大坝安全监测仪器技术发展现状与展望

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1、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

2、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

3、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[1-3]到有、从单一到全面、从原始到高科技的发展历程。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

4、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

5、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[4]定可靠、长期连续运行的基石。形象

6、地说，大坝安全监测仪器就譬如是安全监测系统的“感官”，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

7、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，安全监测仪器技术的发展步伐始终没有停滞，在传感器原理的先进性与多样性、生产工艺的先进性、传感材料的性能优异性、施工的高效方便性、测量技术先进性等多方面都取得了长足进步。在此期间，钢弦式仪器得到广泛应用，高耐水压仪器、超大量程仪器应运而生，光纤传感器和卫星定位测量等技术得到初步应用，分布式大坝自动化测量系统逐步进入成熟期，为实现大坝安全监测项目的全覆

8、盖提供了准确可靠的技术手段。1.1埋入式监测仪器埋入式监测仪器一般埋入水工建筑物内部，用于监测水工建筑物结构安全相关的各种物理量变化规律，是大坝安全监测专业技术领域中测点分布最广泛、涉及被测物理量最多、使用数量最庞大的仪器类型。主要承担大坝内部应力应变、渗流渗压、裂缝、位移、倾斜、温度场等重要项目的监测任务。埋入式监测仪器一旦被埋设安装并投入使用之后就不再具有取出、更换的条件，因此可靠