎng)通訊技術(shù)，采用手機(jī)打卡巡檢，巡檢APP自動(dòng)提醒用戶所在區(qū)域需要檢查的項(xiàng)目、方法、內(nèi)容和可能的結(jié)果；用戶在APP中錄入結(jié)果、拍攝影像，完成巡檢工作；最后在平臺(tái)上自動(dòng)生成巡檢報(bào)告。巡檢信息能自動(dòng)轉(zhuǎn)化為評(píng)判信息，參與大壩安全評(píng)判。

（5）資料整編：資料整編模塊為該平臺(tái)的核心模塊之一，主要包括母版管理、模板管理、大綱管理、報(bào)告管理等功能模塊。可通過預(yù)設(shè)模板和任務(wù)預(yù)定，自動(dòng)進(jìn)行常規(guī)性監(jiān)測(cè)資料的整編、統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)整編報(bào)告自動(dòng)生成?？缮傻膱?bào)告包括監(jiān)測(cè)資料整編的月報(bào)、年報(bào)及長(zhǎng)系列的資料分析報(bào)告等，也可自動(dòng)生成實(shí)時(shí)的分析報(bào)告。

（6）隱患管理：可以對(duì)各類隱患進(jìn)行錄入、認(rèn)定、消除等全流程管理。

（7）設(shè)備管理：可以管理各類部位或設(shè)備的基本信息、維護(hù)記錄、歷史文檔等。

（8）信息共享：可以發(fā)布各類通知公告、工作動(dòng)態(tài)、文件資料等。

（9）系統(tǒng)管理：包括角色權(quán)限管理、用戶管理、日志管理等功能模塊。

4 運(yùn)行情況分析

截至2021年10月9日，平臺(tái)各大模塊的運(yùn)行情況總結(jié)如下：

（1）三維BIM建模及展示模塊：共制作上游壩面、下游壩面、邊坡、壩頂、出水口、溢洪道、滑坡體等全景點(diǎn)位21個(gè)。在BIM中分期展示了原始?jí)味?、一期加固、二期加固、大頭加固、108裂縫修補(bǔ)等部位和結(jié)構(gòu)的具體形態(tài)；對(duì)引張線、視準(zhǔn)線、垂線、揚(yáng)壓力、水準(zhǔn)測(cè)量等觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行了建模。在BIM中共建模366個(gè)。同時(shí)利用傾斜攝影技術(shù)對(duì)壩址周圍360 000 m2的地域進(jìn)行了三維掃描與建模。

（2）在線監(jiān)測(cè)模塊：錄入測(cè)值數(shù)據(jù)1 019 094條。

（3）安全監(jiān)控模塊：進(jìn)行了1 018次大壩安全狀態(tài)評(píng)判。

（4）巡檢管理模塊：設(shè)置巡檢對(duì)象98個(gè)、巡檢路線7條；生成巡檢記錄100條、巡檢報(bào)告100份。

（5）隱患管理模塊：共錄入待認(rèn)定隱患1條。

（6）設(shè)備管理模塊：共對(duì)31個(gè)部位或設(shè)備進(jìn)行了管理。

（7）資料整編模塊：共新增模板176個(gè)、大綱12個(gè)，生成報(bào)告13份。

（8）信息共享模塊：共發(fā)布文件5份。

（9）系統(tǒng)管理模塊：共添加用戶16個(gè)、日志1 575條。

（10）巡檢APP功能已實(shí)現(xiàn)，使用正常。

5 結(jié)語(yǔ)

新豐江水電站大壩安全在線監(jiān)控與BIM建模智慧大壩管理平臺(tái)各模塊功能已開發(fā)完成，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)大壩安全業(yè)務(wù)管理的實(shí)際需求進(jìn)行了修改完善，目前平臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)的預(yù)期目標(biāo)。

該平臺(tái)率先實(shí)現(xiàn)了大壩安全在線監(jiān)控技術(shù)的推廣應(yīng)用，填補(bǔ)了大壩安全全業(yè)務(wù)智能化管理平臺(tái)應(yīng)用的空白，為新豐江水電站的管理人員實(shí)時(shí)掌控大壩運(yùn)行性態(tài)和安全狀態(tài)創(chuàng)造了條件，進(jìn)一步提高了大壩安全日常管理工作的規(guī)范性、工作效率與質(zhì)量，提升了新豐江水電站大壩運(yùn)行安全管理能力與水平。

平臺(tái)建設(shè)同時(shí)考慮了擴(kuò)展性，能適應(yīng)廣東省能源集團(tuán)水電站大壩安全統(tǒng)一管理模式的需求，方便大壩安全在線監(jiān)控與智慧大壩管理平臺(tái)在集團(tuán)內(nèi)的無(wú)縫升級(jí)。