以管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新助力智慧水閘建設(shè)

繆慧麗 陳 華 田磊磊

(江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225200)

1 引 言

針對江蘇水利工作面臨的新形勢，江蘇省水利廳于2018年提出了打造智慧水利的目標(biāo)，逐步建成“標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、互聯(lián)互通、廣泛共享、深度融合”的智慧水利體系。

萬福閘作為江蘇省淮河入江水道大型工程，立足于水利現(xiàn)代化建設(shè)，以管理模式創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新為抓手，針對大型水閘日常工作中涵蓋的管理機(jī)制、調(diào)度運(yùn)行、檢查檢測、維修養(yǎng)護(hù)、除險加固、安全防范、科技創(chuàng)新等方面助力打造智慧水閘。

2 工程概況

江蘇省江都水利工程管理處萬福閘始建于20世紀(jì)60年代，共65臺套閘門啟閉機(jī)，總設(shè)計流量8240m3/s，歷經(jīng)四次加固改造，是淮河入江水道的主要控制性工程之一，屬大(1)型攔河、擋潮水閘。工程主要作用為承泄淮河入江洪水量的70%左右，并可引納江水，改善邵伯湖沿湖地帶農(nóng)田灌溉用水條件，控制揚(yáng)州段京杭大運(yùn)河水位，改善通航、城市工業(yè)和生活用水條件。

3 管理創(chuàng)新

萬福閘以國家級水利工程管理單位、水利部安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化一級單位為基礎(chǔ)，深入實(shí)踐探索智慧水閘建設(shè)，先行先試精細(xì)化管理模式，明確任務(wù)清單、固化流程控制、著重細(xì)節(jié)把控[1]，以“細(xì)、精、嚴(yán)、準(zhǔn)”為標(biāo)準(zhǔn)提升水閘管理工作。在精細(xì)化理念的指導(dǎo)下，萬福閘逐步實(shí)現(xiàn)了工程管理可視化、流程化和標(biāo)準(zhǔn)化。

3.1 精細(xì)化模式實(shí)現(xiàn)水閘可視化管理

精細(xì)化管理實(shí)現(xiàn)了規(guī)章制度、工作任務(wù)、巡查巡檢、標(biāo)識標(biāo)志、技術(shù)數(shù)據(jù)、圖表號牌、動態(tài)參數(shù)等方面的可視化，讓智慧水閘的“動態(tài)體檢表”隨時可視。

一是按一閘一任務(wù)清單的方式整合年度所有工作任務(wù)，具體細(xì)化分解為日常管理、控制運(yùn)用、專項工作、現(xiàn)場處置四大塊，依照年度計劃、上級部署、增加的項目，適時對工作任務(wù)進(jìn)行合理調(diào)整，確定工作類別，細(xì)化工作內(nèi)容，把握時間節(jié)點(diǎn)，明確責(zé)任到人，并實(shí)時在辦公OA系統(tǒng)中發(fā)布、更新，使水閘的管理直觀便捷。

二是通過布置標(biāo)識標(biāo)志標(biāo)牌和設(shè)施設(shè)備二維碼，安裝視頻大屏監(jiān)控，通過工程自主研發(fā)巡檢IPAD系統(tǒng)、觀測標(biāo)點(diǎn)界樁GPS定位系統(tǒng)、手機(jī)APP系統(tǒng)和工程信息發(fā)布系統(tǒng)等，使工程現(xiàn)場管理可視化效果更為直觀與精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)工程管理方式從靜態(tài)到動態(tài)、從粗放型到精細(xì)化的轉(zhuǎn)變。

3.2 精細(xì)化模式推行水閘流程化管理

精細(xì)化管理強(qiáng)調(diào)的是過程控制，將典型工作以流程圖的形式加以固化，有著明顯的指導(dǎo)效果。水閘管理主要典型工作流程包括控制運(yùn)用流程、檢查評級流程、工程觀測流程、維修養(yǎng)護(hù)流程、安全生產(chǎn)流程、水政管理流程、檔案管理流程、環(huán)境管理流程等。流程圖的制定須簡明扼要，將主要環(huán)節(jié)、各個歸口部門的事項按邏輯次序理清，固化工作行為和控制，讓工作程序、各自職責(zé)一目了然,用以指導(dǎo)專項典型工作從開始到結(jié)束全過程的閉環(huán)管理。

3.3 精細(xì)化模式促進(jìn)水閘標(biāo)準(zhǔn)化管理

精細(xì)化管理強(qiáng)調(diào)的是對細(xì)節(jié)的把控，這與安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化有著相輔相成的作用。安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化采用戴明模式(PDCA循環(huán))，即計劃、實(shí)施、檢查和改進(jìn)。通過制定年度工作計劃，計劃性地開展各種工作；明確每名職工的崗位責(zé)任并納入考核機(jī)制；定期安排對工程的專項、日常和定期檢查，對檢查發(fā)現(xiàn)的問題和隱患進(jìn)行總結(jié)；對總結(jié)的問題進(jìn)行整改，實(shí)現(xiàn)水閘的閉環(huán)管理。萬福閘在工程管理中將精細(xì)化和安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行融合，以更高的要求實(shí)現(xiàn)了工程管理的閉環(huán)把控。

萬福閘精細(xì)化模式不僅限于工程管理，更延伸至水政、物業(yè)、綠化、黨建等諸多方面，是一個動態(tài)拓展延伸、持續(xù)改進(jìn)并有著鮮明個性化色彩的新型管理方式，可為智慧水閘的建設(shè)謀求更優(yōu)的效果。

4 技術(shù)創(chuàng)新

智慧水閘的打造除了管理創(chuàng)新，更要依托技術(shù)創(chuàng)新。萬福閘通過引進(jìn)、應(yīng)用、自研等方式，在安全管理、巡查巡檢、維修養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急保障方面提升設(shè)施設(shè)備智能化水平來助推智慧水閘建設(shè)。

4.1 日常管理更加安全

4.1.1 卷揚(yáng)式啟閉機(jī)出繩孔移動式封閉裝置

針對卷揚(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩封孔問題，以往水閘工程采取不封閉、用木板封閉、用毛刷封閉的方式，普遍存在易臟污、難防塵、難防潮、小動物易進(jìn)入、鋼絲繩易刮擦等隱患。

萬福閘管理所自行研制了一套“卷揚(yáng)式啟閉機(jī)出繩孔移動式封閉裝置”[2](見圖1～圖2)。該裝置主要依據(jù)現(xiàn)場啟閉機(jī)鋼絲繩出繩洞尺寸，裁剪安裝一張折疊成手風(fēng)琴(搓衣板)狀的防護(hù)罩，該防護(hù)罩原料由聚氨酯精工化學(xué)合成，具有防火、耐高溫(700℃)、防焊接飛濺、防油、防水、防塵等特點(diǎn)，并可隨著閘門啟閉時鋼絲繩的動作實(shí)現(xiàn)沿卷筒軸向的伸縮運(yùn)動，不會造成拉刮碰擦現(xiàn)象。該裝置目前已在萬福閘65臺套固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)鋼絲繩出繩孔上成功運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了有效封閉鋼絲繩出繩孔，且能在啟閉機(jī)、閘門運(yùn)行時隨鋼絲繩出繩產(chǎn)生的位移同步移動，具有使用可靠、故障率低、成本低廉的特點(diǎn)，適用于各種閘門形式的卷揚(yáng)式啟閉機(jī)，尤其適用于直升式弧形閘門、下臥式弧形閘門等出繩方向隨升降高度不斷發(fā)生變化的卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。該裝置的運(yùn)用可使運(yùn)行頻繁的多孔水閘在維修養(yǎng)護(hù)時省時、省力，提升安全運(yùn)行質(zhì)量和啟閉機(jī)房內(nèi)環(huán)境清潔度。

圖1 卷揚(yáng)式啟閉機(jī)出繩孔移動式封閉裝置 (單位：mm)

圖2 啟閉機(jī)出繩孔移動式封閉裝置實(shí)物

4.1.2 單軌道巡檢監(jiān)控系統(tǒng)

萬福閘共65孔閘門，閘室總寬466.8m，孔數(shù)多、跨度長，日常巡視檢查范圍廣、難度大；在使用自動化系統(tǒng)進(jìn)行閘門啟閉運(yùn)行操作時，須人工現(xiàn)場每孔檢查閘門情況，如門頂有無垃圾、上下游有無船只、運(yùn)行時有無卡阻等情況，很大程度上增加了閘門啟閉的時長周期和人員勞動強(qiáng)度。

為便于安全管理，減輕人員勞動強(qiáng)度，萬福閘在工作便橋增設(shè)單軌道巡檢監(jiān)控系統(tǒng)[3]，該系統(tǒng)由巡檢箱體端和監(jiān)控端(萬福閘控制室)組成(見圖3～圖4)，主要以水閘檢修電動葫蘆工字鋼為軌道，采用定向無線傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無線長距離傳輸巡檢視頻信息采集處理，并采用鋰電池為動力電源，可自行充電，相比滑觸線更節(jié)省電源動力投資。經(jīng)應(yīng)用，該系統(tǒng)軌道行車行走平穩(wěn)，視頻畫面無線遠(yuǎn)距離(萬福閘測量距離約為500m)傳輸信號穩(wěn)定、畫面清晰，遠(yuǎn)程操控軌道行車執(zhí)行指令(前進(jìn)、后退、自動巡檢、復(fù)位充電)無延時，充電時，接觸良好，無安全隱患，提高了工程管理智能化水平。控制中心人員通過監(jiān)控畫面第一時間掌握工程現(xiàn)場情況，及時執(zhí)行操作指令，特別是在雨雪天氣和夜間，操作人員在控制室通過監(jiān)控屏幕及操作搖柄，控制運(yùn)用巡檢監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行巡視檢查工作，既能保障人員安全又能確保工程巡查工作順利完成。這套系統(tǒng)可廣泛運(yùn)用于大中型水閘日常巡視檢查工作，投資少，維護(hù)方便，可明顯提升工程管理效率[4]。

圖3 巡檢監(jiān)控系統(tǒng)

圖4 巡檢設(shè)備現(xiàn)場布置示意圖

4.1.3 卷揚(yáng)式啟閉機(jī)防范閘門飛車系統(tǒng)

卷揚(yáng)式啟閉機(jī)的制動通常采用抱閘制動方式，其制動器有電磁制動器、液壓制動器等。當(dāng)閘門開啟后，若制動器抱閘機(jī)構(gòu)受多種因素影響，造成制動失靈，閘門將在自身重力的作用下快速下墜，同時帶動啟閉電動機(jī)做反向加速運(yùn)行，形成飛車現(xiàn)象，嚴(yán)重時會造成閘門啟閉機(jī)損壞。

萬福閘在固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)的三相異步電機(jī)輸出軸側(cè)安裝了一套智能測速裝置(該裝置主要由智能轉(zhuǎn)速表、霍爾傳感器、超速繼電器、中間繼電器、永久磁鋼等元器件組成)，并設(shè)置了電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量裝置的限速值，一旦飛車狀態(tài)形成，速度傳感器便會發(fā)出警報，接觸器動作，電動機(jī)定子繞組接入反相序電源，接通閘門下降控制回路，引導(dǎo)電動機(jī)進(jìn)入反向回饋制動工況(見圖5～圖6)，將啟閉機(jī)閘門飛車狀態(tài)轉(zhuǎn)化為閘門平穩(wěn)、勻速下降狀態(tài)，從而達(dá)到自動有效應(yīng)急處置的目的。該系統(tǒng)適合于直升式平板閘門、弧形閘門及雙扉式閘門等形式的卷揚(yáng)式啟閉機(jī)的安全運(yùn)行監(jiān)測和自動應(yīng)急處置保障[5]。

圖5 智能化電機(jī)轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)工作示意圖

圖6 異步電機(jī)回饋制動的機(jī)械特性

4.2 維修養(yǎng)護(hù)更加便捷

4.2.1 旋蓋式油杯自壓可調(diào)裝置

保障水閘主設(shè)備啟閉機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是確保機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)動部位的潤滑，而水閘常用的旋轉(zhuǎn)油杯方式潤滑要依靠工人的經(jīng)驗執(zhí)行，存在不確定性。

萬福閘自研“旋蓋式油杯自壓可調(diào)裝置”來實(shí)現(xiàn)設(shè)備潤滑的自動補(bǔ)償。即在油杯內(nèi)部牙紋設(shè)計加裝不銹鋼封板、O形橡膠密封圈、碳鋼彈簧及螺紋絲桿等裝置，并對彈簧進(jìn)行受力分析、精確計算，選擇最優(yōu)外徑、線徑和自由長度的彈簧以及相應(yīng)尺寸和材質(zhì)的油杯、封板、密封圈、螺紋絲桿等部件。通過設(shè)定彈簧壓力值實(shí)現(xiàn)自壓給油補(bǔ)償(見圖7)。旋蓋式油杯自壓可調(diào)裝置的成功研制經(jīng)過了多次試驗論證和萬福閘工程的汛期試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了壓油方式由原來的人工旋轉(zhuǎn)杯蓋壓油向彈簧自壓可調(diào)節(jié)給油(根據(jù)需要調(diào)節(jié)加油量)轉(zhuǎn)變，有效解決了普通旋蓋式油杯易出現(xiàn)的加油不暢、費(fèi)時、費(fèi)力等問題。同時，該裝置具有彈簧壓縮釋放自如順暢、密封可靠無滲油、設(shè)定調(diào)試后無須人工操作的特點(diǎn)，適用于各型卷揚(yáng)式啟閉機(jī)械[6]。

圖7 旋蓋式油杯自壓可調(diào)裝置剖面示意簡圖

4.2.2 新型壓力加油法

水利工程機(jī)械設(shè)備加油困難的原因主要為：?工作環(huán)境惡劣，露天條件、近水場所造成設(shè)備易銹蝕，泥沙易混入油槽造成堵塞，而普通油杯無法將潤滑油有效注入間隙部位；?工作位置差，較厚軸承的潤滑依靠普通油杯的壓力不能實(shí)現(xiàn)可靠滲透，往往造成軸承處于干摩擦或邊界摩擦狀態(tài)，達(dá)不到轉(zhuǎn)動部位充分潤滑的狀態(tài)，也不便于加油。

萬福閘研制出新型壓力加油法，主要由GZ-2型腳踏注油器、高壓輸油管、自鎖式氣動快速節(jié)頭及新型油嘴等裝置[7]組成(見圖8～圖9)。采用新型壓力加油法加油效果明顯，可廣泛適用于閘門啟閉機(jī)械，尤其對弧形門支鉸、人字門頂樞、直升門主滾輪、定滑輪、動滑輪效果明顯。首先，新型壓力法加油過程中油脂不外溢，潤滑油通過油泵加壓輸油管被全部注入設(shè)備潤滑部位，油泵的充足壓力能夠可靠疏通油槽堵塞部分，從而保證設(shè)備轉(zhuǎn)動部位潤滑充分。其次，新型壓力法輸送距離長，可根據(jù)需要延長輸油管，解決工作位置空間不利、不便加油的問題。最后，新型加油法快捷方便，加油時只需將輸油管和油嘴通過氣動自鎖式快速節(jié)頭連接，輕松踩動注油器腳踏，即可完成加油。節(jié)頭拆卸后，油管上的自鎖節(jié)頭將油管內(nèi)剩余壓力自動鎖死，避免了油脂外溢，造成不必要的污染[8]。

圖9 新型壓力加油法在閘門鎖定裝置潤滑保養(yǎng)中應(yīng)用

4.3 設(shè)備設(shè)計制造更加利于運(yùn)行操作

萬福閘65套閘門為上下扉門結(jié)構(gòu)，改造前一孔閘門由兩臺啟閉機(jī)分別帶動上下扉門，控制復(fù)雜，結(jié)構(gòu)占地空間大，投資大。

改造時，考慮到便于日后管理及運(yùn)行操作，兼顧投資成本，江蘇省江都水利工程管理處與廠家聯(lián)合研發(fā)了“新型同軸主副卷筒固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)”，并獲2013年江蘇省水利優(yōu)秀科技成果二等獎(見圖10～圖11)，2015年獲國家發(fā)明專利。這種特型啟閉機(jī)通過在常規(guī)QP系列啟閉機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新改造，將主副兩套卷揚(yáng)裝置通過離合機(jī)構(gòu)集成到一套驅(qū)動裝置上，來實(shí)現(xiàn)下扉門單獨(dú)啟閉和上下扉門的聯(lián)動啟閉，不僅結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省投資、管理方便，而且運(yùn)行操作方便、安全、可靠[9]，能夠滿足萬福閘及類似水閘工程閘門啟閉的要求，作為專利新型產(chǎn)品應(yīng)用于江蘇省大型水閘“太浦河閘”，效果良好。

圖10 萬福閘新型同軸主副卷筒固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)

圖11 新型啟閉機(jī)研制項目獲省水利科技優(yōu)秀成果二等獎

4.4 應(yīng)急搶險更有保障

水利工程特別是水閘經(jīng)長期運(yùn)用后，往往會出現(xiàn)閘底板沖刷損壞等現(xiàn)象，嚴(yán)重時會危及整座水閘的安全運(yùn)行，傳統(tǒng)維修方式須攔河打壩，投資大，工期長，費(fèi)時費(fèi)力，對于一些不允許長期斷航條件的交通船閘，只能帶病運(yùn)用。

萬福閘自研成功“自浮式氣壓沉柜”解決了這一重大應(yīng)急搶修問題。該裝置由沉柜主體部分和供氣系統(tǒng)組成。沉柜主體部分由盾首、通道、盾底、浮箱及壓重塊等主要部件組成。供氣系統(tǒng)由1臺氣產(chǎn)量3m3/min 的空壓機(jī)、2只5m3/s儲氣罐、2只空氣濾清器及相關(guān)控制閘閥組成(見圖12)。

圖12 沉柜示意圖

自浮式氣壓沉柜主體部分在翼墻上完成組裝后，由吊車吊入靠近閘室水域，施工人員連接好位于防汛工作船中的供氣系統(tǒng)。利用空氣壓縮機(jī)連續(xù)提供的壓縮空氣將浮箱、通道及盾底內(nèi)的水體排出，形成足夠大的浮力，用以克服沉柜主體自身重量(約27.6t)，在水中實(shí)現(xiàn)自浮。岸上施工人員利用纜繩將沉柜移至需檢修的位置，打開浮箱和盾首上的放氣閥，放氣下沉至指定位置[4]。當(dāng)沉柜下沉至檢修位置后，關(guān)閉所有放氣閥及盾首艙門，向通道、盾底內(nèi)充氣，利用壓縮空氣，完全排開內(nèi)部水體，實(shí)現(xiàn)人造無水施工環(huán)境。檢修人員從通道進(jìn)入盾底，實(shí)施水下修補(bǔ)(見圖13)。自浮式氣壓沉柜創(chuàng)造了無水作業(yè)環(huán)境下進(jìn)行水閘水下修補(bǔ)的先例，具有操作方便、直觀可靠、施工質(zhì)量易于控制、工期短的優(yōu)點(diǎn)，該施工體系的成功運(yùn)用不僅保證了萬福閘加固護(hù)底工程及其他水下土建項目的順利實(shí)施，也為類似水閘水下修補(bǔ)工程的設(shè)計和施工積累了寶貴的經(jīng)驗[10]。

圖13 沉柜作業(yè)中

5 結(jié) 論

近年來，隨著智慧水利發(fā)展的新要求，萬福閘圍繞“統(tǒng)一技術(shù)架構(gòu)、強(qiáng)化資源整合、促進(jìn)信息共享、保障良性運(yùn)行”目標(biāo)，在管理模式和技術(shù)改造上下功夫，引入新理念、新技術(shù)、新設(shè)備、新應(yīng)用，通過精細(xì)化管理模式與設(shè)施設(shè)備優(yōu)化升級，有力地推動了工程管理現(xiàn)代化建設(shè)。

未來的發(fā)展趨勢是利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、地理信息系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析、工程遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，在整合現(xiàn)有水利信息化成果的基礎(chǔ)上，完善工程監(jiān)控系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)、工情信息系統(tǒng)、工程管理系統(tǒng)、工程調(diào)度系統(tǒng)、河湖管理系統(tǒng)、水文信息系統(tǒng)、檔案管理系統(tǒng)、電子政務(wù)系統(tǒng)等，提高系統(tǒng)信息共享、聯(lián)合分析、科學(xué)決策、智慧調(diào)度的能力，建立較為完善的水利信息化綜合體系，為智慧型工程管理奠定基礎(chǔ)。