大壩及工程安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展

大壩及工程安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展

NARI目錄1前言2發(fā)展經(jīng)歷3新技術(shù)、新方法、新觀點(diǎn)4展望NARI

改革開放以來(lái)的短短幾十年間，我國(guó)水利水電建設(shè)取得了巨大的成就。水利水電工程建設(shè)的數(shù)量和規(guī)模舉世矚目。我國(guó)已躋身世界水電建設(shè)大國(guó)之列。水利水電建設(shè)事業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了水電站/水庫(kù)大壩運(yùn)行管理技術(shù)的發(fā)展。為了確保水利水電工程的高效能、高可靠安全運(yùn)行，大壩的安全監(jiān)測(cè)及其自動(dòng)化已成為必備項(xiàng)目。1前言NARI經(jīng)過(guò)三十年的努力，我國(guó)大壩安全監(jiān)測(cè)儀器及自動(dòng)化設(shè)備的產(chǎn)品由當(dāng)初的大量進(jìn)口到已具備相當(dāng)規(guī)模的出口能力。我國(guó)大壩安全監(jiān)測(cè)及其自動(dòng)化已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，某些方面甚至處于國(guó)際領(lǐng)先地位。1前言NARI八十年代九十年代當(dāng)前年代大壩安全監(jiān)測(cè)發(fā)展的三個(gè)階段2發(fā)展歷程2.1初創(chuàng)階段1980年1月，四川龔咀水電站，大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化采集裝置。1983年3月，湖北葛洲壩水電站，BNZ-1型內(nèi)部參數(shù)自動(dòng)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

1986年3月，湖南東江水電站，改進(jìn)的大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)。1989年12月，遼寧參窩水庫(kù)，軟硬件齊全的DAMS-1型自動(dòng)化大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。NARI2發(fā)展歷程-I2.1初創(chuàng)階段遙測(cè)儀器研制——自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)儀器：如SRZ型電容式垂線坐標(biāo)儀、SRY型引張線儀；滲流監(jiān)測(cè)儀器：GYY型電感式揚(yáng)壓力計(jì)、GSL型管口滲流量?jī)x、YL型量水堰滲流量?jī)x等。自動(dòng)化采集裝置研制——非標(biāo)準(zhǔn)量采集技術(shù)電容式儀器信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)；差阻式儀器信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸技術(shù)，采用五芯測(cè)法，克服了長(zhǎng)電纜電阻對(duì)測(cè)值的影響。NARI2發(fā)展歷程-I九十年代是我國(guó)大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化快速發(fā)展的時(shí)期。大壩管理單位對(duì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的需求。大壩安全主管部門對(duì)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化事業(yè)的支持和推動(dòng)。NARI2發(fā)展歷程-II2.2發(fā)展階段我國(guó)自動(dòng)化采集裝置經(jīng)歷了一個(gè)從集中式、混合式到分布式的發(fā)展過(guò)程。南瑞DAMS智能分布式系統(tǒng)南京水文所的DG系統(tǒng)西安聯(lián)能的LN系統(tǒng)美國(guó)Geomation公司的2300系統(tǒng)Sinco公司的IDA系統(tǒng)NARI2發(fā)展歷程-II監(jiān)測(cè)儀器拓展變形監(jiān)測(cè)儀器：步進(jìn)電機(jī)式儀器、大氣激光及真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，電感變壓器式和電容式靜力水準(zhǔn)儀；滲流監(jiān)測(cè)儀器：量水堰儀等。國(guó)外的振弦式滲壓計(jì)。監(jiān)測(cè)管理和分析軟件大壩安全監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)；資料分析模型方法。統(tǒng)計(jì)模型、確定性模型和混合模型；引進(jìn)了一些新的模型方法；探討了監(jiān)控指標(biāo)的理論和方法，研制了龍羊峽大壩安全監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)。NARI2發(fā)展歷程-II進(jìn)入二十一世紀(jì)，大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化已臻成熟，國(guó)產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)水電工程中普遍采用。逐步向供水、交通、土木工程等其他領(lǐng)域和海外拓展。NARI2發(fā)展歷程-III2.3

提高和拓展階段NARI2.3.1完善儀器系列2.3.2自動(dòng)化采集系統(tǒng)2.3.3安全管理軟件2.3.4土石壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化2.3.5引供水綜合自動(dòng)化2.3.6區(qū)域性大壩安全

監(jiān)控管理系統(tǒng)2.3.7規(guī)章和標(biāo)準(zhǔn)2.3.8其他領(lǐng)域的應(yīng)用2.3.9海外市場(chǎng)2發(fā)展歷程-III2.3.1完善儀器系列

長(zhǎng)達(dá)1630m的真空管道激光準(zhǔn)直系統(tǒng)；高精度CCD光電式坐標(biāo)儀；高穩(wěn)定性電感式坐標(biāo)儀；無(wú)浮托引張線準(zhǔn)直系統(tǒng)；遙測(cè)橫梁式沉降儀和其他遙測(cè)土石壩儀器設(shè)備；錨桿應(yīng)力計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)；全系列振弦式儀器，以及各種類型的耐高壓高精度儀器等。NARI2發(fā)展歷程-III2.3.2自動(dòng)化采集系統(tǒng)

自動(dòng)化采集裝置向模塊化、智能化發(fā)展；現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)多樣化，除通用的RS-485外，還開展了CANBus和LonWorks的應(yīng)用研究；自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)可通過(guò)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議接入高速網(wǎng)；

采用不同的通信介質(zhì)，加速了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息流通，配合高速光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離大壩安全監(jiān)控。NARI2發(fā)展歷程-III2.3.3安全管理軟件

在線監(jiān)控；

離線綜合分析；

綜合評(píng)估；

決策支持系統(tǒng)。NARI2發(fā)展歷程-III2.3.4土石壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化

土石壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化起步滯后于混凝土壩；

土石壩自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備已陸續(xù)完善；土石壩監(jiān)測(cè)自動(dòng)化程度和水平已同混凝土壩。NARI2發(fā)展歷程-III2.3.5引供水綜合自動(dòng)化

引供水工程線狀、綿長(zhǎng)，工程建筑物類型眾多，建筑物的安全監(jiān)測(cè)不可或缺；引供水工程的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)高度分散；

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需采用各種方式組網(wǎng)；

大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)已能為引供水工程提供完整的解決方案。NARI2發(fā)展歷程-III2.3.6區(qū)域性大壩安全監(jiān)控管理系統(tǒng)

以區(qū)域性（流域性）規(guī)模為管理單元的模式正在逐步形成。；DSIMS-4區(qū)域性大壩安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，提供了擴(kuò)充性很強(qiáng)的系統(tǒng)構(gòu)架，解決了流域多個(gè)大壩工程的集成難題。；DSIMS-4已成功應(yīng)用于多個(gè)區(qū)域性（流域性）管理公司。NARI2發(fā)展歷程-III2.3.7規(guī)章和標(biāo)準(zhǔn)

1989年10月，能源部、水利部《混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》SDJ336-89；1994年8月，水利部《土石壩安全檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》SL60-94；

2001年6月，水利部《大壩安全自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備基本技術(shù)條件》SL268-2001；2002年9月，國(guó)家電力公司《水電廠大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)用化驗(yàn)收細(xì)則（試行）》；

2005年2月，中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)《大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化技術(shù)規(guī)范》DL/T5211-2005。NARI2發(fā)展歷程-III2.3.8其他領(lǐng)域的應(yīng)用大壩安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有超越一般工業(yè)測(cè)控自動(dòng)化系統(tǒng)的諸多特性；適用于橋梁、隧道和地鐵，以及各種類型的土木工程。；大壩自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已成功地拓展到其他工程領(lǐng)域。NARI2發(fā)展歷程-III2.3.9海外市場(chǎng)中亞五國(guó)（烏茲別克、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、土庫(kù)曼斯坦、哈薩克斯坦）；

東南亞四國(guó)（馬來(lái)西亞、老撾、巴基斯坦、柬埔寨）；

西南亞約旦和非洲剛果等；我國(guó)的大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。NARI2

發(fā)展歷程-IIINARI3.施工期資料分析3.1監(jiān)測(cè)儀器3.6風(fēng)險(xiǎn)分析3.7仿真分析3.8三維可視化3.9一體化、智能化3.2采集系統(tǒng)3.3施工期資料分析3.4模型方法3.5決策支持系統(tǒng)3新技術(shù)、新方法、新觀點(diǎn)3.1監(jiān)測(cè)儀器改進(jìn)儀器抗惡劣環(huán)境的能力、增強(qiáng)長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性；加強(qiáng)專項(xiàng)研究工作，以適應(yīng)高混凝土壩、高土石壩對(duì)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的特別需求；研制新型儀器系統(tǒng)，滿足工程的各種需求。NARI3新技術(shù)、新方法、新觀點(diǎn)3.2采集系統(tǒng)研究數(shù)據(jù)采集裝置的小型化、智能化；研究多種現(xiàn)場(chǎng)總線、多種通信介質(zhì)的適用條件；研究ZigBee無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)在大壩安全監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的可行性；根據(jù)不同的工程需求，構(gòu)建各種組網(wǎng)方式，并分析其可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。NARI3新技術(shù)、新方法、新觀點(diǎn)3.3施工期資料分析施工期工程建筑物經(jīng)歷著一個(gè)動(dòng)態(tài)演變過(guò)程，它決定了建筑物的初始狀態(tài)，并影響今后長(zhǎng)期運(yùn)行。揭示施工期建筑物的實(shí)際狀態(tài)、作用因素及其影響機(jī)理和影響程度；施工期安全監(jiān)測(cè)資料分析難度大，技術(shù)要求高；提高施工期資料的應(yīng)用水平，充分發(fā)掘其對(duì)確保工程安全、施工質(zhì)量和進(jìn)度、改進(jìn)設(shè)計(jì)的實(shí)用價(jià)值；

加強(qiáng)施工期和首次蓄水期安全監(jiān)測(cè)資料分析及安全評(píng)估工作。NARI3新技術(shù)、新方法、新觀點(diǎn)3.4模型方法

開展了多種監(jiān)測(cè)分析和評(píng)估模型方法的研究；應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這些方法適應(yīng)性和局限性的研究；對(duì)這些模型方法做比較、篩選、組合，構(gòu)建實(shí)用的模型；

納入大壩安全管理系統(tǒng)，以供實(shí)際應(yīng)用。NARI3新技術(shù)、新方法、新觀點(diǎn)3.5決策支持系統(tǒng)大壩安全監(jiān)測(cè)的目的就是獲得監(jiān)測(cè)資料，并使之產(chǎn)生最大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；輔助決策支持系統(tǒng)是一個(gè)很好的分析評(píng)估工具；輔助決策系統(tǒng)在大壩安全管理和安全評(píng)估中得到了一些應(yīng)用，但遠(yuǎn)不充分；建議相關(guān)單位給予重視，以期為企業(yè)和社會(huì)做出更大的貢獻(xiàn)。NARI3新技術(shù)、新方法、新觀點(diǎn)3.6風(fēng)險(xiǎn)分析大壩風(fēng)險(xiǎn)的理念是，不僅關(guān)心大壩安全，同時(shí)也關(guān)心大壩潰決對(duì)下游的影響；

現(xiàn)代工程安全的理念正在逐步向工程風(fēng)險(xiǎn)的理念轉(zhuǎn)化；

在分析工程安全的同時(shí)，亦應(yīng)研究風(fēng)險(xiǎn)管理的監(jiān)控方法、監(jiān)控模型、監(jiān)控指標(biāo)；應(yīng)用分析技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)決策技術(shù)使工程效益最大、風(fēng)險(xiǎn)最低，同時(shí)要設(shè)置多種緊急預(yù)案，做到有備無(wú)患。NARI3新技術(shù)、新方法、新觀點(diǎn)3.7仿真分析混凝土壩的施工期和運(yùn)行期積累了非常豐富的實(shí)際資料，但傳統(tǒng)的安全評(píng)估方法都難以利用，使得安全評(píng)估結(jié)果不能反映壩的真實(shí)狀態(tài)。為了全面反映混凝土壩的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)，擬探索采用基于全壩全過(guò)程有限元仿真計(jì)算的安全評(píng)估方法，在反分析基礎(chǔ)上，完全模擬壩的施工和運(yùn)行過(guò)程，計(jì)算壩的應(yīng)力狀態(tài)和安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化大壩的安全管理和評(píng)估。NARI3新技術(shù)、新方法、新觀點(diǎn)3.8三維可視化在大壩安全管理中，無(wú)論是進(jìn)行離線分析、安全評(píng)估或決策支持，三維可視化都是很有用的工具。借助于三維可視化，可直觀、形象地展示分析、評(píng)估和決策的成果，有助于提高大壩安全管理的效能。因此，三維可視化功能應(yīng)當(dāng)成為現(xiàn)代大壩安全管理系統(tǒng)的重要組成部分。NARI3新技術(shù)、新方法、新觀點(diǎn)3.9一體化、智能化水電站/水庫(kù)的壩、水、電（即大壩、水情水調(diào)、水電廠）是三位一體；

水電站/水庫(kù)將可望朝著企業(yè)管理的一體化、智能化方向發(fā)展；

有必要探索企業(yè)一體化的自動(dòng)化系統(tǒng)總體架構(gòu)，探索大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化硬軟件系統(tǒng)的智能化。NARI3新技術(shù)、新方法、新觀點(diǎn)我國(guó)大壩安全監(jiān)測(cè)事業(yè)經(jīng)過(guò)短短三十年的不懈努力，開創(chuàng)了嶄新的局面，結(jié)出了豐碩的成果。大壩安全監(jiān)測(cè)由過(guò)去低水平的人工觀測(cè)到今天高效能的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)化管理。我國(guó)已跨入大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化先進(jìn)國(guó)家