水利水電工程中的大壩安全監測技術研究

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，出現滲漏等問題。由于導致因素并不唯一，需根據實際情況分析診斷，第一時間處理問題，避免影響整體結構穩定，爆發安全事故。項目中所使用的監測系統嚴格參照監測規范的要求，同時根據項目實際狀況以及地質構成有針對性地設計了監測系統的具體擺放位置。

關鍵詞：水利水電工程;大壩;安全監測技術

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、優化水資源配置。其中，大壩在防洪、灌溉、發電等方面發揮巨大作用，而大壩安全監測是保障大壩安全運行的重要工作。由于大壩安全監測項目和儀器數量眾多，監測信息的采集與管理任務繁重，這就對傳統的大壩安全監測技術提出了更高要求。監測自動化技術則彌補了傳統監測的不足，大大提高了監測數據采集工作的效率與頻次，從而采集到海量的監測數據，這些監測數據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。

1大壩安全監測系統類型

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

2水利水電工程中的大壩安全監測技術

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，再依據軸網和標高準確放置。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。為了更好地實現基于BIM的安全監測功能，在大壩三維模型中放置監測儀器的等比例三維模型，直觀體現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，依照監測儀器的實體裝置，通過放樣融合、旋轉等操作，創建各監測儀器的三維模型，并設置好模型的各項參數，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監測信息可視化管理

本文利用數據庫技術，結合Revit二次開發，在Revit中建立監測項目與數據的關聯，實現對監測數據的高效便捷管理，并采用了兩種方法，一種是在菜單欄中建立與數據關聯的命令按鈕;另一種是通過監測儀器的三維模型，直接關聯數據。大壩的安全監測方案依據工程實際進行設計，例如降雨量監測在工程中可以放置雨量計進行監測，也可直接使用當地的氣象數據。考慮以上兩種情況，本文對降雨量監測數據采用第一種關聯方式。為實現降雨量監測項目與數據的關聯，在visualstudio中新建類庫，添加引用“RevitAPI.dll”“RevitAPIUI.dll”，實現IExternalApplication接口。在類庫中新建winform窗體，獲取從數據庫中讀取的降雨量監測數據，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，從而實現降雨量監測項目與監測數據的關聯。使用者單擊Revit菜單欄中的“降雨”按鈕，即可查詢數據庫中降雨的監測數據。基于Revit軟件參數化建模的特性，每個監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合甚至全國聯網，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據采集，涉及多學科交叉融合的數據和決策服務可由云平臺集中行業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條件。

（2）多領域知識融合的系統分析，特別是在現代數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進行反演、識別，并通過更精細化的仿真分析，實現對工程健康狀態的量化評估，是在傳統經驗判據基礎上的重大技術進步，已經表現出廣闊的發展前景。

2.3物聯網技術

2.3.1集成式監測

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

2.3.2使用物聯網載體監測裝置

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

結語

大壩安全監測系統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，同時更好地掌握大壩變化規律，更好的預測大壩變化趨勢，及時發現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揮，節約工程的投資。

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