大坝健康监测系统行业发展及产业链分析

• 朱梦华 2024年1月4日 来源：互联网 886 55
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大坝健康监测系统上游原料及下游主要应用领域分析

6.1全球大坝健康监测系统行业发展历程分析

6.1.1大坝健康监测系统行业发展阶段

大坝安全监测技术的发展经历了一个比较漫长的发展历程，自1891年德国埃施巴赫重力坝开启了人类历史上首次大坝安全监测活动至今，时间已经过去120多年。大坝安全监测技术经历了从无到有、从单一到全面、从原始到高科技的发展历程。业内根据其发展特点将大坝安全监测技术分成如下三个阶段：

 

(1）原型观测阶段（1891年~1964年），此阶段的主要目的是研究大坝的实际变形、温度和应力状态，重点是检验设计，改进坝工理论。涉及的监测项目不多，以目测、人工观测仪表为主，基本上不涉及安全监测仪器技术，鲜有涉及自动化安全监测技术。以差动电阻式仪器、应变片式仪器为代表的部分大坝安全监测仪器开始出现，并投入工程使用。

 

(2）原型观测向安全监测过渡阶段（1965年~1985年），此阶段的主要目的是保证大坝安全运行。大坝安全监测项目逐渐完善，部分安全监测技术相关的法律法规出台，形成了规范性操作标准。各种类型的大坝安全监测仪器(如钢弦式仪器)得到快速发展，在电子测量技术的支撑下，各类电测仪表开始出现，同时出现了安全监测自动化测量系统雏形(集中式测量系统）。

 

(3）安全监测阶段(1985年至今）)，此阶段受益于电子测量技术、通信技术、互联网技术、新材料、新工艺等新兴技术的快速发展，实现了安全监测项目的全覆盖、绝大多数项目实现了自动化测量，安全监测技术在快速发展的基础上进入成熟期。

6.1.2大坝健康监测系统行业发展总体概况

大坝作为一种大型建筑物，因其所在环境条件的复杂性，虽然在设计、施工、运行维护的过程中，工程师们已经花费很大的努力去保障系统的安全性，但由于大坝失事后造成灾难的严重性，因此进行可靠、有效、持续的大坝安全监测显得非常有必要。随着科学技术、监测设施技术、设计施工技术和信息处理技术的不断提高、经验的逐步积累，世界上很多国家都发布了相应的大坝安全监测设计、施工和管理规范，通过在水工建筑物中设计并安装埋设安全监测仪器，以获得大坝及基础的变形、应力应变、温度、渗压渗流等多种运行参数的实时变化情况，准确了解大坝及基础的演变趋势，便于及时采取措施规避可能的风险。

6.1.3大坝健康监测系统行业发展特点分析

智能传感器技术发展的共性需求集中在小型化、网络化、数字化、低功耗、高灵敏度和低成本，传感材料、MEMS芯片、驱动程序和应用软件是智能传感器的核心技术，特别是MEMS芯片由于具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性高并能与微处理器集成等特点，已成为智能传感器的重要载体。

6.2中国大坝健康监测系统行业发展历程分析

6.2.1大坝健康监测系统行业发展阶段

自20世纪90年代至今的这二十多年，正好是我国水电大坝的高速发展时期，我国在坝工方面不断挑战极限、创造世界奇迹，对大坝安全监测技术特别是安全监测仪器技术提出了各种新的需求，在不断寻求创新的基础上促进了大坝安全监测仪器技术的快速成长与进步。

6.2.2大坝健康监测系统行业发展总体概况

我国现有水库大坝约10万座，是世界上拥有水库大坝最多的国家。这些水库大坝在防洪、发电、供水、灌溉等方面发挥巨大效益的同时，所存在的安全风险不容忽视。大坝安全监测是大坝安全管理的重要内容，是控制大坝风险的重要措施。大坝安全监测即通过仪器观测和巡视检查对大坝工程主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施及周围环境所作的测量及观察，具有校核设计、改进施工和评价大坝安全状况等作用；主要包括变形、渗流、应力应变、环境量等监测项目。

 

据调研显示：

 

（1）建设了必要的库水位、降雨量、表面变形、渗流量监测项目的大型水库，占比分别为93%、87%、73%、66%；建设了必要的库水位、降雨量、表面变形、渗流量监测项目的中型水库，占比分别为81%、75%、52%、49%；建设了必要的库水位监测项目的小型水库，占比仅为50%。

 

（2）已建设大坝安全监测系统的水库中，大、中、小型水库监测系统能正常运行的分别占43%、39%、10%。

 

（3）安全监测培训方面，大、中型水库监测人员经过培训的分别占68%、55%，小型水库未进行统计。

 

大坝安全监测系统是检验设计、指导工程安全运行与科学调度的重要工具，因此，大坝安全监测系统建设不容丝毫马虎，必须从规划、设计、审查、招投标、施工、验收等各环节严格控制，确保工程质量。另一方面，大坝安全监测是一项复杂的系统性工程，涉及到水利水电工程、工程测量、数学、自动化、软件工程等多个学科，需要相关专业人员分工协作，因此，参建单位实力是确保大坝安全监测系统建设成败的重中之重。此外，大坝安全监测系统建成后并非一劳永逸，后期应足额落实相关管护经费，加强运行维护、人员培训与监测资料分析，必要时进行升级改造，确保监测系统能长效稳定运行，切实发挥大坝安全“耳目”作用。

6.2.3大坝健康监测系统行业发展特点分析

（1）周期性

 

大坝安全监测系统行业主要是水利、能源、市政工程等基础设施建设行业，这些行业建设需要大量的启动资金，主要依靠国家和社会资本的投资，与国家宏观经济发展密切相关。当前国家加大基础设施建设方面的投资，会带动整个行业的发展。行业的发展跟宏观经济的整体运行周期关联较为紧密，随宏观经济周期波动而调整，具有一定的周期性。

 

（2）区域性

 

从客户实际使用需求的区域性来看，行业产品主要应用于水利、能源、交通施工，相应工程在野外环境地区较多，公司产品应用存在一定的区域性特征。从生产企业区域性来看，大坝安全监测系统生产过程融合了多学科、多领域的专用技术，产品结构复杂，所需各种零部件较多，需要上游供应商提供完整的配套支持，所以此类企业一般处于经济比较发达和相应产业比较集聚的地区，呈现一定的区域聚集性。

 

（3）季节性

 

大坝安全监测系统主要用于电力能源、水利、交通建筑等行业，客户主要为国有大中型企业、设计院、科研院所等，客户采购一般遵守较为严格的预算管理制度，通常在每年第一季度制定投资计划，后经历预算申请、方案审查、立项批复、请购批复、招投标、合同签订等程序，年度资本开支如工程建设和设备安装等主要集中在下半年；因此本行业呈现一定的季节性波动特征，第一季度收入较少，收入主要集中在下半年。

6.3 大坝健康监测系统产业链分析

6.3.1产业链结构分析

水库大坝安全监测系统由水库智能感知、物联网技术信息网络通信（RTU）、云端智慧监控管理工作平台组成。水库在线监测具有自动采集、分析和报告水库水位、降雨、图像、渗流等运行数据的功能，自组织网络和数据终端具有采集和通信各要素的功能，水库安全监测预警系统的云平台具有监测数据的智能分析和预警功能，实现了水库运行状态的感知和监测、运行情况分析、安全管理、巡检在线管理等综合运行支撑，有效辅助相关部门制定防汛抗旱调度方案和应急预案，实现水库的信息化管理。可以把水库大坝安全监测系统分为四层：感知层、网络层、平台层、应用层。

6.3.2主要环节的增值空间

根据产业链微笑曲线原理，微笑嘴型的一条曲线，两端朝上，在产业链中，附加值更多体现在两端，设计和销售，处于中间环节的制造附加值最低。微笑曲线中间是制造;左边是研发，属于全球性的竞争;右边是营销，主要是当地性的竞争。当前制造产生的利润低，全球制造也已供过于求，但是研发与营销的附加价值高，因此产业未来应朝微笑曲线的两端发展，也就是在左边加强研展创造智慧财产权，在右边加强客户导向的营销与服务。如下图所示：

 

图表：产业链微笑曲线

资料来源：中研普华产业研究院

6.3.3与上下游行业之间的关联性

感知层：实时感应水库大坝监测参数传感器的状态，如变形监测、地表沉降、土体位移、土壤含水率、土压力、渗压计、水位计、雨量计、GNSS接收机、固定式测斜仪、渗压计、高速高清摄像机、孔隙水压计、雷达物位计、拉线式位移计、土压力计、表面应变计、埋入式应力计等前端感知设备；

 

网络层：支持数据通信，可上、下双向通讯，支持无线蜂窝网络、短信、北斗、PSTN、超短波等通信方式。感应设备M21F2可通过监测预警平台的通讯方式，上行发送至监测控制中心平台。

 

平台层：整合各层设备和系统功能，通过信号的连接，下发平台对前端感应器的命令，上传监测数据的采集、处理、存储和分析，实时联动前端各大监控设备。

 

应用层：监测中心通过实时数据接收汇集管理及监测预警平台可以实现各种监测数据的共享，对各种监测数据进行查询、分析、预警和管理。开启信息发布途径，实时展示信息数据和预警信息。

 

系统功能

 

数据实时监测：实现在线监测的地图显示、查看，包括监测设备的快速查询显示、监测数据展示、报警情况显示及监测数据曲线图的实时展示，通过系统主界面的显示功能，可以查看设备的位置、运行状态，掌握其水库库坝体浸润线及坝体内孔隙水压力、库内水位、水库出入入流量、降雨量、坝体位移的实时监测。

 

及时报警：通过布设在坝体内部和表面的各种类型的传感器，获取大坝变形、渗流、沉降、位移、水文、气象等相关数据。传输到相关软件系统，实现对整个坝体的全方位实时监测。等数据超过告警上限时系统自动根据该预警数据发布不同级别的报警信息。可设置多级报警，支持弹出软件窗口报警、邮件报警、短信报警及声光报警等功能多种方式传达至相关领导和责任人。

 

视频远程监控：包括对上下游水区、坝上、坝下和闸房内部的实时视频监控，用户可以从监控终端中实时的看到现场的视频图像，同时还可以通过软件控制现场摄像机镜头以及云台，根据需要调整光圈大小、焦距远近、变倍高低以及视频角度等，满足用户对现场多方位视频图像的监控需要，确保水库大坝运行安全。

 

数据分析预判：对大坝浸润线、库水位、实时雨量、大坝渗流量及坝体位移历史数据等相关数据进行综合比较分析，推算出各类坝体运行数据的时间和空间的相关性，综合判断坝体健康状况。

 

GIS模拟建模：在适用前提下将水库大坝安全管理过程中的新思想、新方法融入到系统开发，做到数据和图形相融合、GIS与数学模型相结合，把科学计算的结果通过三维情景表现和动态的形式直观表现。

 

操作便捷：具备LCD液晶显示屏以及多功能输入键盘，用于现场参数设置、人工置数、安装调试、状态显示等功能，以及串口配置方式。支持多种工作模式（包括自报式、查询式、兼容式等），最大限度降低功耗。

6.4 大坝健康监测系统产业上游供应分析

6.4.1大坝健康监测系统产品成本构成

工程项目成本构成因素

 

行业产品均为按项目进行定制，属于非标准化产品，依据每个项目不同的设计方案，所需耗用的材料及安装工艺过程都不同，且整个工程项目中，除了自制的核心部件，其他部件和劳务大多以外购为主。一般来说，项目成本中如果自制产品成本占比越高，外购产品和劳务的成本占比越低，说明该项目体现公司核心技术的成分越高，项目毛利率就越高，反之则较低。不同的产品应用之间以及报告期内同一产品在不同会计期间，由于自制产品、外购产品和劳务的成本占比不同，从而导致毛利率波动。

 

以行业内公司基康仪器为例，2022年该公司公司智能监测终端产品技术含量较高，品牌知名度良好，因此销售毛利率常年维持在较高的水平，2022年智能监测终端毛利率为60.92%。主要成本结构包括：原材料成本、劳动成本、研发成本和软件成本，其中原材料成本占比35.7%，研发成本占比24.3%。

6.4.2上游行业发展现状

大坝健康监测系统行业上游主要为各类传感器行业

 

近年来，我国大力支持智能传感器技术及产业，陆续推出智能传感器专项政策支持，助力智能传感器产业进入快速发展期。据中国信通院数据，2017-2021年中国智能传感器市场规模从814.1亿元增长至约1113.4亿元，年均复合增长率达8.14%，预计到2023年中国智能传感器行业市场规模将达1308.3亿元。

 

智能传感器的产品品类主要包括MEMS传感器、CIS图像传感器、雷达传感器、射频传感器、指纹传感器等，从产品占比情况来看，MEMS传感器和CIS传感器的占比较大，两者分别占比29.7%和26.5%，合计占比56.2%。

 

从国产化率来看，我国传感器行业正处于“散、小、低、弱、缺芯”的现状，大约60%的敏感元件和传感器仍依赖进口，中高端传感器的研发与制造能力存在较大短板。数据显示，国内智能传感器国产化率从2016年的13%增长至2022年的35%，预计未来国产化率将进一步提升。

6.4.3 2023-2028年上游行业发展趋势

近年来，我国物联网产业的快速发展，传感器作为我国“强基工程”的核心关键部件之一，是实现工业 4.0 转型升级、提升各类设备智能性和可靠性的主要组成部分，我国传感器的市场规模及应用场景也得到进一步增长。随着“十四五”期间发展 5G、物联网的战略地位逐渐明确，传感器作为数据采集的唯一功能器件，未来市场规模还将逐步扩大，预计到2028年中国传感器市场规模增长至2000亿元。

6.4.4上游供给对大坝健康监测系统行业的影响

物联网、云计算、智能管理等技术及应用的发展，使我国传感器市场快速成长起来。作为物联网服务实现的载体，传感器在物联网领域的地位至关重要，无论是智能水利、智能交通、智慧能源，还是地灾预警、智慧城市等各大物联网应用系统中，安全监测感器都发挥着举足轻重的作用。同时，国内外从事传感器技术研发的机构和投入都不断增多，传感器技术也取得了突飞猛进的发展。随着先进传感器、新型传感器、低成本、高性能传感器的不断研发成功，传感器应用的成本将不断降低，应用效果将不断提升，从而推动安全监测传感器及仪器仪表行业的持续发展。

6.5 大坝健康监测系统产业下游需求分析

6.5.1下游行业发展现状

大坝健康监测系统产业下游为水利行业

 

2022年全国完成水利建设投资10893亿元，比2021年增长44%，是新中国成立以来水利建设投资完成最多的一年，为稳定宏观经济大盘、促进经济回稳向上作出重要贡献。

 

2022年，重大水利工程开工数量和投资规模均为历史最多，全年开工47项、投资规模4577亿元，总投资超100亿元的有13个项目，南水北调中线引江补汉、淮河入海水道二期、环北部湾广东水资源配置、太湖吴淞江治理等一批论证多年、具有战略意义的标志性工程开工建设，鄂北水资源配置等34项工程基本建成开始发挥效益，观景口水利枢纽等20项工程竣工验收。全国完成水利建设投资首次突破1万亿元，广东、云南、浙江、湖北、安徽等12个省份超500亿元，大规模水利建设直接吸纳就业人数251万人，其中农村劳动力205万人。民生水利项目全面提速建设，新开工水利项目2.5万个，新增投资规模1.23万亿元，累计实施水利项目4.1万个。其中，实施病险水库除险加固3500多座，开展主要支流和中小河流治理1605条、治理河长1.4万公里；完工农村供水工程18169处，全国农村自来水普及率提高到87%；实施大中型灌区建设和改造529处，完成淤地坝除险加固622座，治理水土流失面积6.3万平方公里。水利投融资改革取得明显成效，累计落实水利建设投资11564亿元，较2021年增长44%，其中利用地方政府专项债券2036亿元、金融信贷和社会资本3204亿元，有力保障大规模水利建设资金需求。

6.5.2  2023-2028年下游行业发展趋势

新中国成立70年来，党领导人民开展气壮山河的水利建设，取得举世瞩目的伟大成就，为我国经济社会发展、人民安居乐业和生态环境保护作出了突出贡献。全国各类水库从新中国成立前的1200多座增加到近10万座，总库容从200多亿立方米增加到近9000亿立方米，5级以上江河堤防超过30万公里，规模以上水闸10万多座，规模以上泵站9.5万处，全国水利工程供水能力达到8600多亿立方米。全国农田有效灌溉面积由2.4亿亩增长到10.2亿亩，位居世界第一，大中型灌区发展到7800多处，小型泵站、机井、塘堰等发展到2000多万处，基本形成了蓄、引、提、排较为完善的农田灌排体系，约占全国耕地面积50%的灌溉面积上生产了占全国总量75%的粮食和90%的经济作物。三峡水利枢纽、南水北调工程等一批关系国脉国运、民族盛衰的大国重器建成并发挥重要作用，成为中国国力提升和大国治理优势的重要标志;初步构建了以《中华人民共和国水法》《中华人民共和国防洪法》《中华人民共和国水土保持法》为核心的水法律体系，探索了富有中国特色的河长制湖长制，形成了水治理体系的基本框架。

 

这一系列成绩与我国全面建成小康社会取得的决定性成就是相匹配的，是我国经济实力、科技实力、综合国力跃升的重要体现。它表明，水利已经从新中国成立之初灾害频繁、设施残破、技术落后的状态，发展到今天工程体系成型、保障水平有力的良好局面，从设施数量、保障程度、工程技术水平和国际影响力来看，我国的水利大国地位都是名副其实的，具备了向水利现代化强国迈进的坚实基础。

 

当前，世界经历百年未有之大变局，我国发展外部环境日趋复杂。习近平总书记多次强调，防范化解各类风险隐患，积极应对各类挑战，关键在于办好自己的事，提高发展质量。《建议》把高质量发展作为主题，强调发展中的矛盾和问题的解决，都集中体现在发展质量，要把发展质量摆在更加突出位置，推动质量变革、效率变革、动力变革。因此，新的历史坐标下的水利现代化建设，应围绕发展质量这一主线，不断提高贯彻新发展理念、构建新发展格局的能力和水平，努力为优化供给结构、稳定经济增长做贡献;为促进绿色转型、推动优化升级做贡献;为提升服务质量、促进民生改善做贡献;为抵御系统风险、保障总体安全做贡献，持续推动水利向安全、高效、智能、绿色转型。

6.5.3下游需求对大坝健康监测系统行业的影响

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二0三五年远景目标的建议》，下称《建议》中提出：

 

水利现代化的实现，要靠创新来引领，创新不仅仅体现在水利工程和科技手段，而是要体现在科技创新、管理创新、制度创新等各个方面。应当看到，我国当前水利工程技术已跃居世界前列，是当之无愧的水利科技大国。但在新科技革命方兴未艾、新型工业化城镇化智能化同步推进和深入融合的大背景下，水利创新仍任重道远且大有可为，要推动水利与信息网深度融合发展，以信息化、智能化来促进水利转型发展，并挖掘传统水利的功能价值，以水利科技创新来带动水利管理创新、水利制度创新。具体而言，在新一代传感互联和大数据分析等技术的带动下，将在水利工程智能物联管护、实时调度、自动化监测和辅助决策、精细化供水服务、精准灌溉管理、智慧水土保持等诸多领域形成强大支撑，推动传统水利管理方式的跨越式前进和革命性演变，相应地带来管理规范和标准的革新、管理基础条件的优化、科技研发和人才培养方向的调整，带动整个水治理体系的优化升级。

 

《建议》的提出，对国内水利行业起到指导作用，预计未来国内大坝健康监测系统行业将迎来大力发展的机会。

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