水利水電工程中的大壩安全監(jiān)測技術研究

鄧文

摘要：在實際開展水利水電大壩建設項目時，不僅會受到復雜多變的外界環(huán)境干擾（如溫度、水壓等），其內部機械設備、人為等因素同樣會對施工質量產生影響，進而使得大壩外形受到擠壓，出現(xiàn)滲漏等問題。由于導致因素并不唯一，需根據(jù)實際情況分析診斷，第一時間處理問題，避免影響整體結構穩(wěn)定，爆發(fā)安全事故。項目中所使用的監(jiān)測系統(tǒng)嚴格參照監(jiān)測規(guī)范的要求，同時根據(jù)項目實際狀況以及地質構成有針對性地設計了監(jiān)測系統(tǒng)的具體擺放位置。

關鍵詞：水利水電工程;大壩;安全監(jiān)測技術

引言

我國廣闊的地域決定了我國多變的自然氣候與復雜的地理條件，導致我國水資源時空分布不均。我國修建大量水利工程，用以調控水資源分布、優(yōu)化水資源配置。其中，大壩在防洪、灌溉、發(fā)電等方面發(fā)揮巨大作用，而大壩安全監(jiān)測是保障大壩安全運行的重要工作。由于大壩安全監(jiān)測項目和儀器數(shù)量眾多，監(jiān)測信息的采集與管理任務繁重，這就對傳統(tǒng)的大壩安全監(jiān)測技術提出了更高要求。監(jiān)測自動化技術則彌補了傳統(tǒng)監(jiān)測的不足，大大提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)采集工作的效率與頻次，從而采集到海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，這些監(jiān)測數(shù)據(jù)需要得到有效地分析處理，才能準確反映出大壩的運行狀態(tài)。

1大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)類型

借助于大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)對壩體信息數(shù)據(jù)的實時采集，并利用現(xiàn)場的網(wǎng)絡通信設備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸，最后，系統(tǒng)還具有信息數(shù)據(jù)的存儲、管理、分析等功能。此外，該系統(tǒng)還具有防雷、抗干擾的能力，當有數(shù)據(jù)異常情況出現(xiàn)時，系統(tǒng)還能自動報警。根據(jù)系統(tǒng)結構方面的差異，可以將大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)分為兩種類型：①集中式安全監(jiān)測系統(tǒng)，此類系統(tǒng)主要由傳感器、監(jiān)控設備以及集線箱等部分組成;②分布式安全監(jiān)測系統(tǒng)，此類系統(tǒng)的構件與集中式監(jiān)測系統(tǒng)基本一致。

2水利水電工程中的大壩安全監(jiān)測技術

2.1 BIM技術

2.1.1三維建模

Revit中建模一般是先建立項目的軸網(wǎng)和標高，然后利用軟件自帶的樣板文件和族文件，建立三維模型，再依據(jù)軸網(wǎng)和標高準確放置。由于水工建筑物的結構不同于一般的建筑物，無法直接使用Revit提供的樣板文件與族文件。為了充分展現(xiàn)水工建筑物的特點，本文利用二維的CAD圖紙，對大壩的不同部分，如壩體、防浪墻、正常溢洪道、泄洪涵洞等，通過放樣、拉伸、融合、旋轉等操作，分別繪制三維模型，再通過軸網(wǎng)和標高進行整合，從而形成大壩的整體三維模型。為了更好地實現(xiàn)基于BIM的安全監(jiān)測功能，在大壩三維模型中放置監(jiān)測儀器的等比例三維模型，直觀體現(xiàn)儀器的類型以及布設位置。利用Revit的“族”圖元特性，在項目中新建族模型，依照監(jiān)測儀器的實體裝置，通過放樣融合、旋轉等操作，創(chuàng)建各監(jiān)測儀器的三維模型，并設置好模型的各項參數(shù)，如幾何尺寸、材料等，以儀器的名稱命名，載入項目文件夾中，形成自定義族庫。

2.1.2監(jiān)測信息可視化管理

本文利用數(shù)據(jù)庫技術，結合Revit二次開發(fā)，在Revit中建立監(jiān)測項目與數(shù)據(jù)的關聯(lián)，實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的高效便捷管理，并采用了兩種方法，一種是在菜單欄中建立與數(shù)據(jù)關聯(lián)的命令按鈕;另一種是通過監(jiān)測儀器的三維模型，直接關聯(lián)數(shù)據(jù)。大壩的安全監(jiān)測方案依據(jù)工程實際進行設計，例如降雨量監(jiān)測在工程中可以放置雨量計進行監(jiān)測，也可直接使用當?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)。考慮以上兩種情況，本文對降雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)采用第一種關聯(lián)方式。為實現(xiàn)降雨量監(jiān)測項目與數(shù)據(jù)的關聯(lián)，在visualstudio中新建類庫，添加引用“RevitAPI.dll”“RevitAPIUI.dll”，實現(xiàn)IExternalApplication接口。在類庫中新建winform窗體，獲取從數(shù)據(jù)庫中讀取的降雨量監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用C#語言編寫winform窗體與Revit交互代碼，并在菜單欄中生成相應的命令按鈕，從而實現(xiàn)降雨量監(jiān)測項目與監(jiān)測數(shù)據(jù)的關聯(lián)。使用者單擊Revit菜單欄中的“降雨”按鈕，即可查詢數(shù)據(jù)庫中降雨的監(jiān)測數(shù)據(jù)。基于Revit軟件參數(shù)化建模的特性，每個監(jiān)測儀器模型在建立時，擁有不同且唯一的ElementID。

2.2信息平臺與虛擬現(xiàn)實技術

（1）基于云架構技術的信息平臺將由單個工程健康信息擴展到流域統(tǒng)合甚至全國聯(lián)網(wǎng)，有利于擴大縱、橫向分析比較的范圍，擴充知識積累，在更大的范圍內優(yōu)化決策。單項工程可以將精力集中于本地化的設備維護及數(shù)據(jù)采集，涉及多學科交叉融合的數(shù)據(jù)和決策服務可由云平臺集中行業(yè)資源提供高水平的解決方案，從而確保單項工程在借助高水平服務的同時降低成本投入，在社會范圍減少重復投資，目前已基本具備實現(xiàn)條件。

（2）多領域知識融合的系統(tǒng)分析，特別是在現(xiàn)代數(shù)值分析技術的支撐下，對設計階段某些認識較模糊的計算模型和設計參數(shù)進行反演、識別，并通過更精細化的仿真分析，實現(xiàn)對工程健康狀態(tài)的量化評估，是在傳統(tǒng)經(jīng)驗判據(jù)基礎上的重大技術進步，已經(jīng)表現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。

2.3物聯(lián)網(wǎng)技術

2.3.1集成式監(jiān)測

水庫大壩安檢覆蓋到壩體、壩表等各個部位，人工監(jiān)測難以做到全覆蓋。因此，可以在某些滲透壓傳感器、溫度傳感器等監(jiān)測裝置中安置物聯(lián)網(wǎng)載體，提供局域網(wǎng)支持，并連入水庫大壩遠程主機，每隔一段時間發(fā)布相關指標現(xiàn)狀，對整個水庫大壩進行集成式監(jiān)測。

2.3.2使用物聯(lián)網(wǎng)載體監(jiān)測裝置

在日常水壩安檢過程中，可以運用承載物聯(lián)網(wǎng)技術的檢測工具，在滲透破壞監(jiān)測、壩體傾斜裂痕監(jiān)測中采用這類裝置，可以直接將信息傳遞給檢測中心，并且可以讀取歷來資料，有利于監(jiān)測分析。

結語

大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)的建設使得大壩運行管理人員能夠快速且準確掌握大壩運行形態(tài)，同時更好地掌握大壩變化規(guī)律，更好的預測大壩變化趨勢，及時發(fā)現(xiàn)隱患問題或異常情況并進行排查修護，有效提高了大壩運行安全管理工作的效率，促進水電站工程效益的最大化發(fā)揮，節(jié)約工程的投資。

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