第33期 水工程安全监测技术发展与展望 水工程安全监测技术发展与展望 谭恺炎 葛洲坝集团试验检测有限公司
 52监测网专家报告分享-第33期 水工程安全监测技术发展与展望 谭恺炎 葛洲坝集团试验检测有限公司 人物简介 谭恺炎，中国能建葛洲坝集团试验检测有限公司总工程师，享受国务院特殊津贴专家。近30年来，谭恺炎见证了葛洲坝在改革中快速发展，并亲身经历了数字化到智能化控制的演变，见证了改革开放40年以来中国水电建设从机械化到智慧施工的变迁。 1991年夏，三峡工程正处于筹建阶段，刚大学毕业的谭恺炎参与的第一个项目是清江隔河岩水电站建设，从事试验检测工作。谭恺炎记得，那时的水电施工技术刚刚进入机械化阶段，比如监测数据处理基本是靠人工完成的。谭恺炎所在的项目虽然引进了计算机及数据处理系统，但因数据处理系统过于复杂，几乎没人会用。 能不能让数据处理更简单一些，同时提高效率和准确度？经过反复测试，葛洲坝历时半年编写了一套符合现场需要且简易操作的“安全监测处理系统”。这套系统大大提高了工作效率，五六个人一年的工作量，一个人半年即可完成。这套系统一直沿用到90年代末。 2005年，在南水北调工程丹江口水库加高项目中，谭恺炎参与了相关技术攻坚工作，他说：“那时候，新旧混凝土结合的‘世界级难题’，也是当时的技术课题。当时在国际上都没有被完全攻克的难题，对中国来说更无可借鉴的先例。” 那个年代，行业内对这一难题的研究，主要是从加强界面粘合剂化学反应作为方向，但经过近万次的试验，谭恺炎科研团队发现，新旧混凝土结合的关键并不是粘合剂的强度，而是粘合剂化学反应的时间。找到了症结所在，葛洲坝集团率先破解了水库加高的“世界难题”，丹江口水库加高工程得以高质量完成，该项技术当年获得湖北省科技进步二等奖，其核心的“密合”技术被广泛应用于向家坝水电站、巴基斯坦N—J水电站等工程的混凝土层间结合中。 从90年代起，谭恺炎几乎见证了国内众多大型水电建设的历程。伴随小湾、拉西瓦、锦屏一级、溪洛渡等水电站相继开工，目前，我国拱坝设计研究水平已处于国际先进水平。尤其是白鹤滩使用的水电机组单机容量也创世界之最，其拱坝最大坝高289米，在总结借鉴已有经验、技术的基础上，这项重大工程的落地生根将带动中国高拱坝建设水平进一步提高。 新世纪，中国的水电大坝混凝土施工进入数字化向智能化过渡阶段。谭恺炎说，2009年，中国不能完全攻坚传统混凝土凝结过程中因发热而产生的裂缝难题。但葛洲坝研发出的“混凝土智能温控技术”使大坝施工技术始终走在前沿。这套技术通过在大坝混凝土内部埋设管道并铺设温度传感器，利用计算机根据坝体不同区域的温度用水进行降温调节。这是葛洲坝集团在水电行业智能化施工的首例研究，2014年，该技术成果被郑守仁院士等行业权威专家鉴定为“达到国际领先水平”。 从葛洲坝，到三峡，再到溪洛渡、白鹤滩……谭恺炎说，中国在水电工程领域快速进步，已经从跟踪、模仿，走到了行业最前沿，成为世界水电发展的领军者，并正将东方智慧贡献给全世界。智能化是未来中国乃至世界水电建设主攻的方向，目前，谭恺炎正带领团队着手“大坝智能检测”和混凝土智慧施工技术研究。 目录 一、前言 二、监测仪器 三、监测设计 四、监测系统施工 五、结语 内容简介 一、前言 水工程安全监测是伴随水利水电工程建设发展起来的一门涉及水工结构、电子仪表、光学物理、统计数学等多种学科的新兴边缘技术学科。近10年来，随着微电子技术、通信技术、互联网技术以及新材料、新工艺的技术进展，新型智能仪器用于大坝安全监测领域。水工程安全监测技术广泛应用于大型重要建筑物，如高层建筑、机场、码头、桥梁、古建筑以及深基坑、隧道等地下工程。 （一）原型观测阶段 上世纪70年代以前称为原型观测，即是在大坝原型中设置观测仪器进行现场测量，以期获得一些能反映大坝结构性态的特征量，习惯上分为内观和外观两大块。 （二）安全监测阶段 主要侧重于安全监控，为水工程的高效、安全运行服务。强调实时在线监控、远程控制、预警预报。 大坝安全监测的意义和目的：水工程安全的耳目；充分发挥工程效益；验证设计，提高设计水平；施工决策的依据。 大坝安全监测达成以下行业共识： a、设计是龙头、施工是保证、仪器是关键； b、设计应优化、施工保质量、仪器要可靠； c、“原型观测”到“安全监测”，越来越重视“监控”。 二、监测仪器 2.1内观仪器 差动电阻式和振弦式（钢弦式）仪器占绝大多数； 光纤光栅、电磁式、电容式、电位计式、压阻式、磁致伸缩、MEMS等； 数量多； 隐蔽性，不可更换。 2.2外观仪器 传统测绘仪器：经纬仪、水准仪、全站仪等 测量机器人、三维激光扫描仪、ISAR GSS表面位移测量系统（毫米级） 垂线坐标仪、引张线仪、静力水准仪、激光准直系统、双金属标等 2.3自动化系统 自动化数据采集系统：分布式，模块化，高性能，低功耗，有线+无线传输。 安全监测软件：统计模型、确定性模型、复合模型、神经网络遗传算法。 2.4发展趋势 智能仪器：自诊断、自校准、直接物理量输出展示、数字化结果输出、人机交互。 互联网+微型智能无线传感器。
2.5仪器选型 长期稳定性好，可靠度高，使用寿命至少10年以上； 仪器的耐候性好，尤其是防潮密封性能要好，能在潮湿环境和一定水压力下正常工作； 仪器的分辨率、精度和量程要满足预定的要求，观测结果不应受长距离测量和环境温度变化的影响或者这些影响应该容易消除； 仪器结构牢固，能承受一定的振动和碰撞； 与工程等级相匹配，经济合理。 三、监测设计 3.1监测项目 应力应变与温度监测； 变形监测：接缝、裂缝、错动、垂直位移、水平位移、挠度等； 渗流渗压，含水质； 水力学监测； 动力学监测； 地震监测； 环境监测：气象、水文、温度。 3.2现状与问题 a、以监测对象为单位进行考虑,而不以某种量测方法或手段为单位进行设计； b、应选择那些最能反映建筑物整体性状的部位和监测量来设置监测仪表； c、应采用成熟的经过检验的监测方法和监测设备； d、建筑物重要部位关键量的监测手段应当有备份； e、监测量应相互配套； f、监测自动化必须整体规划、通盘考虑； g、仪表监测,应与日常巡查相结合； h、应重视首次蓄水的监测。 3.3发展趋势 目的明确，平实设计； 巡视检查与仪器监测并重； 监测与检测融合； 一体化设计（传感器/自动化；监测/检测/在线监控） 动态设计（宏观/微观量；施工/运行；安全/运行效益） 四、监测系统施工 4.1施工现状 上世纪90年代后，监测系统施工队伍呈现多元化发展。 技术标准滞后，经验口口相传，施工质量有赖传承。 专业化程度普遍不高：一是施工队伍的专业化，二是施工设备和工器具的专业化。 安全监测系统施工单独成标已成常态，专业的施工和监理人员仍显不足。 人们更多关注监测资料的分析方法、技巧和结果，施工方法易被忽视。没有可靠的监测数据作基础，再好的分析方法和手段都只能是“无根之木”了。 施工组织设计“两张皮”，执行很随意。 4.2施工理念 目标导向理念 a、忌重仪器轻电缆。 b、忌重仪器轻辅材与细节。 c、莫要影响建筑物结构与防渗安全。 d、避免重成活率而轻数据代表性。 e、仪器与电缆要检验。
人本理念 a、监测人员理解设计意图很重要。加强技术交底，保证现场施工人员充分理解设计意图。 b、监测系统施工人员知识结构要合理。 c、现场施工环境复杂，熟练的操作技能和现场工作经验很重要。 d、行业开展职业技能鉴定有必要。电力行业和水利行业都有。
协调理念 a、协调施工程序，把握安装埋设时机，确保埋设位置准确。 b、协调资源配置，确保进度。 c、协调信息反馈共享，加强监测系统保护，提高监测施工质量与施工安全管理水平。 4.3发展趋势 一定要走专业化施工道路！ Ø一是施工队伍的专业化。当前应切实加强监测系统施工招投标管理，更加注重施工队伍的专业化，加强监测系统施工的后评价，建立并公开诚信档案。 Ø二是施工设备和工器具的专业化。开展监测系统施工关键技术研究，逐步实现监测仪器设备安装埋设、观测的设备及工器具的专业化。 五、结语 不忘初心，平实设计。
弘扬工匠精神！关注细节与安全目标，倡导专业化施工，加强后评价与诚信建设。 深度融合物联网最新技术，实现监测/检测/在线监控一体化。 不断完善技术标准体系建设。主要有DL,SL，B三大体系，其中DL体系建设较完善，有专门的标委会，管理大坝安全方面技术标准100多项，涉及到水工程安全监测设计、施工、监测监理、质量验收、资料分析、仪器设备、自动化系统、运行管理、专项监测与检测、鉴定与评价等各方面。
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