蓄能電站群水工安全監(jiān)測(cè)信息監(jiān)控平臺(tái)研發(fā)

　　摘 要：蓄能電站庫(kù)壩勢(shì)能高且水位變動(dòng)頻率高、速度快，水道工作水頭高，水工建筑物運(yùn)行性態(tài)和安全對(duì)工程效益發(fā)揮、公共安全和電網(wǎng)安全意義重大。提出了統(tǒng)一的蓄能電站水工建筑物安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及對(duì)象標(biāo)識(shí)符命名規(guī)則，構(gòu)建了針對(duì)抽水蓄能電站水工建筑物、水工監(jiān)測(cè)設(shè)備的對(duì)象模型，構(gòu)建了普適于商用云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)的蓄能電站群水工監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)中臺(tái)。研發(fā)了針對(duì)蓄能電站群水工建筑平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編組分析、相關(guān)性分析、回歸分析，并通過(guò)有限元計(jì)算模型進(jìn)行大壩長(zhǎng)期性態(tài)實(shí)時(shí)在線反演分析，融合散點(diǎn)數(shù)據(jù)形成連續(xù)分布大壩數(shù)字孿生模型的分析功能微服務(wù)體系和技術(shù)中臺(tái)。開(kāi)發(fā)了對(duì)蓄能電站水工安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)復(fù)雜查詢分析和空間分布特性展示，基于 BIM 模型進(jìn)行水工建筑物和監(jiān)測(cè)設(shè)施三維輕量化展示查詢和漫游，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備故障、構(gòu)筑物病害進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警的業(yè)務(wù)前臺(tái)，提出了基于水工建筑物數(shù)字孿生模型、通過(guò) VTK 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)大壩性態(tài)數(shù)字孿生模型線上交互分析和三維展示瀏覽的可視化方法。監(jiān)控平臺(tái)可實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析、預(yù)測(cè)蓄能電站群(亦能應(yīng)用于常規(guī)水庫(kù)水電站樞紐群)安全性態(tài)，為工程運(yùn)行管理提供技術(shù)基礎(chǔ)。

　　關(guān)鍵詞：蓄能電站;水工建筑物;安全監(jiān)測(cè);監(jiān)控;分析平臺(tái)

　　葉復(fù)萌; 陳輝; 向正林; 鄧剛; 李建秋; 張延億， 水利水電技術(shù)(中英文) 發(fā)表時(shí)間：2021-11-26

　　0 引言

　　蓄能電站庫(kù)壩勢(shì)能高且水位變動(dòng)頻率高、速度快，水道工作水頭高，水工建筑物運(yùn)行性態(tài)和安全對(duì)工程效益發(fā)揮、公共安全和電網(wǎng)安全意義重大。水工安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)涉及面廣、種類多、歷時(shí)長(zhǎng)[1,2]，隨著自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展，采集周期縮短、數(shù)據(jù)量劇增，水工建筑物結(jié)構(gòu)性態(tài)分析評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)更加充實(shí)。學(xué)者們已對(duì)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展了大量分析挖掘研究工作，除過(guò)去的回歸分析、相關(guān)性分析等[3]外，學(xué)術(shù)界開(kāi)始探索并綜合運(yùn)用包括機(jī)器學(xué)習(xí)算法等在內(nèi)的多種分析模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、分析、預(yù)測(cè)，如吳云星等引入 LM 算法對(duì) BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值進(jìn)行優(yōu)化，提升 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)土石壩滲流壓力的預(yù)測(cè)效果[4]。王飛等[5]針對(duì)高心墻堆石壩沉降變形過(guò)程的動(dòng)態(tài)性，將多參數(shù)非線性模型與 M5 模型樹(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)考慮實(shí)時(shí)施工質(zhì)量因素的高心墻堆石壩沉降過(guò)程的擬合與預(yù)測(cè)。司春棣等[6]提出了基于支持向量回歸(SVR)算法的土石壩安全監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)模型，實(shí)現(xiàn)土石壩安全監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)值。蔣國(guó)蕓等[7]建立了大壩安全監(jiān)測(cè)的魯棒最小二乘支持向量機(jī)模型(RLS-SVM)，提高了數(shù)據(jù)處理的穩(wěn)健性。

　　但與學(xué)術(shù)界監(jiān)測(cè)資料分析方法廣泛出現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的是，工程界中監(jiān)測(cè)資料分析與評(píng)價(jià)更多依靠線下、滯后的分析，同時(shí)，不同工程間數(shù)據(jù)格式差異大，大多數(shù)工程的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)僅分散存儲(chǔ)和簡(jiǎn)單展示各支安全監(jiān)測(cè)設(shè)備的時(shí)序數(shù)據(jù)，線上自動(dòng)分析和預(yù)警較少，較難通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、科學(xué)判斷大壩運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)工程運(yùn)行安全管理的支撐不足，面對(duì)緊急情況時(shí)不能及時(shí)預(yù)警。2020 年 5 月 19 日美國(guó)密歇根州 Edenvilled 水壩潰決，下泄洪水連續(xù)沖垮了下游的 Sanfor 大壩和 Smallwood 壩，造成了嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失，安全監(jiān)控和預(yù)警的缺乏就是事故的重要原因之一。為避免水工建筑物發(fā)生安全事故，準(zhǔn)確、快速地發(fā)現(xiàn)并掌握建筑物的安全隱患情況，亟需開(kāi)展監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)深度挖掘與智能分析，通過(guò)對(duì)工程歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，研究建立監(jiān)測(cè)變量與大壩安全性態(tài)之間的內(nèi)在關(guān)系，從而構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)分析的水工監(jiān)測(cè)信息平臺(tái)，實(shí)時(shí)獲取水工建筑物的安全性態(tài)，及時(shí)對(duì)建筑物隱患做出預(yù)警，確保工程運(yùn)行安全，為工程運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)。

　　此外，水工建筑物結(jié)構(gòu)和安全監(jiān)測(cè)布置復(fù)雜，安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析、安全預(yù)測(cè)預(yù)警較為專業(yè)化，管理人員常不具備較高的專業(yè)數(shù)據(jù)處理能力，通過(guò)可視化手段表達(dá)結(jié)構(gòu)和安全監(jiān)測(cè)設(shè)施布置，是提高安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控平臺(tái)可用性的有效技術(shù)途徑。近年來(lái)，學(xué)者們開(kāi)展了較多基于 CAD 軟件和 BIM(Building Information Modeling，BIM)軟件的較為專業(yè)化的三維建模工作[8-11]，多側(cè)重于傳統(tǒng)建模軟件所構(gòu)建的偏重于表觀造型研究;但在安全管理中應(yīng)用 BIM 模型，三維展示大壩結(jié)構(gòu)信息、安全監(jiān)測(cè)設(shè)施布置、工程安全狀態(tài)等的工作還較少見(jiàn)，亟需將水工建筑物 BIM 模型與動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行耦合，更好地輔助安全監(jiān)測(cè)及工程決策[12]。本文提出了統(tǒng)一的蓄能電站水工建筑物安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及對(duì)象標(biāo)識(shí)符命名規(guī)則，構(gòu)建了針對(duì)抽水蓄能電站水工建筑物、水工監(jiān)測(cè)設(shè)備的對(duì)象模型，構(gòu)建融合多種信息的數(shù)據(jù)中臺(tái)。研發(fā)了針對(duì)蓄能電站群水工建筑平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編組分析、相關(guān)性分析、回歸分析，可開(kāi)展有限元實(shí)時(shí)反演預(yù)測(cè)的微服務(wù)體系和技術(shù)中臺(tái)。開(kāi)發(fā)了具備綜合查詢、三維展示、預(yù)測(cè)預(yù)警的業(yè)務(wù)前臺(tái)，構(gòu)建了基于水工監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)分析和三維展示的水工監(jiān)測(cè)信息平臺(tái)，并應(yīng)用于實(shí)際工程案例。

　　1 平臺(tái)開(kāi)發(fā)原理

　　1.1 平臺(tái)架構(gòu)

　　水工平臺(tái)系統(tǒng)組成主要包括硬件后臺(tái)、數(shù)據(jù)中臺(tái)、技術(shù)中臺(tái)以及應(yīng)用前臺(tái)，系統(tǒng)架構(gòu)組成如圖 1 所示。

　　1.2 系統(tǒng)后臺(tái)

　　系統(tǒng)后臺(tái)運(yùn)行在以阿里云服務(wù)(Elastic Compute Service，簡(jiǎn)稱 ECS)為代表的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)上，虛擬服務(wù)器內(nèi)含 CPU、操作系統(tǒng)、內(nèi)存、磁盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)配置等基礎(chǔ)組件[13]和阿里云專有網(wǎng)絡(luò)(Virtual Private Cloud，簡(jiǎn)稱 VPC)，每個(gè) VPC 都由一個(gè)私網(wǎng)網(wǎng)段、一個(gè)路由器和至少一個(gè)交換機(jī)組成。虛擬服務(wù)器內(nèi)還包括阿里云關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù) RDS(Relational Database Service)等穩(wěn)定可靠、可彈性伸縮的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，支持 MySQL、SQL Server、PostgreSQL、 PPAS(Postgre Plus Advanced Server，高度兼容 Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù))和 MariaDB TX 引擎，包含阿里云負(fù)載均衡(Server Load Balancer，簡(jiǎn)稱 SLB)、阿里云 Redis 等基礎(chǔ)服務(wù)。系統(tǒng)平臺(tái)使用面向?qū)ο笳Z(yǔ)言 JAVA 開(kāi)發(fā)。

　　1.3 數(shù)據(jù)中臺(tái)開(kāi)發(fā)

　　基于統(tǒng)一的水工建筑物安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及對(duì)象標(biāo)識(shí)符命名規(guī)則，提出了針對(duì)抽水蓄能電站的水工建筑物、水工監(jiān)測(cè)設(shè)備的對(duì)象模型。該模型建立了從單位工程-分部工程-組件-部件-監(jiān)測(cè)類型-儀器類型-儀器原理-編號(hào)-監(jiān)測(cè)時(shí)間等層級(jí)關(guān)系，如圖 2 所示。其中，單位工程包含上水庫(kù)工程、下水庫(kù)工程、引水系統(tǒng)工程、尾水系統(tǒng)工程、廠房系統(tǒng)工程、升壓變電工程、施工輔助工程等;分部工程主要包含不同種類的大壩，如瀝青混凝土心墻堆石壩、碾壓混凝土重力壩、粘土心墻堆石壩、面板堆石壩、庫(kù)周防滲及庫(kù)岸處理、泄洪(導(dǎo)流)洞、溢洪道等;以粘土心墻堆石壩為例，組件主要包括壩體、壩基，壩體又包含心墻、上游墊層區(qū)、上游反濾區(qū)、上游過(guò)渡區(qū)、上游堆石區(qū)、上游壩面、壩頂防浪墻、下游墊層區(qū)、下游反濾區(qū)、下游過(guò)渡區(qū)、排水棱體、下游壩面、壩頂路面、觀測(cè)房等部件;各部件下繼續(xù)劃分監(jiān)測(cè)類型，如應(yīng)力應(yīng)變、變形、溫度、滲流、環(huán)境量等。監(jiān)測(cè)類型的下級(jí)對(duì)應(yīng)各種儀器類型、儀器原理等。最后可追溯到具體的測(cè)點(diǎn)編號(hào)。該對(duì)象模型的構(gòu)建，將對(duì)當(dāng)前任意抽水蓄能電站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建具有普適性，各電站均可使用同樣的數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)，為抽水蓄能電站數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)建與管理提供前提條件。

　　在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了普適于商用云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)的蓄能電站群水工監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)中臺(tái)，中臺(tái)主要包括水工建筑物幾何模型與視覺(jué)信息、地質(zhì)力學(xué)信息、監(jiān)測(cè)信息、檢測(cè)信息、巡檢信息等全部監(jiān)測(cè)儀器的大數(shù)據(jù)產(chǎn)出。

　　1.4 技術(shù)中臺(tái)研發(fā)

　　研發(fā)了針對(duì)蓄能電站群水工建筑平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、編組分析、相關(guān)性分析、回歸分析(基本應(yīng)用)，并通過(guò)有限元計(jì)算模型進(jìn)行大壩長(zhǎng)期性態(tài)實(shí)時(shí)在線反演分析(高級(jí)應(yīng)用)，融合散點(diǎn)數(shù)據(jù)形成連續(xù)分布大壩數(shù)字孿生模型的分析功能微服務(wù)體系和技術(shù)中臺(tái)。

　　針對(duì)基本應(yīng)用模塊：

　　(1)研發(fā)了監(jiān)測(cè)資料數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)精細(xì)化查詢程序，實(shí)現(xiàn)了從單位工程-分部工程-組件部件-監(jiān)測(cè)類型-儀器類型-儀器原理-編號(hào)-監(jiān)測(cè)時(shí)間的分層查詢功能。研發(fā)了監(jiān)測(cè)資料數(shù)據(jù)編組分析程序，用戶可利用模型對(duì)水工部位的多支設(shè)備進(jìn)行編組，實(shí)現(xiàn)成組的數(shù)據(jù)分析。

　　(2)研發(fā)了水工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性分析程序，實(shí)現(xiàn)了任意兩個(gè)變量之間相關(guān)性系數(shù)的求取與相關(guān)性圖的繪制。該功能對(duì)水工建筑物運(yùn)行狀況、病害排查等有重要輔助作用。

　　(3)研發(fā)了水工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)克里金插值程序，實(shí)現(xiàn)了水工建筑物安全性態(tài)的空間分布特性的直觀展示。克里金插值以變異函數(shù)理論和結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，利用半方差函數(shù)和原始數(shù)據(jù)，對(duì)區(qū)域化變量的未知采樣點(diǎn)進(jìn)行無(wú)偏估計(jì)的插值方法，其公式如下[14]： 0 1 ( ) ( ) N i i Z x Z x ??? ?(1)式中： 0 Z x( ) 為 0 x 點(diǎn)的估計(jì)值; N 為樣本區(qū)鉆孔總數(shù);?為克里金權(quán)重系數(shù); ( ) Z xi 為 i x 點(diǎn)的真實(shí)值。

　　(4)研發(fā)了水工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)回歸分析程序，實(shí)現(xiàn)了水工建筑物變形分析與預(yù)測(cè)等。如土石壩沉降變形回歸分析原理如下：土石壩運(yùn)行期的沉降主要包括庫(kù)水壓力引起的沉降、固結(jié)沉降、流變沉降、濕化沉降、滲流引起的沉降，可構(gòu)建如下形式的土石壩運(yùn)行期沉降的統(tǒng)計(jì)模型[15]： 3 0 1 2 1 2 1 1 ln m i i v i i i i ? ? ? b c c a H a H ? ?? ? ? ? ? ? ?(2)其中： v ? —壩體某點(diǎn)的沉降;? —從竣工到觀測(cè)時(shí)刻的時(shí)間; i H —觀測(cè)時(shí)刻的庫(kù)水位; i H —觀測(cè)時(shí)刻前 i 天(小時(shí))的平均水位， m 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試算確定;b 、 1 c 、 2 c 、 a a 11 13 ~ 及 21 2 ~ m a a 均為回歸系數(shù)。其中， 1 2 c c ? ? ? ln 為固結(jié)沉降和蠕變沉降的綜合反映， 3 1 1 i i i a H ??反映了庫(kù)水壓力引起的沉降， 2 1 m i i i a H ??則反映了滲流和濕化引起的沉降。高級(jí)應(yīng)用部分主要進(jìn)行相關(guān)水工建筑物的有限元實(shí)時(shí)反演計(jì)算分析。

　　(1)提出了基于群體智能優(yōu)化的反演分析方法。將群體智能優(yōu)化策略與機(jī)器學(xué)習(xí)代理模型相結(jié)合，構(gòu)建高效的大壩物理力學(xué)參數(shù)反演策略，反演分析主要原理如圖 3 所示。

　　(2)針對(duì)土石壩運(yùn)行期的性態(tài)分析計(jì)算需重點(diǎn)考慮壩料流變影響[16-17]。采用沈珠江建議的三參數(shù)指數(shù)模型進(jìn)行堆石料長(zhǎng)期變形反演[18]。其流變曲線的形式為：? ? creep f 1 e t i ?? ? ??? ? ?(3)式中： creep ?為流變; i ?為初始流變; f ?為最終流變量;?為初始相對(duì)變形率。對(duì)上式求導(dǎo)可得流變速率： creep f e ?t ? ????(4)將流變速率分解為體積流變速率 creep v ?和剪切變形速率 creep ?，計(jì)算公式如下： creep v v vf vf 1 t ?? ???? ?? ? ? ? ? ?(5) creep f f 1 t ?? ???? ?? ? ? ? ? ?(6)式中： vf ?為最終體積流變量; f ?為最終剪切流變量; vt ?和 t ?表示 t 時(shí)刻累計(jì)的體積流變和剪切流變量。

　　其中， 3 vf a b p ??? ?? ? ? ? ?(7)式中：? 3 為圍壓; a p 為大氣壓。 l f l 1 s d s ?? ?? ? ? ? ? ?(8)式中： l s 為剪應(yīng)力水平。采用 Prandtl-Reuss 流動(dòng)法則的假設(shè)，應(yīng)變速率張量可以表示為：? ? ? ? creep creep creep ? ? v 1 3 s s ? ? ? I ?? ?(9)式中：?s?為偏應(yīng)力張量;?I?為單位張量;? s 為廣義剪應(yīng)力。該模型共有? 、b 、 d 三個(gè)參數(shù)。假定增量?jī)?nèi)長(zhǎng)期應(yīng)變保持不變，則有? ? creep ?? ? ? creep ? ? ? ? t 。

　　1.5 應(yīng)用前臺(tái)研發(fā)

　　通過(guò)開(kāi)發(fā)包含 BIM 模型輕量化展示技術(shù)、有限元反演和預(yù)測(cè)成果展示技術(shù)的應(yīng)用前臺(tái)，提出了水工建筑物有限元模型交互式后處理可視化方法，實(shí)現(xiàn)了有限元三維模型與計(jì)算結(jié)果(位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)等)的系統(tǒng)嵌入式可視化展示方法與結(jié)果后處理操作功能。

　　(1)基于 BIM 模型進(jìn)行水工建筑物和監(jiān)測(cè)設(shè)施三維輕量化展示查詢和漫游，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備故障、構(gòu)筑物病害進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。由于水工建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計(jì)算機(jī)硬件軟件等條件限制會(huì)影響 BIM 模型的應(yīng)用效率。為了實(shí)現(xiàn) BIM 模型的輕量化展示，通過(guò) BIMFACE 的二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)水工建筑物的 Web 端的輕量化顯示功能。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖 4 所示。基于 JavaScript 語(yǔ)言和 WebGL(Web Graphics Library，Web 圖形庫(kù))技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)模型 Web 輕量化顯示。通過(guò) JavaScript 庫(kù)調(diào)用現(xiàn)有的代碼資源，為 DOM 腳本編程提供了便捷的解決方案。WebGL 通過(guò)賦予 OpenGL ES 2.0 一個(gè) JavaScript 綁定，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè) 3D 渲染和可視化操作的功能。 WebGL 應(yīng)用 HTML 腳本實(shí)現(xiàn)了基于 Web 的 3D 交互。

　　(2)通過(guò) VTK 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)大壩性態(tài)數(shù)字孿生模型線上交互分析和三維展示瀏覽的可視化方法。架構(gòu)主要包括客戶端應(yīng)用，WebServer，PWServer 三大部分。客戶端應(yīng)用負(fù)責(zé)渲染圖像等。PWServer 負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，渲染 3D 圖像。Web Server 負(fù)責(zé)兩者之間通信。這三部分相互連接，通過(guò) HTTP 協(xié)議，客戶端可以與 Web Server 進(jìn)行通信，Web Server 通過(guò) TCP 協(xié)議與 JMS Broker 相連，最后 JMS Broker 通過(guò)協(xié)議向 PWserver 收發(fā)消息[19]。架構(gòu)概況如圖 5 所示。架構(gòu)核心組件包括：Web 服務(wù)(PW Service)、可視化服務(wù)器(PW Server)、 JS 庫(kù)(JavaScript library)。

　　2 典型工程應(yīng)用

　　2.1 典型工程概況

　　系統(tǒng)應(yīng)用的典型工程之一為廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站，位于廣東省清遠(yuǎn)市清新縣太平鎮(zhèn)境內(nèi)，裝機(jī)容量 4×320MW。工程任務(wù)為承擔(dān)廣東和清遠(yuǎn)電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及緊急事故備用。樞紐工程由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群及開(kāi)關(guān)站、永久公路等部分組成，三維 BIM 模型如圖 6 所示。上水庫(kù)位于太平鎮(zhèn)秦建村，即場(chǎng)區(qū)西北部高程約 600m 的甘竹頂山間盆地，集雨面積 1.001km2。下水庫(kù)位于太平鎮(zhèn)麻竹腳，上水庫(kù)東南側(cè)近南北向溝谷上，距上水庫(kù)水平距離約 2000m，在已建大秦水庫(kù)上游，集雨面積 9.146km2。工程 2008 年 3 月前期施工準(zhǔn)備工程開(kāi)工;2009 年 12 月主體工程開(kāi)工，2015 年 11 月第一臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行，2016 年 8 月全部機(jī)組投入運(yùn)行[20]。

　　2.2 系統(tǒng)主要功能展示

　　根據(jù)用戶需求可完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)查詢，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)雖可按層級(jí)關(guān)系逐級(jí)精細(xì)查詢，但各層之間并不是強(qiáng)耦合，如已知測(cè)點(diǎn)編號(hào)可直接輸入編號(hào)，查詢其相關(guān)信息。圖 7 展示的為上水庫(kù)主壩部分滲壓測(cè)值隨時(shí)間變化的曲線。

　　根據(jù)需要可計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)中任意兩支監(jiān)測(cè)儀器在任意時(shí)間段內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)性。圖 8 以清遠(yuǎn)抽水蓄能電站上水庫(kù)主壩兩只滲壓計(jì) 3 個(gè)月內(nèi)的數(shù)據(jù)為例進(jìn)行相關(guān)性的功能展現(xiàn)，兩支儀器數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)為 0.96，屬于強(qiáng)相關(guān)。該功能對(duì)于建筑物安全性態(tài)的關(guān)聯(lián)分析有重要指導(dǎo)作用，如壩體突發(fā)大規(guī)模滲漏的情況下，可通過(guò)相關(guān)性分析功能快速定位壩體缺陷的主要工程部位等。

　　對(duì)數(shù)據(jù)量充足、具備分析條件的監(jiān)測(cè)結(jié)果可繪制空間分布等值線圖，從而了解監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的空間分布特性。下圖展示的為清遠(yuǎn)抽水蓄能電站上水庫(kù)主壩滲壓空間分布情況，滲壓等值線在心墻內(nèi)部朝下游有明顯消散趨勢(shì)，說(shuō)明目前大壩防滲結(jié)構(gòu)功能無(wú)異常。對(duì)壩頂沉降進(jìn)行回歸分析后繪制沉降-時(shí)間、庫(kù)水位-時(shí)間、計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比曲線以及沉降預(yù)測(cè)曲線，回歸分析模型可分離出方程的各個(gè)分量，并用其變化規(guī)律，分析和估計(jì)建筑物的結(jié)構(gòu)性態(tài)。圖 10 展示的是計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比結(jié)果，可見(jiàn)計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合較好。

　　對(duì)清遠(yuǎn)抽水蓄能電站上水庫(kù)主壩進(jìn)行有限元反演分析，將反演后的有限元模型與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行瀏覽器客戶端三維展示，并實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果后處理的交互性操作，實(shí)現(xiàn)模型旋轉(zhuǎn)、切片、計(jì)算結(jié)果變量切換展示等多種后處理功能。圖 11 展示的為壩體沿最大橫斷面剖切后沉降反演結(jié)果云圖。通過(guò)有限元分析展示可對(duì)水工建筑物的當(dāng)前安全性態(tài)做出科學(xué)合理地分析與評(píng)價(jià)。

　　3 結(jié)論

　　本文對(duì)蓄能電站群水工安全監(jiān)測(cè)信息監(jiān)控平臺(tái)的研發(fā)的方法做了深入分析，并依托系統(tǒng)應(yīng)用的典型工程之一(廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站)對(duì)平臺(tái)的主要功能應(yīng)用做了介紹。提出了統(tǒng)一的蓄能電站水工建筑物安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及對(duì)象標(biāo)識(shí)符命名規(guī)則，構(gòu)建了針對(duì)抽水蓄能電站水工建筑物、水工監(jiān)測(cè)設(shè)備的對(duì)象模型。該模型建立了從單位工程-分部工程-組件-部件-監(jiān)測(cè)類型-儀器類型-儀器原理-編號(hào)-監(jiān)測(cè)時(shí)間等層級(jí)關(guān)系，為抽水蓄能電站數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)建與管理提供前提條件。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了普適于商用云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)的蓄能電站群水工監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)中臺(tái);構(gòu)建了融合散點(diǎn)數(shù)據(jù)形成連續(xù)分布大壩數(shù)字孿生模型的分析功能微服務(wù)體系和技術(shù)中臺(tái)。主要研發(fā)了針對(duì)蓄能電站群水工建筑平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行編組分析、相關(guān)性分析、回歸分析等基本分析功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄能電站水工安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)復(fù)雜查詢分析和空間分布特性展示。并通過(guò)有限元計(jì)算模型進(jìn)行大壩長(zhǎng)期性態(tài)實(shí)時(shí)在線反演分析的高級(jí)分析功能;構(gòu)建了基于 BIM 模型進(jìn)行水工建筑物和監(jiān)測(cè)設(shè)施三維輕量化展示查詢和漫游等功能的應(yīng)用前臺(tái)，并提出了基于水工建筑物數(shù)字孿生模型、通過(guò) VTK 架構(gòu)實(shí)現(xiàn)大壩性態(tài)數(shù)字孿生模型線上交互分析和三維展示瀏覽的可視化方法。監(jiān)控平臺(tái)可實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析、預(yù)測(cè)蓄能電站群(亦能應(yīng)用于常規(guī)水庫(kù)水電站樞紐群)安全性態(tài)，為工程運(yùn)行管理提供技術(shù)基礎(chǔ)。