水電站水工巡視檢查工作的改進

李嘯嘯，馮永祥，儲兆偉，劉 通

（1.雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都，610051；2.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州，311122）

大壩巡檢工作具有全面性、及時性和直觀性等特點，是大壩儀器監測所不能代替的。據資料統計，巡檢發現的大壩重大安全隱患約占出險水庫總數的70%[1]。

為保證大壩安全運行，我國現行的大壩監測技術規范明確規定，大壩巡檢是和儀器監測同等重要的監測工作，并對日常、年度和特殊情況的巡檢提出了具體要求[2]。儀器監測在空間上是局部的，在時間上是不連續的，在監測項目上是有限的[1]。大壩安全隱患和異常在儀器監測的范圍和時段內極有可能被遺漏[3]，有些蘊含大壩安全的重要信息，單靠儀器監測有時無法發現[4]，而定期與不定期的巡檢可以從宏觀上檢查大范圍的大壩安全隱患，從微觀上發現大壩的局部異常[5]。

目前，常用的巡檢方式為人工檢查，檢查結果通過人工錄入數據，離線檢測設備異常。然而，此種巡檢方式存在勞動強度大、周期長、檢測質量分散[6]、巡檢手段單一、不能自動報警及進行趨勢性分析[7]等問題，難以及時、準確反映設備健康情況，無法滿足智能水電站管理要求[6]。自動巡檢方法主要根據在線監測系統需要執行的任務來進行設計[7]，系統應盡早發現可能影響大壩和設備的缺陷，為生產運行、檢修和管理人員提供生產決策支持，消除隱患[8]。

針對上述問題，分析傳統巡檢方案優劣性，基于巡檢工作具體內容，利用數字化巡檢技術，提出了水電站水工巡檢工作的改進方案。該方案在結合傳統巡檢方案與數字化手段的基礎上，完成了巡檢功能升級、巡檢方案優化、巡檢缺陷類型梳理及標準化。較原傳統巡檢方式，優化后的在線巡檢系統大大提高了數據結構化程度，減少了數據冗余，加強了缺陷跟蹤及過程管理?；诒痉桨冈O計的在線巡檢系統已應用于二灘水電站，并取得了良好的應用效果。

1 傳統巡檢方案設置模式

巡檢分為日常、年度和特殊三種情況。指定專人定時按固定的檢查項目對各類設施設備進行檢查稱為日常檢查。每年汛前、汛后及冰凍期等關鍵節點對重點部位進行的檢查稱為年度詳查。當水庫大壩經歷有感地震、特大暴雨、歷史高水位或極端氣溫時，進行特殊檢查。

巡檢部位應包括庫區、近壩庫岸、大壩、泄水、引水、發電廠房、工程邊坡等建筑物和設備。按規定的時間、次數、檢查項目和路線進行檢查，對各部位有無損壞或異常做出判斷，做好文字記錄。

在傳統的大壩安全巡檢工作中，管理人員預先制定巡檢路線，巡檢人按照預定的路線進行巡視，巡視期間對路線所經過的工程部位或設備儀器進行檢查，發現問題時以紙質方式記錄下來，同時也可通過拍照或攝像等方式進行記錄。

傳統巡檢采用紙質方式記錄巡檢結果，或采用電子文檔與巡檢附件（照片、視頻等）整編歸檔方式進行管理，缺乏對巡檢歷史記錄進行批量對比查詢，以及按部位查詢巡視記錄等功能，不利于大壩安全管理人員對歷史巡檢記錄進行數據分析以判斷大壩的安全狀況。傳統巡檢工作內容包括巡檢項目、巡檢方式、巡檢順序、巡檢路線、記錄表式、文字材料等。

2 方案優化

傳統的巡檢工作多采用手工記錄的方式進行，巡檢工作受到環境干擾、人員素養等因素影響，缺乏對巡檢過程的管控與約束，且工作量巨大，巡檢效率較低，紙質的記錄不易保存。方案優化后，可采用基于NFC的數字化巡檢系統，依托NFC與智能手機結合的方式，利用手機通訊和網絡信息技術實時上傳巡檢結果和時間信息，實現了巡檢工作的無紙化管理，同時保證了巡檢結果的時效性、真實性。

根據DL/T 2204—2020《水電站大壩安全現場檢查技術規程》，梳理現行水工巡檢工作現場巡檢對象、巡檢路線、巡檢內容等基本屬性信息，合理構建基于以上基本屬性信息的水工巡檢信息化整體解決方案，有效提高用戶日常巡檢工作效率，提升巡檢結果結構化程度與結果客觀性，并減小數據冗余程度。

2.1 巡檢方案優化

根據DL/T 2204—2020《水電站大壩安全現場檢查技術規程》中第4.6條：“現場檢查應結合建筑物布置、結構特點、運行性態以及檢查的類別，制訂適合于本電站水工建筑物和附屬設備的現場檢查作業指導書，明確檢查內容、方法、要求、路線和頻次。應重視檢查工況與建筑物響應的關系，重視與儀器監測成果的比對，對運行性態異常、儀器監測成果警示的部位應重點核查?！?/p>

本方案結合規范要求及二灘大壩工程特點，通過梳理巡檢對象，確定巡檢類型，設計巡檢路線，實現了巡檢方案的優化提升。在系統初始化時創建巡檢類型作為對象初始化的模板，用戶新建巡檢對象時可直接引用巡檢類型的檢查內容，并根據檢查對象實際情況進行一定的檢查內容微調，滿足同類型不同巡檢對象在檢查內容上的差異化需求，保證大壩及未來全流域的巡檢數據標準化，便于數據分析及統計，挖掘數據價值。

2.1.1 梳理巡檢對象

在已有的大壩巡檢對象基礎上進一步完善巡檢對象設計，增補缺項。豐富巡檢對象的巡檢內容，確保巡檢內容全面、詳實、可完全覆蓋巡檢對象所需檢查內容，以強化巡檢結果的可靠性，為大壩安全綜合評判提供可信資料。

2.1.2 確定巡檢類型

將巡檢對象根據類型分組并抽象出巡檢類型，制定類型的巡檢內容項作為對象初始化的模板，并將該巡檢類型中的“可能缺陷類型”與巡檢內容進行了屬性關聯。巡檢類型、巡檢內容的確定為大壩巡檢初始化工作提供了巨大便利，同時也進一步提升了電站乃至公司、流域的巡檢工作的標準化程度。

2.1.3 設計巡檢路線

根據巡檢對象類型、巡檢頻率要求的不同，結合巡檢對象的空間關聯關系，重新設計巡檢路線。更新后的巡檢路線可全方位覆蓋大壩所需檢查部位，降低原有巡檢路線盲區導致的大壩風險不確定性，加強巡檢工作的可靠性，提升巡檢工作效率，豐富巡檢工作的內涵。

2.2 巡檢缺陷類型梳理

參考國內外相關大壩缺陷資料，梳理水電站大壩常見缺陷，制定巡檢缺陷類型標準化模板，供大壩巡檢工作人員選用。巡檢過程中，可實時記錄巡檢過程中發現的缺陷，記錄缺陷的各項屬性，對于未消缺缺陷，可對缺陷內容的屬性進行更新。通過在后續巡檢中跟蹤缺陷狀態，實現巡檢缺陷的閉環管理，有效抑制了水電站大壩隱患出現的可能性。

梳理混凝土壩常見的缺陷類型，系統將缺陷進行標準化分類，主要包括：破損、裂縫、錯動、脫開、滲水、不均勻沉降、橫縫開合、析鈣、接縫開合、排水孔、排水溝、析出物、剝落、崩塌、掉塊、滾石或雜物、水墊塘底部測壓孔水量及壓力變化、拉桿松弛及環境溫度、排水設施工作、蝸殼進人門滲漏、沉陷、隆起、剝蝕、脫空、孤危石、防護設施是否完好、觀測便道是否完好、淘空、截水溝工作、空蝕等，同時缺陷類型可根據用戶需要進行自定義擴展。

3 優化后對比

雅礱江公司二灘水電站已應用優化后的巡視管理系統。優化后，二灘大壩水工巡檢工作中各類對象元素更為完整，實現巡檢類型、巡檢路線、巡檢內容、巡檢結果、問題缺陷類型動態配置，通過二灘大壩的各類信息配置初始化，達到功能部位全覆蓋、檢查過程全監控的目標，提升了二灘水電站巡檢系統數字化、智能化水平。

優化后，二灘水電站巡檢系統中巡檢數據結構化程度有明顯提高，數據冗余減少，缺陷跟蹤及巡檢過程管理能力得到了大幅提升。

3.1 提高數據結構化程度

方案優化前，用戶主要通過文字描述記錄巡檢對象的檢查結果，結構化程度不高，反映的結果較為主觀。

方案優化后，進一步細化巡檢內容，并將結果進行異常分級，結合巡檢缺陷的分類、屬性設計等手段，將原本整段的巡檢結果文字描述，切分為巡檢內容、結果分級、缺陷類型三個維度。根據DL/T 2204—2020《水電站大壩安全現場檢查技術規程》中“第5.1條混凝土壩”的檢查項目、內容和檢查要求，需要首先對二灘大壩的缺陷進行結構化，包括缺陷類型和缺陷屬性，具體見表1；進一步結合二灘大壩實際巡檢工作情況對巡檢內容進行結構化，并將巡檢內容和表1中可能發生的缺陷進行關聯，能夠有效梳理巡檢內容和缺陷的關系，提升了巡檢結果的分析價值，具體見表2。

表1 缺陷類型及屬性梳理結果Table 1 Defect type and attribute

表2 巡檢內容與缺陷類型對應關系梳理結果（1）Table 2 Relationship between inspection contents and defect types(1)

3.2 數據標準化

巡檢過程完成后，檢查中的記錄內容及照片/視頻材料將存放于數據庫中，但如果某些數據被多次記錄，將會造成數據重復，浪費空間，導致服務器負載過多，查詢速度明顯下降，同時由于非結構化數據關聯性較弱，無法有效進行數據分析。

方案優化前，二灘水電站原有的巡檢系統不支持同屬于一個類型的不同巡檢對象具備差異化的巡檢內容，如針對壩頂不同壩段的防浪墻裂縫情況及路面情況，強制將很多同類型的巡檢對象拆分成不同的巡檢類型，產生大量數據冗余，且不利于利用巡檢結果進行進一步的數據挖掘分析。

方案優化后，基于標準化的巡檢類型及缺陷類型，二灘水電站在線巡檢系統進一步梳理了二灘水電站的巡檢對象，當出現新巡檢對象時，可直接引用巡檢類型的檢查內容模板，并根據檢查對象實際情況進行一定的檢查內容微調，從而大幅降低了巡檢類型數量，將巡檢對象、結果進行了高效的分類，便于用戶高效分析數據，利用數據有效洞察巡檢發現問題的根本原因。

3.3 加強缺陷跟蹤及過程管理

大壩潰決過程中，每一個重要環節的發生都與大壩運行過程中的缺陷密切相關。因此，亟需加強大壩的缺陷跟蹤及過程管理。

方案優化前，巡檢方案中無缺陷管理功能，缺乏對大壩巡檢中發現的缺陷的管理能力，若不對缺陷進行及時有效的處理，隨時間推移，缺陷可能成為大壩隱患甚至潰壩原因。

方案優化后，在原有巡檢業務中添加了缺陷管理功能，并將巡檢類型進行標準化設計。針對巡檢過程中發現的大壩缺陷，將基于手機APP上預設的標準化模板設置缺陷參數（如破損缺陷包含：序號、編號、位置、長度、寬度、深度、變化情況等參數），配合視頻/照片記錄缺陷狀態，以數字化手段對發現的大壩缺陷進行記錄并追蹤。在后續的巡檢過程中，巡檢路線將幫助用戶持續跟蹤發現的缺陷，記錄缺陷變化狀態，直至缺陷被完全修復。

表3 巡檢內容與缺陷類型對應關系梳理結果（2）Table 3 Relationship between inspection contents and defect types(2)

通過這種方案，可實現對巡檢過程中記錄缺陷的全過程管理，提升巡檢結果的精細化程度，提高電站巡檢工作管理水平，更加客觀地反映水電站大壩的安全狀態。

5 結語

通過梳理二灘水電站現行水工巡檢工作的巡檢對象、巡檢路線、巡檢內容等基本屬性信息，構建基于巡檢對象、巡檢類型、巡檢內容等巡檢屬性信息的水工巡檢信息化管理整體解決方案，是現有水工巡檢技術、信息化技術發展的總結提高，可有效提高數據結構化程度、減少數據冗余、加強缺陷跟蹤及過程管理，并進一步提升現場水工巡檢工作精細化、標準化、規范化管理水平。