淺談大壩安全監(jiān)測信息化管理及應(yīng)用

王樹寶 趙義春

中水東北勘測設(shè)計(jì)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(yùn)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(duì)大壩的具體運(yùn)行情況進(jìn)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(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)大壩運(yùn)行過程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，幫助技術(shù)人員和管理人員及時(shí)采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理，避免風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)一步擴(kuò)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(jì)

2.1 設(shè)計(jì)成果管理

大壩建設(shè)持續(xù)時(shí)間較長，后續(xù)的維護(hù)和安全監(jiān)督工作需要的注意事項(xiàng)較多，需要結(jié)合大壩的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行要求，合理的進(jìn)行管理和分析。首先，需要對(duì)大壩建設(shè)運(yùn)行的不同階段進(jìn)行管理，保證大壩所有的變更資料、地質(zhì)資料以及設(shè)計(jì)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(duì)大壩建設(shè)過程中的所有的數(shù)據(jù)資料信息進(jìn)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(xiàng)目建設(shè)的細(xì)節(jié)。在數(shù)據(jù)監(jiān)測的過程中，還需要實(shí)現(xiàn)對(duì)大壩安全信息監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全流程管理，通過管理合同結(jié)算等方式對(duì)大壩建設(shè)和運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各種資料進(jìn)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(bào)告以及監(jiān)測成果。所設(shè)計(jì)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(xiàng)功能。[2]設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合大壩當(dāng)前的運(yùn)行方式以及運(yùn)行狀態(tài)，結(jié)合大壩的數(shù)據(jù)整理需求合理的進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃。

2.3 環(huán)境信息的管理

大壩運(yùn)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(hù)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(shí)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(shí)間要求，實(shí)現(xiàn)儀器、人員、時(shí)間以及測量頻率的固定，并隨時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的隨時(shí)觀測、隨時(shí)計(jì)算、隨時(shí)記錄、隨時(shí)審核以及隨時(shí)分析，及時(shí)對(duì)大壩運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，掌握大壩整體的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)大壩運(yùn)行過程中安全隱患并采取可靠的措施進(jìn)行解決。[3]

3.2 自動(dòng)化監(jiān)測子系統(tǒng)

為了全面提升大壩監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的智能化水平和自動(dòng)化水平，并保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的靈活性和準(zhǔn)確性，對(duì)大壩的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行及時(shí)可靠的掌握，還需要建立起科學(xué)的自動(dòng)化監(jiān)測子系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)采集和上傳現(xiàn)有的單元的監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，及時(shí)掌握大壩運(yùn)行的發(fā)展趨勢以及運(yùn)行工況，并通過與上位智能預(yù)測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和共享，從而可以及時(shí)評(píng)估大壩的安全情況?？梢栽诖髩蔚南嚓P(guān)位置設(shè)置專門的數(shù)據(jù)采集單元，對(duì)大壩運(yùn)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(jìn)行自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)以及人工監(jiān)測系統(tǒng)的全面管理。同時(shí)，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(dòng)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(diǎn)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(yùn)行提供重要的生產(chǎn)支持，實(shí)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(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，提高大壩運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(xiàng)目相關(guān)安全管理單位以及部門在進(jìn)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(duì)應(yīng)的信息共享系統(tǒng)，要求這些系統(tǒng)能夠囊括大壩運(yùn)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(jià)值。作為大壩安全管理信息化的藍(lán)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(duì)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(yùn)行管理信息系統(tǒng)、水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)、水庫注冊(cè)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(xiàng)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(bào)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(tái)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(duì)大壩的運(yùn)行狀況構(gòu)建仿真模型，實(shí)現(xiàn)可視化和三維化的特點(diǎn)。同時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)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(yùn)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(píng)價(jià)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(jì)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和分析，并開展自定義斷面和設(shè)計(jì)斷面的統(tǒng)計(jì)工作。結(jié)合檢查形式的結(jié)果，按照監(jiān)測部位、監(jiān)測項(xiàng)目以及物理過程等對(duì)監(jiān)測的結(jié)果進(jìn)行綜合性的分析，從而可以自動(dòng)評(píng)估大壩的工作性態(tài)分析結(jié)果，能夠自動(dòng)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(dòng)得到安全預(yù)測分析報(bào)告?？梢詫踩[患信息及時(shí)地傳送給相關(guān)人員和相關(guān)單位，實(shí)現(xiàn)安全信息的發(fā)布以及自動(dòng)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(shí)發(fā)現(xiàn)大壩設(shè)備存在的缺陷

在運(yùn)行大壩安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)過程之后，可以對(duì)大壩設(shè)備運(yùn)行安全進(jìn)行及時(shí)可靠的掌握和了解，并在系統(tǒng)監(jiān)控子系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行后可以及時(shí)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(shí)發(fā)現(xiàn)各部位和各系統(tǒng)存在的問題，并采取措施進(jìn)行解決，實(shí)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(dòng)化設(shè)備的故障缺陷部位，降低技術(shù)人員維護(hù)和修復(fù)的難度，減少技術(shù)人員的工作強(qiáng)度，確保監(jiān)測信息化系統(tǒng)能夠連續(xù)、持續(xù)、安全的運(yùn)營。

4.5 快速反應(yīng)機(jī)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(jìn)步，在大壩安全監(jiān)測過程中可以應(yīng)用信息化技術(shù)對(duì)大壩周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行自動(dòng)化等實(shí)時(shí)采集，從而能夠?yàn)榭焖俜磻?yīng)機(jī)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無縫銜接和快速反應(yīng)?？焖俜磻?yīng)機(jī)制的構(gòu)建的功能特點(diǎn)是需要通過多種信息系統(tǒng)共同組成，能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)響應(yīng)和實(shí)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(jī)制系統(tǒng)的構(gòu)建，能夠?qū)Π踩O(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行全面及時(shí)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(dòng)態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)以及大壩的振動(dòng)情況監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)機(jī)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)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(dòng)前段數(shù)據(jù)監(jiān)測信息對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)的分析和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)相關(guān)視頻數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)的信息進(jìn)行全面的分析和判斷，并自動(dòng)生成安全預(yù)測分析報(bào)告，提供專業(yè)真實(shí)的數(shù)據(jù)信息參考。

需要注意的是，在長時(shí)間的大壩的運(yùn)營之后大壩很容易受到其他情況和地面運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致破損和斷裂的問題。因此，必須要加強(qiáng)對(duì)大壩的震動(dòng)安全的檢測工作，應(yīng)用相關(guān)專業(yè)的儀器對(duì)大壩地面運(yùn)動(dòng)的情況進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的分析，從而能夠?yàn)榈卣鹂拐鹪O(shè)計(jì)以及地震強(qiáng)度的預(yù)算提供準(zhǔn)確的參考，為強(qiáng)震記錄的實(shí)施處理發(fā)出緊急預(yù)案，及時(shí)避免震動(dòng)對(duì)大巴造成的損害。由于相關(guān)設(shè)備并不能夠時(shí)刻記錄地震過程，只有震動(dòng)強(qiáng)度超過指標(biāo)時(shí)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(jìn)行全面的處理，通過利用全天候的在線工作方式對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動(dòng)化采集，如果發(fā)生強(qiáng)震動(dòng)事件，則應(yīng)該對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)子系統(tǒng)進(jìn)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(shí)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(duì)大壩的運(yùn)行狀態(tài)、監(jiān)測隱患進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)大壩相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集及處理，保證大壩的安全可靠地運(yùn)行，提升大壩整體管理的效果和質(zhì)量。