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BIM技术提升水电站大坝运行安全监督管理水平

来源:中国电力新闻网

用新理念新技术提升监管水平

———国家能源局大坝安全监察中心张秀丽总工解读《规定》

2015年4月1日开始施行的 《水电站大坝运行安全监督管理规定》(以下简称《规定》)是一个专业性很强的政府部门规章,其中提出了很多新的管理理念和新的技术要求,例如“风险管控”、“大坝安全在线监控系统”,“远程在线技术监督”等等。在此,结合我们的工作实践谈谈对《规定》中有关大坝安全风险管理新观念、远程在线技术监督等新要求的理解,与大家分享:

强调大坝安全风险管理,象征着管理理念和技术监督手段的创新

《规定》中9次出现“风险”,一次出现“风险管控”,与老《规定》相比这是新提法,意味着管理理念的变化和政府技术监督手段的创新。

大坝安全管理理念从单纯的大坝结构安全管理变化到大坝安全风险管理,这是目前世界发达国家普遍的变化。国际大坝委员会130号公告(ICOLDBulletin130)开宗明义,随着社会的发展,人们逐渐认识到安全不是一个绝对的状态,而是一种对低剩余风险的容忍程度。以往的大坝安全管理理念是把全部精力放在大坝自身的安全上,按照技术标准力图建造和运行绝对安全的大坝。事实上每一座大坝都是一个复杂庞大的人工构筑物,我们在设计和建造安全大坝的同时必须清醒地认识到,大坝投运后要受到洪水、地震、极端天气等自然因素的考验,地基、筑坝材料的性态会变化,风险将伴随工程全生命周期;技术标准是成熟经验的产物,面对大坝运行性态动态变化过程,单纯依靠技术标准难免不足,大坝运行过程中的动态风险管理和控制就成为必然的选择。以降低大坝安全风险到可接受的程度为导向,贯穿于大坝日常运行维护、安全状况评价、加固补强、应急管理、降等退役各个环节,是一种科学、客观、经济合理的做法。

将大坝安全风险管理的理念具体运用到大坝技术监督管理中,做法上会有很多变化。比如除了对电力企业强调大坝建设、设施安全、运行维护要求外,《规定》第十二条【应急管理】中要求“电力企业应当建立大坝安全应急管理体系,制定大坝安全应急预案,建立与地方政府、相关单位的应急联动机制”,作为风险应对措施。第十五条【降等退役】,是对大坝降低风险或退出运行的兜底措施。在第三章大坝定期检查中,对定检间隔时间的要求、大坝安全等级评定的条件、病险坝处理、应急措施,也都体现了风险管理的理念。以往四轮大坝定检间隔时间基本上是五年一次,这次第十九条【定期检查】规定,“定期检查一般每五年进行一次。首次定期检查后,定期检查间隔可以根据大坝安全风险情况动态调整,但不得少于三年或者超过十年”。这样的规定,对安全风险高的大坝加强管理,对安全风险低的大坝,减轻了企业负担。具体到每座大坝安全风险情况,在后续第五轮规划中会充分总结以往大坝安全管理经验教训,制定出可操作性原则。

大坝存在安全风险,企业必须承担主体责任,政府必须监管

改革开放后我国水电建设突飞猛进,建成了很多高坝大库,公众难免担心大坝对公共安全的危害。事实上,水利水电工程是兴利工程,建设历史悠久,已积累了丰富的实践经验,我国的水电站大坝到目前为止没有发生过溃坝事故,总体安全状况是好的。

尽管如此,由于地质、水文、气象的复杂性,即使掌握了现代最先进的勘探技术,采取了周密详尽的调查研究,仍然难以彻底掌握坝址区工程地质、水文、气象情况;任何地质勘探和水文、气象调查的结果,最后都通过理论计算而成为设计的依据,因此在某些情况下,这种数据与实际情况可能有很大的出入。设计中既可能存在对水工建筑物工作条件估计偏差或运行情况考虑不全的问题,也可能存在因引用假设进行简化而使结果偏离实际的情况,设计很难做到完美无缺。施工中,也可能发生施工方法不当,混凝土浇筑振捣不透,温度控制、选用材料不严、堆石体碾压不密实等各种问题,从而引发一系列质量问题。竣工运行后,受各种力的作用和自然环境的影响,筑坝材料的逐渐老化,加之高压水的不断渗流溶蚀,使得大坝及其基础的物理力学性能逐渐变化,偏离设计要求。因此,在荷载长期作用、洪水、地震等恶劣环境因素影响下,水工建筑物存在发生事故乃至失事的可能性,这就是大坝安全风险性。

纵观世界坝工史,几乎每一座大坝的失事都有蛛丝马迹和管理漏洞,比如,法国马尔帕塞拱坝溃坝,事故调查发现失事前几个月就有大坝拱冠梁底部径向位移增大10毫米,发现右坝下游20米处有水渗出现象;意大利瓦依昂滑坡毁灭了该工程,但该滑坡的监测成果持续显示水平位移累计值、变化速率、测压管水位增大;俄罗斯萨扬舒申斯克水电站事故完全是运行维护漏洞,设备年久失修,监测仪器、电源不可靠。如果能够在大坝安全事故发生前加强管理维护,对获得的有关信息进行分析和判断,及时采取有效的防范措施,便有可能避免事故的发生或减免损失,这就是企业承担主体责任,做好大坝安全日常管理工作和政府履行监督责任的重要性所在。

我国政府对水电站大坝安全管理历来十分重视,有完善的法律法规和技术标准体系。作为大坝安全技术监督管理手段,《规定》中明确了大坝安全注册、监测管理、信息化、定期检查、补强加固、应急管理、降等退役一整套完善的大坝全生命周期监管手段,确保能够尽早发现和降低大坝安全风险到可接受程度。大坝安全注册通过对水电企业大坝安全管理实绩考核,督促其做好大坝安全管理工作;大坝定检则类似于体检,尽早发现大坝结构问题,通过补强加固防患于未然;监测和信息化技术,则能够及时掌握大坝运行性态和快速处理细微问题;应急管理保证了突发事件的有效应对;降等退役完善了进一步降低大坝风险的手段和退出机制。实践证明,这些技术监督管理手段是行之有效的,能够保证水电站大坝安全风险可控在控,处于安全良好的运行状态。

采用新技术提升水电站大坝运行安全技术监督管理水平

大坝安全管理的终极目标是确保大坝安全,杜绝漫坝、溃坝等恶性灾难性事故的发生,有效的管理和技术手段是基本保证。随着监测、信息化等技术不断进步,有可能采用新技术提升水电站大坝运行安全技术监督管理水平。《规定》与时俱进,提出了新形势下的新要求。

《规定》中第八条将大坝安全监测与信息化建设工作相提并论,同时对坝高一百米以上的大坝、库容一亿立方米以上的大坝和病险坝,要求电力企业应当建立大坝安全在线监控系统,并接受大坝中心的监督;第三十一条要求大坝中心对注册(备案)登记的大坝运行安全进行远程在线技术监督;这些要求强调了三个重要性:一是大坝安全监测的重要性;二是监测管理工作的重要性;三是技术手段的重要性。

20世纪50年代以来,水电工程界逐步认识到大坝和上部结构的失事多由地基因素引起,边坡工程、地下工程的事故往往系岩土体失稳所致。基于岩土体的复杂性,一般情况下仅凭人的巡查和直觉判断难以及时发现和有效判定,必须依靠布置针对性的监测项目进行系统监测和分   析评价,于是大坝安全监测的问题被逐渐提出并得到重视,并随监测方法和监测手段的不断改进而逐步发展。大坝安全监测系统以“耳目”作用直接指导、反馈大坝的客观作用与演变,反映大坝的运行性态。因此,大坝安全监测工作在大坝安全管理中具有举足轻重的极端重要性。

目前大中型水电站大坝绝大多数都设有大坝安全监测系统,在大坝中心注册的大坝的监测仪器数量平均达到402只/座,最多的大坝仪器数量达到10085只/座,近2/3的大坝监测实现了自动化。虽然如此,但在我们以往的大坝安全技术监督中发现,大坝安全监测工作存在薄弱环节,如部分运行单位对监测工作重要性认识不足,监测系统运行维护管理不到位,监测系统的完备性、可靠性不高,不能获取准确的监测数据,不能及时整理分析监测成果,掌握大坝的运行性态。造成监测管理水平不高的原因,客观上有监测专业性强,工作量大,水电站地处偏远地区,监测人员技术水平不够,设备维护困难等多重因素,需要从管理和技术手段上齐头并进,督促行业整体提高水平。

随着计算机、数据集成、通讯、云计算   等技术进步,实现大坝安全远程在线管理已经成为可能。从原电监会到能源局,一直致力于推动大坝安全信息化工作。大坝中心利用自身的技术优势,攻克了不同监测系统数据集成、远程安全传输、海量数据管理等一系列技术难关,建成了水电站大坝安全信息远程在线管理主系统,实现了对电力企业大坝安全监测工作和大坝安全性态的有效及时监督;绝大多数电力企业建成了大坝安全在线监控系统,监测成果已能够及时上传大坝中心的主系统。

实践证明,大坝的信息化建设工作促进了监测监控水平的提高,为保障大坝安全提供了强大的技术支持。2008年8月30日,四川攀枝花地区发生6.1级地震后,大坝中心通过大坝安全远程在线管理信息系统对震中附近的二滩水电站大坝地震前后的监测资料和运行情况进行分析后作出了二滩大坝是安全的、可以正常挡水运行的结论,有效保障了水电站的正常生产运行和为灾区供电。2010年7月底至8月初,第二松花江流域遭遇百年一遇洪水期间,针对丰满大坝5号坝段下游出现渗漏量增大等情况,大坝中心根据远程信息系统监测数据的分析判断,果断给出了大坝   运行性态正常、可以承受水库各特征水位荷载的明确意见,为运行单位的防汛调度、减轻丰满下游城乡的防洪压力提供了决策依据。

目前大坝安全监察中心正在研发利用互联网技术、三维地理信息技术(GIS)、三维工程数字化技术 (BIM,BuildingInformationModeling)、物联网技术、移动通信技术、卫星通信技术等最新成果,开发基于云服务的可视化、图形化、智能化全国水电站大坝安全远程在线和应急管理信息平台。该平台建成后可实现全国电力行业各个运行水电站大坝日常管理和突发事件信息的报送、传输,电力企业、大坝安全监察中心、国家能源局派出机构、国家能源局等多层次、不同对象的大坝安全信息的互联互通、会商决策、应急指挥和调度。作为电子政务的有效支撑,能为电力行业政府主管部门、安全监管机构大坝安全管理工作打造技术平台。

多年的大坝安全管理实践告诉我们,《规定》提出的新理念、新要求,对提升水电站大坝运行安全技术监督管理水平极为重要;《规定》的贯彻落实,必将对我国的水电站大坝安全管理产生深远的影响。

原标题:能源局大坝安全监察中心张秀丽解读《规定》


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