水工建筑物安全监测布置优化方法

       摘要：现阶段，水电站等工程建设行业快速发展，水工建筑物也越来越多。当前，如何用最少的测点、最优化的布置方法来反映水工建筑物的工作状态，成为了水工建筑物安全监测的一个设计难题。本文探讨了水工建筑物安全监测应该满足的要求，并以水工建筑物有限元计算成果为基础，通过聚类以及主成分分析，探究样本空间的分布特征，并对样本数据进行了空间分块，由此提出了水工建筑物安全监测布置的优化方法。 

　　关键词：水工建筑物；安全监测；监测点布置；优化方法 

　　对于水工建筑物安全管理工作而言，水工建筑物的安全监测是其耳目。水工建筑物的安全监测工作主要包括两块，一块是巡视检查，一块是仪器监测。现阶段，水工建筑物的仪器监测仅仅能做到“点监测”。在我国，相关的监测设计规范，对不同级别的水工建筑物有着不同的监测原则，但对监测项目的测点则没有明确的要求。因此，在实际的操作中，测点的分布职能靠着经验进行。这就有可能造成测点布置的不合理。本文即探讨水工建筑物安全监测布置的优化方法。 

　　一、水工建筑物安全监测系统设计优化原则 

　　水工建筑物安全监测的目的十分明确，就好比谜底就在谜面上，水工建筑物安全监测的目的就是监控建筑物的安全。在监测建筑物时，兼顾监测设计和施工水平，围绕“安全”这两个字做文章。水工建筑物安全监测系统的设计要求是： 

　　（一）系统可以监测水工建筑物整体性状变化的全过程。这里所谓的水工建筑物性状，也包括建筑物结构的力学状态，也包括建筑材料的物理和化学状态。在施工和运行过程中，水工建筑物总是处在运动变化之中。一般来说，这种变化是正常的，但也时有不正常的变化发生。这就要求监测系统可以反映水工建筑物整体性状变化的全过程。 

　　（二）对一个建筑物进行监测，原音量和效应量应该相互配套。这读起来非常的拗口，用通俗的话来说就是，如果在一个建筑物上选定的重要效应量，也应该考虑那些引起效应量变化的原音量，并且要把他们组合在一起。 

　　（三）水工建筑物重要部位伤的关键监测数据应当有备份，或者可以在同一个测量点上设置两个同样的仪器，或者用不同的技术手段，获得同一测点的监测数据。 

　　（四）水工建筑物监测数据的采集、检验、处理以及存储、分析等，是高效运转的安全监测系统的不可或缺的组成部分，这些环节自动化程度的高低，对整个监测系统是否安全有着重要的影响。因此，在设计安全监测系统时，必须首先考虑系统的自动化问题，而不能在设计完成后再行考虑，以免狗尾续貂。 

　　二、水工建筑物监测点布置的点集划划分方法与步骤 

　　（一）划分点集合的主成分法 

　　（三）水工建筑安全监测监测点布置的评价 

　　水工建筑安全监测布置，指的是用尽可能少的监测点去实时反映水工建筑物体的典型部位的空间分布变化情况，这也就转化为最少测量点的曲面建模问题，从而可以借助曲面建模的误差检测方法，对建筑物监测点的布置进行分析和评价。 

　　通过上述分析，笔者得出了以下结论： 

　　（1）以有限元的理论分析成果作为依据，按照“小曲率区域保留少量的点，而大曲率区域应当保留多点”的原则，通过对水工建筑物监测曲面主要成分以1000及聚类分析发现，能够提取建筑物各个效应量的空间分布特征，从而通过点集划分，提出水工建筑物安全监测布置优化方法。 

　　（2）在本文后中，基于B样条曲线而形成的曲面误差，以规定范围内允许的误差容许值，指出了水工建筑物安全监测的评价指标； 

　　（3）在水工建筑物的设计中，已经广泛采用了有限元分析法，因此，可采用设计分析成果进行安全监测的优化布置，在不增加设计工作量的情况下，实现安全监测系统布置的优化。 

　　结语： 

　　当前，实现水工建筑物的安全监测是相关单位和企业面临的技术难题。解决这一技术难题，对于保障水工建筑物安全稳定运行，具有十分重要的意义。本文利用数理学的有关方法，并结合水工建筑物安全监测系统的相关原则，指出了优化水工建筑物监测的方法。希望有助于提高水工建筑物安全监测水平。 

　　参考文献 

　　[1]董雪明. 简论水工建筑物安全监测设计思想[J]. 长江科学院院报，2008（12） 

　　[2]郑东健，远近. 水工建筑物安全监测布置优化方法研究[J]. 水利发电学报，2012（31） 

　　[3]A. 瓦西里耶夫斯基等. 已建水工建筑物的安全监测[J]. 水利水电快报，2008（24）