大坝安全监测仪器技术发展现状与展望.PDF

中国水力发电工程学会大坝安全专业委员会 2014 年会暨“大坝安全监测技术现状与展望”学术交流会论文集 大坝安全监测仪器技术发展现状与展望 沈省三，毛良明 （基康仪器股份有限公司，北京，100080） 摘 要：在回顾和总结大坝安全监测仪器技术发展历程的基础上，结合物联网、MEMS、无线传感器、云计算、大 数据等新兴技术，对安全监测仪器技术及关联技术的未来发展前景进行了分析和展望。 关键词：大坝安全监测仪器；自动化测量系统；传感器技术；智能仪器；物联网 0 引 言 大坝作为一种大型建筑物，因其所在环境条件的复杂性，虽然在设计、施工、运行维护的过程 中，工程师们已经花费很大的努力去保障系统的安全性，但由于大坝失事后造成灾难的严重性，因 此进行可靠、有效、持续的大坝安全监测显得非常有必要。随着科学技术、监测设施技术、设计施 工技术和信息处理技术的不断提高、经验的逐步积累，世界上很多国家都发布了相应的大坝安全监 测设计、施工和管理规范，通过在水工建筑物中设计并安装埋设安全监测仪器，以获得大坝及基础 的变形、应力应变、温度、渗压渗流等多种运行参数的实时变化情况，准确了解大坝及基础的演变 趋势，便于及时采取措施规避可能的风险。 大坝安全监测技术的发展经历了一个比较漫长的发展历程，自 1891 年德国埃施巴赫重力坝开启 了人类历史上首次大坝安全监测活动至今，时间已经过去 120 多年。大坝安全监测技术经历了从无 到有、从单一到全面、从原始到高科技的发展历程[1-3]。业内根据其发展特点将大坝安全监测技术分 成如下三个阶段： （1）原型观测阶段（1891 年～1964 年），此阶段的主要目的是研究大坝的实际变形、温度和 应力状态，重点是检验设计，改进坝工理论。涉及的监测项目不多，以目测、人工观测仪表为主， 基本上不涉及安全监测仪器技术，鲜有涉及自动化安全监测技术。以差动电阻式仪器、应变片式仪 器为代表的部分大坝安全监测仪器开始出现，并投入工程使用。 （2）原型观测向安全监测过渡阶段（1965 年～1985 年），此阶段的主要目的是保证大坝安全 运行。大坝安全监测项目逐渐完善，部分安全监测技术相关的法律法规出台，形成了规范性操作标 准。各种类型的大坝安全监测仪器（如钢弦式仪器）得到快速发展，在电子测量技术的支撑下，各 类电测仪表开始出现，同时出现了安全监测自动化测量系统雏形（集中式测量系统）。 （3）安全监测阶段（1985 年至今），此阶段受益于电子测量技术、通信技术、互联网技术、 新材料、新工艺等新兴技术的快速发展，实现了安全监测项目的全覆盖、绝大多数项目实现了自动 化测量，安全监测技术在快速发展的基础上进入成熟期。 值得一提的是自 20 世纪 90 年代至今的这二十多年，正好是我国水电大坝的高速发展时期，我 国在坝工方面不断挑战极限、创造世界奇迹，对大坝安全监测技术特别是安全监测仪器技术提出了 各种新的需求，在不断寻求创新的基础上促进了大坝安全监测仪器技术的快速成长与进步。 8 大坝安全监测仪器技术发展现状与展望 1 监测仪器技术现状 大坝安全监测仪器是安全监测技术的感知单元，是保证大坝安全监测系统高精度、高准确度、稳 定可靠、长期连续运行的基石。形象地说，大坝安全监测仪器就譬如是安全监测系统的“感官”[4]， 如果“感官”出了毛病，给出的信息失真，那么后续的数据采集单元、数据分析软件即便功能再强 大，其结果也不可能符合大坝的实际运行性态。正是因为安全监测仪器的重要性，随着电子测量技 术、新材料、新工艺等新兴技术的快速发展，安全监测仪器一直在与时俱进地持续发展与完善中。 同时由于安全监测仪器应用环境的特殊性，特别强调可靠性和长期稳定性，所以相对于民用消费类 产品而言，安全监测仪器升级换代速度相对“保守”。即便如此，在过去的一个多世纪里，特别是 20 世纪 90 年代以来，中国水电建设进入大发展时期，巨型的高坝大库相继开工建设，在坝工建设 领域创造了一项又一项的世界奇迹，与此同时给大坝安全监测仪器技术提出了许多新的课题。通过 众多从业人员的不懈努力，安全监测仪器