基于BIM技術(shù)的水利工程大壩變形監(jiān)測模型分析

田少偉

（達(dá)州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 達(dá)州 635000）

水利設(shè)施中的大壩施工十分復(fù)雜。一旦大壩等問題發(fā)生，將對大壩上下游產(chǎn)生一定影響，并將造成嚴(yán)重的財產(chǎn)損失[1，2]。與此同時，水利工程安全問題層出不窮，由此，本文重點對大壩變形監(jiān)測與維護(hù)方法進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 水利工程中大壩變形監(jiān)測與維護(hù)的重要性

在水利工程大壩施工中，從大壩施工的設(shè)計方法、施工到最終的連續(xù)運(yùn)行和管理，每個時期都有一些重要因素需要確定，需要有足夠的實踐經(jīng)驗來保證各個階段的順利完成。

大壩建成后，若投入使用，且在基本運(yùn)行經(jīng)驗中有相關(guān)解決方案，則可及時主動維護(hù)和臨時加固。與本工程無關(guān)的非主要措施為水文地質(zhì)天氣預(yù)報和環(huán)境跟蹤監(jiān)測。連續(xù)滲漏監(jiān)測等具體措施將有效保證大壩的連續(xù)運(yùn)行，確保安全。

在水利大壩變形識別過程中，針對潛在的影響因素和風(fēng)險，需要采取有效措施，及時避免潛在的重大隱患，在最重要的層面上保證整個大壩的安全連續(xù)運(yùn)行。

2 水利工程中大壩變形監(jiān)測方法

2.1 大壩變形監(jiān)測影響量

從當(dāng)前情況分析，實時監(jiān)視大壩變形的常用方法，對實際環(huán)境跟蹤監(jiān)控是對水利大壩上部形式中存在的物理力進(jìn)行觀測，而水位、整體溫度和降雨天氣是影響整體質(zhì)量的重要因素，簡而言之，大壩周圍區(qū)域的干擾因素在不斷變化，大壩主體也隨之產(chǎn)生了一系列的物理和化學(xué)量，為了確定影響量，建立影響量挖掘函數(shù)，由于各影響量之間存在多層次、多維度關(guān)聯(lián)，不同影響指標(biāo)之間也具備一定相似性，使用層析分析法基本原理設(shè)定指標(biāo)權(quán)重 ，對各個指標(biāo)下的分指標(biāo)系數(shù) ，使用兩兩對比方式實現(xiàn)權(quán)重判定矩陣設(shè)置：

通常情況下，只要符合CI＜0.01，就認(rèn)定評判矩陣CI是滿足計算需求，即CI＞1，反之就要調(diào)節(jié)評判矩陣CI一致性，使λ＞k-1，推算調(diào)節(jié)后的綜合評判矩陣一致性指標(biāo)，若符合要求，得到的wi值就是準(zhǔn)則層C對目標(biāo)層O的相對權(quán)重，即影響量，表示為：

經(jīng)過計算后，實時監(jiān)測變形、巖石裂隙、監(jiān)測壓應(yīng)力和應(yīng)變能力以及特殊的天氣影響因子都被歸為影響量，彎曲變形監(jiān)測系統(tǒng)和實時監(jiān)測裂縫的發(fā)生更為重要。

2.2 基于BIM技術(shù)的水利大壩變形檢測

在上述分析的基礎(chǔ)上，引入建筑信息化模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)對水利大壩形變進(jìn)行監(jiān)測。

BIM技術(shù)具備以下優(yōu)點：

（1）可視化交流：依托BIM軟件進(jìn)行三維建模，準(zhǔn)確生成水利大壩工程各部分剖面圖，減少傳統(tǒng)二維設(shè)計中繪制剖面圖的工作量，提高監(jiān)測工作效率。

（2）聯(lián)動化設(shè)計：在傳統(tǒng)二維設(shè)計中，監(jiān)測工作很容易收到工作人員主觀原因的影響，導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果出錯，使用BIM建模后，所有視圖、剖面和三維圖紙都具有聯(lián)動功能，一次更改后，其他更改將自動更新。

（3）多專業(yè)協(xié)調(diào)：在水電站設(shè)計中，各專業(yè)的最新設(shè)計成果同時、實時反映在同一BIM模型上，避免錯誤碰撞、交叉干擾的問題。

這些都是影響安全監(jiān)測工作的重要因素。因此，在水利工程大壩內(nèi)嵌入監(jiān)測儀器，采集不同水利情況下的監(jiān)測數(shù)據(jù)信號F之后，結(jié)合觀測數(shù)據(jù)的權(quán)值Q，根據(jù)BIM技術(shù)集成建筑物全生命周期，恢復(fù)監(jiān)測儀器工作狀態(tài)和結(jié)構(gòu)健康的特點和優(yōu)勢。反演函數(shù)設(shè)置如下：

將具有結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷的位置和程度系數(shù)表示為s，將其整合為集合形式，構(gòu)建水利工程大壩變形監(jiān)測BIM監(jiān)測關(guān)聯(lián)模型為：

式中，τi為水利工程大壩動態(tài)變形信息傳輸延遲， 為頻率響應(yīng)，整體變形監(jiān)測流程如下：

通過BIM可視化模型系統(tǒng)，管理人員可以根據(jù)日常管理中安全監(jiān)控工作的實際內(nèi)容，得到各部門的要求。各自工作完成后，需要將具體工作內(nèi)容信息更新到安全監(jiān)測管理數(shù)據(jù)庫，方便監(jiān)測儀器、監(jiān)測儀器基本信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)可視化，以及調(diào)用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)查看相關(guān)監(jiān)測儀器的信息，共同完成安全監(jiān)測管理工作。

3 水利大壩維護(hù)要點分析

3.1 大壩沉降監(jiān)測與維護(hù)要點

監(jiān)測人員在監(jiān)測壩體變形時，必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，以有效確定壩體沉降變形的影響范圍，對壩體進(jìn)行外處理。觀測點不能設(shè)置在變型石料上方，每個埋置部分的距離控制在20 m左右。

在大壩及其活動點中，埋點設(shè)置在靠近地面和攔河壩垂直線以下的地面上，基本確定了大壩變形中心的方向角。為了保證科學(xué)觀測點方法的必要性，應(yīng)盡可能增大觀測點的數(shù)量，使其在支撐角和基坑附近盡可能地靠近，并在壩外壁附近設(shè)置觀測點。水利大壩天文觀測點間距控制在10 ～15 m之間，部分原型壩在下部對稱尾端設(shè)置觀測點，有效地觀測到水利大壩的主要位置。

3.2 大壩裂縫監(jiān)測與維護(hù)要點

第一，實時監(jiān)測者需要更多的實時數(shù)據(jù)，對水庫大壩裂縫進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，密切結(jié)合裂縫的方向、總長、寬度、長度等信息內(nèi)容，獲取大壩裂縫的真實情況，將分析結(jié)果與實際情況有機(jī)地結(jié)合起來。

第二，當(dāng)觀測到具體情況時，工作人員必須對每座大壩的裂縫數(shù)量和類別進(jìn)行管理，并實時記錄每座大壩的裂縫。

第三，水壩裂縫較大時，作業(yè)人員要科學(xué)合理地選擇觀測方法，能有機(jī)地結(jié)合觀測資料描述小裂縫的具體情況和大小，并對相應(yīng)的地面進(jìn)行詳細(xì)的分析，為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

為確保水利工程竣工質(zhì)量、后期維護(hù)保養(yǎng)工作、安全監(jiān)測工作的正常進(jìn)行，結(jié)合BIM技術(shù)對大壩變形監(jiān)測與維護(hù)的工作進(jìn)行有關(guān)的分析和探討，構(gòu)建水利工程中的大壩變形監(jiān)測模型，提高監(jiān)測效率，有效確保水利大壩工程的質(zhì)量，促進(jìn)我國水利工程的順利發(fā)展。