水電站水工巡視檢查工作的改進(jìn)

李嘯嘯，馮永祥，儲兆偉，劉 通

（1.雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都，610051；2.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州，311122）

大壩巡檢工作具有全面性、及時性和直觀性等特點，是大壩儀器監(jiān)測所不能代替的。據(jù)資料統(tǒng)計，巡檢發(fā)現(xiàn)的大壩重大安全隱患約占出險水庫總數(shù)的70%[1]。

為保證大壩安全運行，我國現(xiàn)行的大壩監(jiān)測技術(shù)規(guī)范明確規(guī)定，大壩巡檢是和儀器監(jiān)測同等重要的監(jiān)測工作，并對日常、年度和特殊情況的巡檢提出了具體要求[2]。儀器監(jiān)測在空間上是局部的，在時間上是不連續(xù)的，在監(jiān)測項目上是有限的[1]。大壩安全隱患和異常在儀器監(jiān)測的范圍和時段內(nèi)極有可能被遺漏[3]，有些蘊含大壩安全的重要信息，單靠儀器監(jiān)測有時無法發(fā)現(xiàn)[4]，而定期與不定期的巡檢可以從宏觀上檢查大范圍的大壩安全隱患，從微觀上發(fā)現(xiàn)大壩的局部異常[5]。

目前，常用的巡檢方式為人工檢查，檢查結(jié)果通過人工錄入數(shù)據(jù)，離線檢測設(shè)備異常。然而，此種巡檢方式存在勞動強度大、周期長、檢測質(zhì)量分散[6]、巡檢手段單一、不能自動報警及進(jìn)行趨勢性分析[7]等問題，難以及時、準(zhǔn)確反映設(shè)備健康情況，無法滿足智能水電站管理要求[6]。自動巡檢方法主要根據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)需要執(zhí)行的任務(wù)來進(jìn)行設(shè)計[7]，系統(tǒng)應(yīng)盡早發(fā)現(xiàn)可能影響大壩和設(shè)備的缺陷，為生產(chǎn)運行、檢修和管理人員提供生產(chǎn)決策支持，消除隱患[8]。

針對上述問題，分析傳統(tǒng)巡檢方案優(yōu)劣性，基于巡檢工作具體內(nèi)容，利用數(shù)字化巡檢技術(shù)，提出了水電站水工巡檢工作的改進(jìn)方案。該方案在結(jié)合傳統(tǒng)巡檢方案與數(shù)字化手段的基礎(chǔ)上，完成了巡檢功能升級、巡檢方案優(yōu)化、巡檢缺陷類型梳理及標(biāo)準(zhǔn)化。較原傳統(tǒng)巡檢方式，優(yōu)化后的在線巡檢系統(tǒng)大大提高了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化程度，減少了數(shù)據(jù)冗余，加強了缺陷跟蹤及過程管理?；诒痉桨冈O(shè)計的在線巡檢系統(tǒng)已應(yīng)用于二灘水電站，并取得了良好的應(yīng)用效果。

1 傳統(tǒng)巡檢方案設(shè)置模式

巡檢分為日常、年度和特殊三種情況。指定專人定時按固定的檢查項目對各類設(shè)施設(shè)備進(jìn)行檢查稱為日常檢查。每年汛前、汛后及冰凍期等關(guān)鍵節(jié)點對重點部位進(jìn)行的檢查稱為年度詳查。當(dāng)水庫大壩經(jīng)歷有感地震、特大暴雨、歷史高水位或極端氣溫時，進(jìn)行特殊檢查。

巡檢部位應(yīng)包括庫區(qū)、近壩庫岸、大壩、泄水、引水、發(fā)電廠房、工程邊坡等建筑物和設(shè)備。按規(guī)定的時間、次數(shù)、檢查項目和路線進(jìn)行檢查，對各部位有無損壞或異常做出判斷，做好文字記錄。

在傳統(tǒng)的大壩安全巡檢工作中，管理人員預(yù)先制定巡檢路線，巡檢人按照預(yù)定的路線進(jìn)行巡視，巡視期間對路線所經(jīng)過的工程部位或設(shè)備儀器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題時以紙質(zhì)方式記錄下來，同時也可通過拍照或攝像等方式進(jìn)行記錄。

傳統(tǒng)巡檢采用紙質(zhì)方式記錄巡檢結(jié)果，或采用電子文檔與巡檢附件（照片、視頻等）整編歸檔方式進(jìn)行管理，缺乏對巡檢歷史記錄進(jìn)行批量對比查詢，以及按部位查詢巡視記錄等功能，不利于大壩安全管理人員對歷史巡檢記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以判斷大壩的安全狀況。傳統(tǒng)巡檢工作內(nèi)容包括巡檢項目、巡檢方式、巡檢順序、巡檢路線、記錄表式、文字材料等。

2 方案優(yōu)化

傳統(tǒng)的巡檢工作多采用手工記錄的方式進(jìn)行，巡檢工作受到環(huán)境干擾、人員素養(yǎng)等因素影響，缺乏對巡檢過程的管控與約束，且工作量巨大，巡檢效率較低，紙質(zhì)的記錄不易保存。方案優(yōu)化后，可采用基于NFC的數(shù)字化巡檢系統(tǒng)，依托NFC與智能手機結(jié)合的方式，利用手機通訊和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)實時上傳巡檢結(jié)果和時間信息，實現(xiàn)了巡檢工作的無紙化管理，同時保證了巡檢結(jié)果的時效性、真實性。

根據(jù)DL/T 2204—2020《水電站大壩安全現(xiàn)場檢查技術(shù)規(guī)程》，梳理現(xiàn)行水工巡檢工作現(xiàn)場巡檢對象、巡檢路線、巡檢內(nèi)容等基本屬性信息，合理構(gòu)建基于以上基本屬性信息的水工巡檢信息化整體解決方案，有效提高用戶日常巡檢工作效率，提升巡檢結(jié)果結(jié)構(gòu)化程度與結(jié)果客觀性，并減小數(shù)據(jù)冗余程度。

2.1 巡檢方案優(yōu)化

根據(jù)DL/T 2204—2020《水電站大壩安全現(xiàn)場檢查技術(shù)規(guī)程》中第4.6條：“現(xiàn)場檢查應(yīng)結(jié)合建筑物布置、結(jié)構(gòu)特點、運行性態(tài)以及檢查的類別，制訂適合于本電站水工建筑物和附屬設(shè)備的現(xiàn)場檢查作業(yè)指導(dǎo)書，明確檢查內(nèi)容、方法、要求、路線和頻次。應(yīng)重視檢查工況與建筑物響應(yīng)的關(guān)系，重視與儀器監(jiān)測成果的比對，對運行性態(tài)異常、儀器監(jiān)測成果警示的部位應(yīng)重點核查?！?/p>

本方案結(jié)合規(guī)范要求及二灘大壩工程特點，通過梳理巡檢對象，確定巡檢類型，設(shè)計巡檢路線，實現(xiàn)了巡檢方案的優(yōu)化提升。在系統(tǒng)初始化時創(chuàng)建巡檢類型作為對象初始化的模板，用戶新建巡檢對象時可直接引用巡檢類型的檢查內(nèi)容，并根據(jù)檢查對象實際情況進(jìn)行一定的檢查內(nèi)容微調(diào)，滿足同類型不同巡檢對象在檢查內(nèi)容上的差異化需求，保證大壩及未來全流域的巡檢數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，便于數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計，挖掘數(shù)據(jù)價值。

2.1.1 梳理巡檢對象

在已有的大壩巡檢對象基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善巡檢對象設(shè)計，增補缺項。豐富巡檢對象的巡檢內(nèi)容，確保巡檢內(nèi)容全面、詳實、可完全覆蓋巡檢對象所需檢查內(nèi)容，以強化巡檢結(jié)果的可靠性，為大壩安全綜合評判提供可信資料。

2.1.2 確定巡檢類型

將巡檢對象根據(jù)類型分組并抽象出巡檢類型，制定類型的巡檢內(nèi)容項作為對象初始化的模板，并將該巡檢類型中的“可能缺陷類型”與巡檢內(nèi)容進(jìn)行了屬性關(guān)聯(lián)。巡檢類型、巡檢內(nèi)容的確定為大壩巡檢初始化工作提供了巨大便利，同時也進(jìn)一步提升了電站乃至公司、流域的巡檢工作的標(biāo)準(zhǔn)化程度。

2.1.3 設(shè)計巡檢路線

根據(jù)巡檢對象類型、巡檢頻率要求的不同，結(jié)合巡檢對象的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系，重新設(shè)計巡檢路線。更新后的巡檢路線可全方位覆蓋大壩所需檢查部位，降低原有巡檢路線盲區(qū)導(dǎo)致的大壩風(fēng)險不確定性，加強巡檢工作的可靠性，提升巡檢工作效率，豐富巡檢工作的內(nèi)涵。

2.2 巡檢缺陷類型梳理

參考國內(nèi)外相關(guān)大壩缺陷資料，梳理水電站大壩常見缺陷，制定巡檢缺陷類型標(biāo)準(zhǔn)化模板，供大壩巡檢工作人員選用。巡檢過程中，可實時記錄巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的缺陷，記錄缺陷的各項屬性，對于未消缺缺陷，可對缺陷內(nèi)容的屬性進(jìn)行更新。通過在后續(xù)巡檢中跟蹤缺陷狀態(tài)，實現(xiàn)巡檢缺陷的閉環(huán)管理，有效抑制了水電站大壩隱患出現(xiàn)的可能性。

梳理混凝土壩常見的缺陷類型，系統(tǒng)將缺陷進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分類，主要包括：破損、裂縫、錯動、脫開、滲水、不均勻沉降、橫縫開合、析鈣、接縫開合、排水孔、排水溝、析出物、剝落、崩塌、掉塊、滾石或雜物、水墊塘底部測壓孔水量及壓力變化、拉桿松弛及環(huán)境溫度、排水設(shè)施工作、蝸殼進(jìn)人門滲漏、沉陷、隆起、剝蝕、脫空、孤危石、防護(hù)設(shè)施是否完好、觀測便道是否完好、淘空、截水溝工作、空蝕等，同時缺陷類型可根據(jù)用戶需要進(jìn)行自定義擴展。

3 優(yōu)化后對比

雅礱江公司二灘水電站已應(yīng)用優(yōu)化后的巡視管理系統(tǒng)。優(yōu)化后，二灘大壩水工巡檢工作中各類對象元素更為完整，實現(xiàn)巡檢類型、巡檢路線、巡檢內(nèi)容、巡檢結(jié)果、問題缺陷類型動態(tài)配置，通過二灘大壩的各類信息配置初始化，達(dá)到功能部位全覆蓋、檢查過程全監(jiān)控的目標(biāo)，提升了二灘水電站巡檢系統(tǒng)數(shù)字化、智能化水平。

優(yōu)化后，二灘水電站巡檢系統(tǒng)中巡檢數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化程度有明顯提高，數(shù)據(jù)冗余減少，缺陷跟蹤及巡檢過程管理能力得到了大幅提升。

3.1 提高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化程度

方案優(yōu)化前，用戶主要通過文字描述記錄巡檢對象的檢查結(jié)果，結(jié)構(gòu)化程度不高，反映的結(jié)果較為主觀。

方案優(yōu)化后，進(jìn)一步細(xì)化巡檢內(nèi)容，并將結(jié)果進(jìn)行異常分級，結(jié)合巡檢缺陷的分類、屬性設(shè)計等手段，將原本整段的巡檢結(jié)果文字描述，切分為巡檢內(nèi)容、結(jié)果分級、缺陷類型三個維度。根據(jù)DL/T 2204—2020《水電站大壩安全現(xiàn)場檢查技術(shù)規(guī)程》中“第5.1條混凝土壩”的檢查項目、內(nèi)容和檢查要求，需要首先對二灘大壩的缺陷進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，包括缺陷類型和缺陷屬性，具體見表1；進(jìn)一步結(jié)合二灘大壩實際巡檢工作情況對巡檢內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，并將巡檢內(nèi)容和表1中可能發(fā)生的缺陷進(jìn)行關(guān)聯(lián)，能夠有效梳理巡檢內(nèi)容和缺陷的關(guān)系，提升了巡檢結(jié)果的分析價值，具體見表2。

表1 缺陷類型及屬性梳理結(jié)果Table 1 Defect type and attribute

表2 巡檢內(nèi)容與缺陷類型對應(yīng)關(guān)系梳理結(jié)果（1）Table 2 Relationship between inspection contents and defect types(1)

3.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

巡檢過程完成后，檢查中的記錄內(nèi)容及照片/視頻材料將存放于數(shù)據(jù)庫中，但如果某些數(shù)據(jù)被多次記錄，將會造成數(shù)據(jù)重復(fù)，浪費空間，導(dǎo)致服務(wù)器負(fù)載過多，查詢速度明顯下降，同時由于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性較弱，無法有效進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

方案優(yōu)化前，二灘水電站原有的巡檢系統(tǒng)不支持同屬于一個類型的不同巡檢對象具備差異化的巡檢內(nèi)容，如針對壩頂不同壩段的防浪墻裂縫情況及路面情況，強制將很多同類型的巡檢對象拆分成不同的巡檢類型，產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)冗余，且不利于利用巡檢結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)挖掘分析。

方案優(yōu)化后，基于標(biāo)準(zhǔn)化的巡檢類型及缺陷類型，二灘水電站在線巡檢系統(tǒng)進(jìn)一步梳理了二灘水電站的巡檢對象，當(dāng)出現(xiàn)新巡檢對象時，可直接引用巡檢類型的檢查內(nèi)容模板，并根據(jù)檢查對象實際情況進(jìn)行一定的檢查內(nèi)容微調(diào)，從而大幅降低了巡檢類型數(shù)量，將巡檢對象、結(jié)果進(jìn)行了高效的分類，便于用戶高效分析數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)有效洞察巡檢發(fā)現(xiàn)問題的根本原因。

3.3 加強缺陷跟蹤及過程管理

大壩潰決過程中，每一個重要環(huán)節(jié)的發(fā)生都與大壩運行過程中的缺陷密切相關(guān)。因此，亟需加強大壩的缺陷跟蹤及過程管理。

方案優(yōu)化前，巡檢方案中無缺陷管理功能，缺乏對大壩巡檢中發(fā)現(xiàn)的缺陷的管理能力，若不對缺陷進(jìn)行及時有效的處理，隨時間推移，缺陷可能成為大壩隱患甚至潰壩原因。

方案優(yōu)化后，在原有巡檢業(yè)務(wù)中添加了缺陷管理功能，并將巡檢類型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。針對巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的大壩缺陷，將基于手機APP上預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化模板設(shè)置缺陷參數(shù)（如破損缺陷包含：序號、編號、位置、長度、寬度、深度、變化情況等參數(shù)），配合視頻/照片記錄缺陷狀態(tài)，以數(shù)字化手段對發(fā)現(xiàn)的大壩缺陷進(jìn)行記錄并追蹤。在后續(xù)的巡檢過程中，巡檢路線將幫助用戶持續(xù)跟蹤發(fā)現(xiàn)的缺陷，記錄缺陷變化狀態(tài)，直至缺陷被完全修復(fù)。

表3 巡檢內(nèi)容與缺陷類型對應(yīng)關(guān)系梳理結(jié)果（2）Table 3 Relationship between inspection contents and defect types(2)

通過這種方案，可實現(xiàn)對巡檢過程中記錄缺陷的全過程管理，提升巡檢結(jié)果的精細(xì)化程度，提高電站巡檢工作管理水平，更加客觀地反映水電站大壩的安全狀態(tài)。

5 結(jié)語

通過梳理二灘水電站現(xiàn)行水工巡檢工作的巡檢對象、巡檢路線、巡檢內(nèi)容等基本屬性信息，構(gòu)建基于巡檢對象、巡檢類型、巡檢內(nèi)容等巡檢屬性信息的水工巡檢信息化管理整體解決方案，是現(xiàn)有水工巡檢技術(shù)、信息化技術(shù)發(fā)展的總結(jié)提高，可有效提高數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化程度、減少數(shù)據(jù)冗余、加強缺陷跟蹤及過程管理，并進(jìn)一步提升現(xiàn)場水工巡檢工作精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理水平。