新丰江水电站大坝安全在线监控与BIM建模智慧大坝管理平台的实施与运行情况

2022-08-04黄文钰刘光洪范振东

大坝与安全 2022年2期

黄文钰，刘光洪，柳翔，沈静，范振东

（1.广东粤电新丰江发电有限责任公司，广东河源，517021；2.国家能源局大坝安全监察中心，浙江杭州，311122；3.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州，311122）

1 项目概况

新丰江水电站位于广东省河源市境内东江支流新丰江的亚婆山峡谷处，距河源市区6 km。工程于1958年7月动工，1959年10月下闸蓄水，整体工程于1969年9月竣工。水库功能原设计以发电为主，2003年调整为防洪、供水、灌溉为主，兼顾发电和航运。电站总装机355 MW，共安装4台发电机组，最后一台机组于1976年投产发电。水库总库容138.96亿m3。水电站枢纽主要由大坝、坝后式厂房及放水洞等水工建筑物组成，大坝为混凝土单支墩大头坝，最大坝高105 m，由19个宽18 m的单支墩大头坝及两岸重力坝段组成，经过多次补强加固后，坝型近似于宽缝重力坝。

传统的大坝安全管理业务存在大坝安全信息可视化弱、大坝安全评判及时性差及可信度低、巡检工作管理难度大及成果利用率低、大坝安全管理短板不易识别、缺陷隐患消缺滞后、资料整编工作量巨大等众多薄弱环节和业务痛点。新丰江大坝安全在线监控与BIM建模智慧大坝管理平台主要包括大坝三维展示、大坝安全在线监控、大坝安全在线监测管理、智能巡视检查管理、缺陷隐患管理、报告智能整编、水工设备台账及文档、任务管理等功能，对大坝安全各项业务进行信息化整合，全面解决以上业务痛点。其作为大坝安全管理业务流转、工作支持和信息查询的三维可视化平台，是新丰江大坝安全管理的统一入口，能全面、准确、及时收集大坝运行管理业务数据，提供大坝安全各项业务的信息化流程和协同管理。同时通过对大坝安全信息的融合挖掘，依据相关技术标准和管理规定，实现了大坝安全状态的自动融合、智能评判、闭环反馈、智能管控，以支撑新丰江发电公司对水电站大坝安全的标准化、科学化、精细化管理。

2 建设原则

新丰江水电站大坝安全在线监控与BIM建模智慧大坝管理平台的建设遵循以下原则：

（1）科学性：针对公司现有大坝安全管理工作的实际情况，并体现大坝安全管理工作的规律。

（2）合理性：适应公司大坝安全运行管理的需要，提升大坝安全管理工作效率和管理水平。

（3）规范性：遵循现有的法律、规章和标准，符合公司各个部门大坝安全管理工作的信息流程和标准。

（4）实用性：注重系统稳定可靠运行和实际应用效果，注重系统人机接口功能性，操作控制应简洁、方便、灵活，易于运行管理和维护。

（5）先进性：立足国内现状，并面向未来发展方向，具有一定前瞻性、创新性和可扩展性。

（6）安全性：在公司现有网络安全体系的基础上，采取必要的信息和网络安全措施，确保网络信息安全。

（7）可靠性：各项技术性能指标均应达到行业要求，保证高可靠性，适应现场环境。

（8）高效性：改进公司的大坝安全管理工作流程或方式，形成高效的工作方法和管理模式。

（9）扩展性：提供良好的外部接口，满足不同系统间交换数据的需要，同时支持管理模式和流程的改进。

3 平台系统实现

3.1 平台系统开发模式

新丰江水电站大坝安全在线监控与BIM建模智慧大坝管理平台系统采用浏览器/Web服务器（Browser/Web Server，B/S）模式，在包括全部办公场所的广域网内提供无差别化应用。

系统采用多层结构，分别为数据访问层、业务逻辑服务器层和表现层，通过对软件层次结构的抽象和组合，能够将数据访问、业务逻辑处理和用户界面展示部分进行分割和组装，使软件系统具备良好的伸缩性和灵活性，更好地适应复杂的网络环境、数据库类型和不同层次用户的特殊需求。

3.2 平台系统框架

平台系统按照功能自下而上分为应用支撑平台、数据集成、系统应用和信息发布四个部分（图1）。

图1 平台系统架构总体层次Fig.1 Structure of the system

（1）应用支撑平台：该平台是系统的基础支撑平台，它所提供的应用基本开发环境由一系列组件组成。通过配置形成对应用系统的支撑，通过对数据库群中资源和业务规则的调用、解释、维护，驱动业务操作，形成各类业务系统运行的统一工作平台，使基于各平台之间的业务系统能够在一个严格定义的、统一的环境中运行，从而提高系统互联、互通、互操作和信息共享的能力。应用支撑平台为各类系统的应用提供基础的硬件设备、网络环境和系统平台软件，是整个系统运行的基础。

（2）数据集成：将系统包含的各类信息集成到统一的数据库服务器中，包括大坝的全景影像和三维模型、安全监控的规则与定义、在线监测、缺陷隐患、巡检、报告整编、设备台帐等各类信息和文档资料。系统提供专业的数据交换软件实现对上述各类信息的集成，数据交换软件自动运行，对需要计算和处理的数据根据设定的算法和流程自动进行处理。

（3）系统应用：结合用户实际工作中的要求，按照不同人员的管理职责和信息传递流程，对各类信息进行专业处理。如对用户的统一权限认证、大坝安全监控、在线监测管理、缺陷隐患管理、巡视检查管理、报告整编等。

（4）信息展示：对系统中包含的各类信息进行展示，用户能够通过浏览器、移动终端等多种方式访问所需要的信息。对于不同的用户，根据权限确定其能够访问的信息范围。

上述各个部分在功能上有明确的分工，并在内部协同配合，完成整个系统内数据存储、网络访问、信息入库、信息管理、信息查询、信息综合分析与监控等流程，并根据不同层次用户的特点和要求，向用户提供多种访问方式和特定的内容。

3.3 数据库设计

采用大型关系数据库SQL Server 2012进行系统开发，采用实体-联系模型（简称E-R模型）进行数据库设计，实体划分界限清晰，避免漏项和重复冗余。

数据库编码在遵循国家级编码规范基础上，既充分考虑现有的业务，也预估了未来的需求。本系统编码主要参照GB/T 7027—2002《信息分类和编码的基本原则与方法》、SL 325—2014《水质数据库表结构及标识符规定》等标准规范。

3.4 平台功能模块

（1）三维展示：新丰江水电站三维展示模块为该平台的核心模块之一。对水电站枢纽区进行360°全景倾斜摄影，建立全景影像，采用BIM技术建立大坝等主要水工建筑物的三维模型。通过二三维多源数据展示，多角度实现电站补强加固、监测监控、现场检查，以及隐患的可视化与信息化管理，帮助用户多角度、多方面了解水库工情与管理情况，快速掌握电站全局信息。

（2）在线监测：在线监测管理模块为该平台的核心模块之一，主要包括数据查询、数据录入、数据统计、测点管理、监测管理、离线分析、图形管理等功能模块。

（3）安全监控：安全监控模块为该平台的核心模块之一，主要包括评判展示、评判设置、任务管理等功能模块。将监测信息、巡视检查和结构信息快速计算结果等多源信息进行融合分析、逐级评判，最终得出综合评判结论，实现大坝安全评判从“单一信息”向“多源信息”、“静态”向“动态”、“人工”到“智能”、“碎片化”到“共享化”的重要升级，确保更及时、高效地发现缺陷和隐患，实时精准评判大坝安全状况。

（4）巡检管理：巡检管理模块为该平台的核心模块之一，主要包括巡检记录、缺陷查询、巡检报告、任务管理、方案管理、高级设置等功能模块。开发手机版巡视检查APP，实现巡检任务和成果的数字化；将巡检目标对象化，实现巡检工作的全信息化流程管理；自动发起巡检任务，根据巡检频次和巡检内容等要求，自动提醒、规划巡检路线及巡检内容；用户按固定路线，通过NFC近场通讯技术，采用手机打卡巡检，巡检APP自动提醒用户所在区域需要检查的项目、方法、内容和可能的结果；用户在APP中录入结果、拍摄影像，完成巡检工作；最后在平台上自动生成巡检报告。巡检信息能自动转化为评判信息，参与大坝安全评判。

（5）资料整编：资料整编模块为该平台的核心模块之一，主要包括母版管理、模板管理、大纲管理、报告管理等功能模块。可通过预设模板和任务预定，自动进行常规性监测资料的整编、统计，实现监测整编报告自动生成。可生成的报告包括监测资料整编的月报、年报及长系列的资料分析报告等，也可自动生成实时的分析报告。

（6）隐患管理：可以对各类隐患进行录入、认定、消除等全流程管理。

（7）设备管理：可以管理各类部位或设备的基本信息、维护记录、历史文档等。

（8）信息共享：可以发布各类通知公告、工作动态、文件资料等。

（9）系统管理：包括角色权限管理、用户管理、日志管理等功能模块。

4 运行情况分析

截至2021年10月9日，平台各大模块的运行情况总结如下：

（1）三维BIM建模及展示模块：共制作上游坝面、下游坝面、边坡、坝顶、出水口、溢洪道、滑坡体等全景点位21个。在BIM中分期展示了原始坝段、一期加固、二期加固、大头加固、108裂缝修补等部位和结构的具体形态；对引张线、视准线、垂线、扬压力、水准测量等观测设备进行了建模。在BIM中共建模366个。同时利用倾斜摄影技术对坝址周围360 000 m2的地域进行了三维扫描与建模。

（2）在线监测模块：录入测值数据1 019 094条。

（3）安全监控模块：进行了1 018次大坝安全状态评判。

（4）巡检管理模块：设置巡检对象98个、巡检路线7条；生成巡检记录100条、巡检报告100份。

（5）隐患管理模块：共录入待认定隐患1条。

（6）设备管理模块：共对31个部位或设备进行了管理。

（7）资料整编模块：共新增模板176个、大纲12个，生成报告13份。

（8）信息共享模块：共发布文件5份。

（9）系统管理模块：共添加用户16个、日志1 575条。

（10）巡检APP功能已实现，使用正常。