談水工建筑物安全監測布置優化方法

摘要：現階段，水電站等工程建設行業快速發展，水工建筑物也越來越多。當前，如何用最少的測點、最優化的布置方法來反映水工建筑物的工作狀態，成為了水工建筑物安全監測的一個設計難題。本文探討了水工建筑物安全監測應該滿足的要求，并以水工建筑物有限元計算成果為基礎，通過聚類以及主成分分析，探究樣本空間的分布特征，并對樣本數據進行了空間分塊，由此提出了水工建筑物安全監測布置的優化方法。

關鍵詞：水工建筑物；安全監測；監測點布置；優化方法

對于水工建筑物安全管理工作而言，水工建筑物的安全監測是其耳目。水工建筑物的安全監測工作主要包括兩塊，一塊是巡視檢查，一塊是儀器監測。現階段，水工建筑物的儀器監測僅僅能做到“點監測”。在我國，相關的監測設計規范，對不同級別的水工建筑物有著不同的監測原則，但對監測項目的測點則沒有明確的要求。因此，在實際的操作中，測點的分布職能靠著經驗進行。這就有可能造成測點布置的不合理。本文即探討水工建筑物安全監測布置的優化方法。

一、水工建筑物安全監測系統設計優化原則

水工建筑物安全監測的目的十分明確，就好比謎底就在謎面上，水工建筑物安全監測的目的就是監控建筑物的安全。在監測建筑物時，兼顧監測設計和施工水平，圍繞“安全”這兩個字做文章。水工建筑物安全監測系統的設計要求是：

（一）系統可以監測水工建筑物整體性狀變化的全過程。這里所謂的水工建筑物性狀，也包括建筑物結構的力學狀態，也包括建筑材料的物理和化學狀態。在施工和運行過程中，水工建筑物總是處在運動變化之中。一般來說，這種變化是正常的，但也時有不正常的變化發生。這就要求監測系統可以反映水工建筑物整體性狀變化的全過程。

（二）對一個建筑物進行監測，原音量和效應量應該相互配套。這讀起來非常的拗口，用通俗的話來說就是，如果在一個建筑物上選定的重要效應量，也應該考慮那些引起效應量變化的原音量，并且要把他們組合在一起。

（三）水工建筑物重要部位傷的關鍵監測數據應當有備份，或者可以在同一個測量點上設置兩個同樣的儀器，或者用不同的技術手段，獲得同一測點的監測數據。

（四）水工建筑物監測數據的采集、檢驗、處理以及存儲、分析等，是高效運轉的安全監測系統的不可或缺的組成部分，這些環節自動化程度的高低，對整個監測系統是否安全有著重要的影響。因此，在設計安全監測系統時，必須首先考慮系統的自動化問題，而不能在設計完成后再行考慮，以免狗尾續貂。

二、水工建筑物監測點布置的點集劃劃分方法與步驟

（一）劃分點集合的主成分法

（三）水工建筑安全監測監測點布置的評價

水工建筑安全監測布置，指的是用盡可能少的監測點去實時反映水工建筑物體的典型部位的空間分布變化情況，這也就轉化為最少測量點的曲面建模問題，從而可以借助曲面建模的誤差檢測方法，對建筑物監測點的布置進行分析和評價。

通過上述分析，筆者得出了以下結論：

（1）以有限元的理論分析成果作為依據，按照“小曲率區域保留少量的點，而大曲率區域應當保留多點”的原則，通過對水工建筑物監測曲面主要成分以及聚類分析發現，能夠提取建筑物各個效應量的空間分布特征，從而通過點集劃分，提出水工建筑物安全監測布置優化方法。

（2）在本文后中，基于B樣條曲線而形成的曲面誤差，以規定范圍內允許的誤差容許值，指出了水工建筑物安全監測的評價指標；

（3）在水工建筑物的設計中，已經廣泛采用了有限元分析法，因此，可采用設計分析成果進行安全監測的優化布置，在不增加設計工作量的情況下，實現安全監測系統布置的優化。

結語：

當前，實現水工建筑物的安全監測是相關單位和企業面臨的技術難題。解決這一技術難題，對于保障水工建筑物安全穩定運行，具有十分重要的意義。本文利用數理學的有關方法，并結合水工建筑物安全監測系統的相關原則，指出了優化水工建筑物監測的方法。希望有助于提高水工建筑物安全監測水平。

參考文獻

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