30年监测筑牢“安全防线” 三峡工程迈向“健康管家”时代

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▲三峡工程 摄影：汤伟

春日的湖北宜昌，暖意融融。

凌晨五点，三峡大坝的巍峨轮廓在江面晨雾中若隐若现。此时，分布在大坝坝体内的一万多个传感器如同精密排列的“神经末梢”，将关键数据实时汇向中央控制室。当第一缕阳光穿透云层，这座目前世界上装机容量最大水电站的当日“体检报告”已生成。

“放在十年前，实现这样的全面监测，需要二十多个技术员连续工作三天。”在三峡枢纽安全监测在线监控系统中控大厅，三峡集团流域管理中心监测中心主任童广勤说。他身后的LED大屏上，实时显示着大坝应力应变、渗流渗压等核心指标，“这套系统就像给大坝装上了全天候监护仪，可以实时监测全枢纽的‘生命体征’。”

万只传感器织就重器“神经网”

作为世界最大的水利枢纽，三峡工程承载着防洪、发电、航运、水资源利用等多重使命，其安全运行关乎长江经济带人民的福祉。

从1994年大坝浇筑第一方混凝土开始，安全监测仪器就同步“种”进坝体，30年来累计形成近亿条监测数据。“如同人体健康需要监测血氧、心电、血压等关键指标，三峡工程的安全评估同样依赖精准数据支撑。”童广勤说道。

童广勤介绍，监测设施遍布拦河大坝、左右岸坝后式电站、地下电站、电源电站、船闸、升船机等所有枢纽建筑物，共埋设监测仪器12000多支（套），获取了包括渗流渗压、应力应变、温度、水位、水质、振动等大坝安全性态信息。

2018年4月24日，习近平总书记考察三峡工程时强调：大国重器必须掌握在自己手里。

“守护大国重器的运行安全，是监测工作的神圣职责。”童广勤说。近十余年来，人工智能、物联网、大数据、移动互联网、云计算和GIS+BIM等新兴技术飞速发展，传统的安全监测手段难以满足现代化的大坝运行安全管理需求，工程建设之初建成的监测系统面临着感知技术单一、数据分析滞后、多系统协同不足等痛点。

随着水利部强化水库大坝安全管理、国家发展改革委要求百米以上大坝建立在线监控系统的政策落地，三峡工程迎来了监测体系的全面升级——2022年，三峡枢纽安全监测在线监控系统正式上线。

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▲三峡枢纽安全监测在线监控系统界面 资料图片

“它是国内首个适用‘混凝土坝+土石坝+通航建筑＋电站厂房+边坡’的全生命周期的在线监测智慧管理系统。”童广勤介绍，系统由测点管理、自动采集、智能巡检、环境信息、分析建模、评价预警等12个功能模块组成，集成了12000多支（套）安全监测仪器设备，超6000个监测点已实现自动化观测，技术团队自主研发的“全时间-全枢纽-多要素”多维度智能数据采集体系、“仪器-平台-应用”一体化智能数据管理系统和“数据-模型-业务”全过程智能数据服务系统，让升级后的管理系统在数据采集、数据管理、数据服务等方面取得了突破性成果，有效提升了三峡枢纽应急保障能力。

智能体检为枢纽装上“监测仪”

登上三峡大坝坝顶，每隔百米就能看见戴着“白帽子”的北斗表面监测点。而在大坝最底层的廊道里，垂线装置正以0.1毫米的精度监测大坝的位移。

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▲位于三峡大坝坝顶的北斗表面监测点 摄影：毛翔春

“北斗看表面，垂线测内部，就像给大坝做了个‘核磁共振’。”童广勤说。

“我们积极应用测量机器人、北斗、视频监控等新技术手段，创建了智能数据采集体系，实现了三峡枢纽安全监测工作从人工向自动化、信息化的转变，给三峡工程打造了一个智能感知网。”

除了感知系统升级，数据管理、数据服务能力也在提升。

在监控系统中控大厅，工程师陈子寒轻触屏幕，大坝左厂1—5号坝段瞬间“透明”——大坝内部的位移、渗流、应力等等计算结果分层显现，相当于该坝段的“数字分身”。

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▲三峡枢纽安全监测在线监控系统BIM应用 资料图片

“我们以左厂1—5号坝段为试点，融合运用‘BIM、WebGL、有限元、在线监控’技术，实现了集模型展示、参数反演、计算分析、成果展示、监测反馈于一体的全过程可视化在线分析评价功能。”陈子寒解释，“不仅能看实时数据，还能模拟百年一遇洪水时大坝的状态，为大坝安全性状评价和防洪调度提供科学依据。”

据童广勤介绍，通过研发智能数据管理系统，构建起三峡工程安全监测的“智慧中枢”，将地理信息（GIS）、建筑信息模型（BIM）与物联网（IOT）深度融合，打造出全球首个覆盖“厘米级建模—分钟级响应”的大坝数字孪生体，不仅实现监测数据从采集到预警的全流程自动化管理，更突破性完成了三峡大坝亿级自由度的超大规模仿真分析，大幅提高了三峡枢纽运行安全自动化、智能化、智慧化水平。

打造世界级大坝“健康管家”

2023年4月23日，中国工程院陈厚群、张超然、王浩、胡春宏、孔宪京、张宗亮等6位院士，对三峡枢纽运行安全智能监测关键技术及应用进行鉴定，认为“该项研究成果达到了国际领先水平，推广应用前景广阔”，同时，该技术及应用获得2023年度中国大坝学会科技进步奖一等奖。

然而，创新步履未停。

如今，三峡枢纽安全监测在线监控系统又在进行新一轮的“升级迭代”。

坝底廊道内，通讯线路改造正如火如荼，系统升级让大坝的“全身体检”时间初步压缩至5分钟，未来还将更快。

大坝副坝——茅坪溪土石坝内，“新加装”的柔性测斜仪正在进行最后一轮调试，不久后这些装置将能捕捉坝体最细微的变化。

“为了进一步提升数据采集源，我们正在三峡枢纽的关键部位增设测点和智能采集器，同时，对超过运行年限的采集感知设备进行修复。”童广勤说，“只要数据足够多，就可以对大坝的性态进行预判，我们要当大坝的‘健康管家’。”

据童广勤介绍，进一步完善系统的分析功能，也是未来重点工作之一，“就像人们做体检，最后那个写体检报告的人很关键，他得对你身体各项指标进行综合分析，才能给出科学的指导意见。”

下一步，流域管理中心还将强化数据分析与信息挖掘，开展基于关键指标的风险分级研究以及基于人工智能的大数据分析，“让人工智能学习分析30年的监测数据，建立风险分级预警模型，实现‘事前预判’，形成智能决策。”

“未来，我们打造的大坝‘健康管家’，不仅要能实时生成大坝的‘体检报告’，还要成为具备自主诊断能力的‘专科医生’，更好地为大国重器的安全稳定高效运行保驾护航。”童广勤说。

本文作者：向珊

文章来源：中国三峡集团