水电站水工巡视检查工作的改进

李啸啸，冯永祥，储兆伟，刘 通

（1.雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都，610051；2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州，311122）

大坝巡检工作具有全面性、及时性和直观性等特点，是大坝仪器监测所不能代替的。据资料统计，巡检发现的大坝重大安全隐患约占出险水库总数的70%[1]。

为保证大坝安全运行，我国现行的大坝监测技术规范明确规定，大坝巡检是和仪器监测同等重要的监测工作，并对日常、年度和特殊情况的巡检提出了具体要求[2]。仪器监测在空间上是局部的，在时间上是不连续的，在监测项目上是有限的[1]。大坝安全隐患和异常在仪器监测的范围和时段内极有可能被遗漏[3]，有些蕴含大坝安全的重要信息，单靠仪器监测有时无法发现[4]，而定期与不定期的巡检可以从宏观上检查大范围的大坝安全隐患，从微观上发现大坝的局部异常[5]。

目前，常用的巡检方式为人工检查，检查结果通过人工录入数据，离线检测设备异常。然而，此种巡检方式存在劳动强度大、周期长、检测质量分散[6]、巡检手段单一、不能自动报警及进行趋势性分析[7]等问题，难以及时、准确反映设备健康情况，无法满足智能水电站管理要求[6]。自动巡检方法主要根据在线监测系统需要执行的任务来进行设计[7]，系统应尽早发现可能影响大坝和设备的缺陷，为生产运行、检修和管理人员提供生产决策支持，消除隐患[8]。

针对上述问题，分析传统巡检方案优劣性，基于巡检工作具体内容，利用数字化巡检技术，提出了水电站水工巡检工作的改进方案。该方案在结合传统巡检方案与数字化手段的基础上，完成了巡检功能升级、巡检方案优化、巡检缺陷类型梳理及标准化。较原传统巡检方式，优化后的在线巡检系统大大提高了数据结构化程度，减少了数据冗余，加强了缺陷跟踪及过程管理。基于本方案设计的在线巡检系统已应用于二滩水电站，并取得了良好的应用效果。

1 传统巡检方案设置模式

巡检分为日常、年度和特殊三种情况。指定专人定时按固定的检查项目对各类设施设备进行检查称为日常检查。每年汛前、汛后及冰冻期等关键节点对重点部位进行的检查称为年度详查。当水库大坝经历有感地震、特大暴雨、历史高水位或极端气温时，进行特殊检查。

巡检部位应包括库区、近坝库岸、大坝、泄水、引水、发电厂房、工程边坡等建筑物和设备。按规定的时间、次数、检查项目和路线进行检查，对各部位有无损坏或异常做出判断，做好文字记录。

在传统的大坝安全巡检工作中，管理人员预先制定巡检路线，巡检人按照预定的路线进行巡视，巡视期间对路线所经过的工程部位或设备仪器进行检查，发现问题时以纸质方式记录下来，同时也可通过拍照或摄像等方式进行记录。

传统巡检采用纸质方式记录巡检结果，或采用电子文档与巡检附件（照片、视频等）整编归档方式进行管理，缺乏对巡检历史记录进行批量对比查询，以及按部位查询巡视记录等功能，不利于大坝安全管理人员对历史巡检记录进行数据分析以判断大坝的安全状况。传统巡检工作内容包括巡检项目、巡检方式、巡检顺序、巡检路线、记录表式、文字材料等。

2 方案优化

传统的巡检工作多采用手工记录的方式进行，巡检工作受到环境干扰、人员素养等因素影响，缺乏对巡检过程的管控与约束，且工作量巨大，巡检效率较低，纸质的记录不易保存。方案优化后，可采用基于NFC的数字化巡检系统，依托NFC与智能手机结合的方式，利用手机通讯和网络信息技术实时上传巡检结果和时间信息，实现了巡检工作的无纸化管理，同时保证了巡检结果的时效性、真实性。

根据DL/T 2204—2020《水电站大坝安全现场检查技术规程》，梳理现行水工巡检工作现场巡检对象、巡检路线、巡检内容等基本属性信息，合理构建基于以上基本属性信息的水工巡检信息化整体解决方案，有效提高用户日常巡检工作效率，提升巡检结果结构化程度与结果客观性，并减小数据冗余程度。

2.1 巡检方案优化

根据DL/T 2204—2020《水电站大坝安全现场检查技术规程》中第4.6条：“现场检查应结合建筑物布置、结构特点、运行性态以及检查的类别，制订适合于本电站水工建筑物和附属设备的现场检查作业指导书，明确检查内容、方法、要求、路线和频次。应重视检查工况与建筑物响应的关系，重视与仪器监测成果的比对，对运行性态异常、仪器监测成果警示的部位应重点核查。”

本方案结合规范要求及二滩大坝工程特点，通过梳理巡检对象，确定巡检类型，设计巡检路线，实现了巡检方案的优化提升。在系统初始化时创建巡检类型作为对象初始化的模板，用户新建巡检对象时可直接引用巡检类型的检查内容，并根据检查对象实际情况进行一定的检查内容微调，满足同类型不同巡检对象在检查内容上的差异化需求，保证大坝及未来全流域的巡检数据标准化，便于数据分析及统计，挖掘数据价值。

2.1.1 梳理巡检对象

在已有的大坝巡检对象基础上进一步完善巡检对象设计，增补缺项。丰富巡检对象的巡检内容，确保巡检内容全面、详实、可完全覆盖巡检对象所需检查内容，以强化巡检结果的可靠性，为大坝安全综合评判提供可信资料。

2.1.2 确定巡检类型

将巡检对象根据类型分组并抽象出巡检类型，制定类型的巡检内容项作为对象初始化的模板，并将该巡检类型中的“可能缺陷类型”与巡检内容进行了属性关联。巡检类型、巡检内容的确定为大坝巡检初始化工作提供了巨大便利，同时也进一步提升了电站乃至公司、流域的巡检工作的标准化程度。

2.1.3 设计巡检路线

根据巡检对象类型、巡检频率要求的不同，结合巡检对象的空间关联关系，重新设计巡检路线。更新后的巡检路线可全方位覆盖大坝所需检查部位，降低原有巡检路线盲区导致的大坝风险不确定性，加强巡检工作的可靠性，提升巡检工作效率，丰富巡检工作的内涵。

2.2 巡检缺陷类型梳理

参考国内外相关大坝缺陷资料，梳理水电站大坝常见缺陷，制定巡检缺陷类型标准化模板，供大坝巡检工作人员选用。巡检过程中，可实时记录巡检过程中发现的缺陷，记录缺陷的各项属性，对于未消缺缺陷，可对缺陷内容的属性进行更新。通过在后续巡检中跟踪缺陷状态，实现巡检缺陷的闭环管理，有效抑制了水电站大坝隐患出现的可能性。

梳理混凝土坝常见的缺陷类型，系统将缺陷进行标准化分类，主要包括：破损、裂缝、错动、脱开、渗水、不均匀沉降、横缝开合、析钙、接缝开合、排水孔、排水沟、析出物、剥落、崩塌、掉块、滚石或杂物、水垫塘底部测压孔水量及压力变化、拉杆松弛及环境温度、排水设施工作、蜗壳进人门渗漏、沉陷、隆起、剥蚀、脱空、孤危石、防护设施是否完好、观测便道是否完好、淘空、截水沟工作、空蚀等，同时缺陷类型可根据用户需要进行自定义扩展。

3 优化后对比

雅砻江公司二滩水电站已应用优化后的巡视管理系统。优化后，二滩大坝水工巡检工作中各类对象元素更为完整，实现巡检类型、巡检路线、巡检内容、巡检结果、问题缺陷类型动态配置，通过二滩大坝的各类信息配置初始化，达到功能部位全覆盖、检查过程全监控的目标，提升了二滩水电站巡检系统数字化、智能化水平。

优化后，二滩水电站巡检系统中巡检数据结构化程度有明显提高，数据冗余减少，缺陷跟踪及巡检过程管理能力得到了大幅提升。

3.1 提高数据结构化程度

方案优化前，用户主要通过文字描述记录巡检对象的检查结果，结构化程度不高，反映的结果较为主观。

方案优化后，进一步细化巡检内容，并将结果进行异常分级，结合巡检缺陷的分类、属性设计等手段，将原本整段的巡检结果文字描述，切分为巡检内容、结果分级、缺陷类型三个维度。根据DL/T 2204—2020《水电站大坝安全现场检查技术规程》中“第5.1条混凝土坝”的检查项目、内容和检查要求，需要首先对二滩大坝的缺陷进行结构化，包括缺陷类型和缺陷属性，具体见表1；进一步结合二滩大坝实际巡检工作情况对巡检内容进行结构化，并将巡检内容和表1中可能发生的缺陷进行关联，能够有效梳理巡检内容和缺陷的关系，提升了巡检结果的分析价值，具体见表2。

表1 缺陷类型及属性梳理结果Table 1 Defect type and attribute

表2 巡检内容与缺陷类型对应关系梳理结果（1）Table 2 Relationship between inspection contents and defect types(1)

3.2 数据标准化

巡检过程完成后，检查中的记录内容及照片/视频材料将存放于数据库中，但如果某些数据被多次记录，将会造成数据重复，浪费空间，导致服务器负载过多，查询速度明显下降，同时由于非结构化数据关联性较弱，无法有效进行数据分析。

方案优化前，二滩水电站原有的巡检系统不支持同属于一个类型的不同巡检对象具备差异化的巡检内容，如针对坝顶不同坝段的防浪墙裂缝情况及路面情况，强制将很多同类型的巡检对象拆分成不同的巡检类型，产生大量数据冗余，且不利于利用巡检结果进行进一步的数据挖掘分析。

方案优化后，基于标准化的巡检类型及缺陷类型，二滩水电站在线巡检系统进一步梳理了二滩水电站的巡检对象，当出现新巡检对象时，可直接引用巡检类型的检查内容模板，并根据检查对象实际情况进行一定的检查内容微调，从而大幅降低了巡检类型数量，将巡检对象、结果进行了高效的分类，便于用户高效分析数据，利用数据有效洞察巡检发现问题的根本原因。

3.3 加强缺陷跟踪及过程管理

大坝溃决过程中，每一个重要环节的发生都与大坝运行过程中的缺陷密切相关。因此，亟需加强大坝的缺陷跟踪及过程管理。

方案优化前，巡检方案中无缺陷管理功能，缺乏对大坝巡检中发现的缺陷的管理能力，若不对缺陷进行及时有效的处理，随时间推移，缺陷可能成为大坝隐患甚至溃坝原因。

方案优化后，在原有巡检业务中添加了缺陷管理功能，并将巡检类型进行标准化设计。针对巡检过程中发现的大坝缺陷，将基于手机APP上预设的标准化模板设置缺陷参数（如破损缺陷包含：序号、编号、位置、长度、宽度、深度、变化情况等参数），配合视频/照片记录缺陷状态，以数字化手段对发现的大坝缺陷进行记录并追踪。在后续的巡检过程中，巡检路线将帮助用户持续跟踪发现的缺陷，记录缺陷变化状态，直至缺陷被完全修复。

表3 巡检内容与缺陷类型对应关系梳理结果（2）Table 3 Relationship between inspection contents and defect types(2)

通过这种方案，可实现对巡检过程中记录缺陷的全过程管理，提升巡检结果的精细化程度，提高电站巡检工作管理水平，更加客观地反映水电站大坝的安全状态。

5 结语

通过梳理二滩水电站现行水工巡检工作的巡检对象、巡检路线、巡检内容等基本属性信息，构建基于巡检对象、巡检类型、巡检内容等巡检属性信息的水工巡检信息化管理整体解决方案，是现有水工巡检技术、信息化技术发展的总结提高，可有效提高数据结构化程度、减少数据冗余、加强缺陷跟踪及过程管理，并进一步提升现场水工巡检工作精细化、标准化、规范化管理水平。