通航建筑物功能恢復(fù)決策技術(shù)研究

王文革 楊海斌

摘? 要：基于監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合通航建筑物用途、分類、結(jié)構(gòu)，以及通航建筑物的維修保養(yǎng)手冊、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等內(nèi)容，對通航建筑物分類、結(jié)構(gòu)、部件、部件屬性、屬性內(nèi)容、量化內(nèi)容等進行有效梳理后設(shè)計出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在采用信息化技術(shù)搭建研發(fā)的通航建筑物功能恢復(fù)決策系統(tǒng)中，通過相關(guān)數(shù)據(jù)管理功能構(gòu)建維護維修保養(yǎng)矩陣，并結(jié)構(gòu)化存儲維修保養(yǎng)矩陣數(shù)據(jù)，決策系統(tǒng)結(jié)合維修保養(yǎng)矩陣數(shù)據(jù)和實時監(jiān)測數(shù)據(jù)生成維修保養(yǎng)建議， 為通航建筑物功能恢復(fù)提供決策支持，并提升決策水平。

關(guān)鍵詞：通航建筑物;船閘;維修保養(yǎng)矩陣;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化;信息化管理;編碼

中圖分類號：U643? 文獻標(biāo)識碼：A

內(nèi)河航運是綜合交通運輸體系的重要組成部分，加快內(nèi)河航道建設(shè)，大力發(fā)展內(nèi)河航運，推動港航融合發(fā)展，實現(xiàn)水力資源的綜合利用，就是貫徹落實運輸結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的重要舉措。

以江蘇省諫壁船閘為例，截至2020年12月31日，諫壁船閘船舶通過量突破1.94億t，再創(chuàng)歷史新高。2020年全年，諫壁船閘共開放套閘22 689閘次。船舶通過量1.94億t，同比增長5%;貨物通過量1.18億 t，同比增長3.5%。從這組數(shù)據(jù)中我們可以看到，保障船閘運行效率、減少船舶積壓、保持安全高效運行對推動地方經(jīng)濟、發(fā)展我國內(nèi)河航運事業(yè)有重大意義。

國內(nèi)內(nèi)河航道基礎(chǔ)設(shè)施普遍存在服役狀態(tài)監(jiān)測能力弱、安全預(yù)警防控能力差等突出問題，主要制約因素在于內(nèi)河航道基礎(chǔ)設(shè)施面臨復(fù)雜環(huán)境，其監(jiān)測預(yù)警的重大共性關(guān)鍵技術(shù)尚未取得突破，國家重點研發(fā)計劃任務(wù)相關(guān)執(zhí)行單位正在積極攻克各類內(nèi)河航道設(shè)施，包括航標(biāo)、整治建筑物、通航建筑物等的監(jiān)測方法，形成內(nèi)河航道設(shè)施服役狀態(tài)的在線智能監(jiān)測技術(shù)，據(jù)此建立內(nèi)河航道設(shè)施的服役狀態(tài)預(yù)警模型，研發(fā)內(nèi)河航道設(shè)施功能恢復(fù)的決策技術(shù)，來增強我國內(nèi)河航道設(shè)施的智能監(jiān)測預(yù)警能力及決策水平。

1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)梳理

通航建筑物是用于克服集中水位落差或地形障礙而升降或通過船舶的水工設(shè)施，又稱過船建筑物。通航建筑物按功能可分為升降船舶的建筑物和通過船舶的建筑物。升降船舶的建筑物又可分為船閘與升船機兩種基本型式。現(xiàn)代過船建筑物應(yīng)用最多的是船閘，其次是升船機。

以船閘為例，通過分析江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)船閘維護規(guī)程[1]得知，船閘結(jié)構(gòu)主要分為閘門、閥門、啟閉機、電氣、水工建筑物及其附屬設(shè)施等大類。每個大類結(jié)構(gòu)下根據(jù)當(dāng)前大類結(jié)構(gòu)的特性細分出很多部件小類結(jié)構(gòu)。

以閘門為例，閘門按其類型可分為升臥閘門、橫拉閘門、三角閘門、人字閘門等。

以橫拉閘門為例，橫拉閘門下包含了門體、推拉牽引裝置、鏈條、吊桿、銷軸、側(cè)向?qū)л啞⒐潭菟菽浮④壍馈④壌病④壍缐喊寮奥菟ǖ炔考Y(jié)構(gòu)，每個小類部件結(jié)構(gòu)都具有運行觀測屬性，屬性的內(nèi)容根據(jù)部件結(jié)構(gòu)特性細分出很多屬性的內(nèi)容。

以橫拉閘門為例，橫拉閘門運行觀測屬性的內(nèi)容包含了運行平穩(wěn)、運行不平穩(wěn)、有漏水、無漏水、運行有抖動、運行無抖動、運行有異常聲響、運行無異常聲響、啟閉時間在規(guī)定范圍內(nèi)、啟閉時間不在規(guī)定范圍內(nèi)等。

橫拉閘門不光只具有運行觀測屬性，還同時具有維修保養(yǎng)屬性，維修保養(yǎng)屬性的內(nèi)容包括了擋水面板及其他鋼構(gòu)件局部變形嚴(yán)重或開裂部位應(yīng)采取矯正、補強等措施修復(fù)等。

從橫拉閘門維修保養(yǎng)屬性的內(nèi)容可以看出，這些屬性內(nèi)容可以細分到每個運行的小類結(jié)構(gòu)部件中，因為每個運行的小類結(jié)構(gòu)部件都具有運行觀測屬性，而每個運行觀測屬性的內(nèi)容都會有與其對應(yīng)的維修保養(yǎng)屬性的內(nèi)容。還可以將運行觀測屬性的內(nèi)容按度量范圍進一步細化，如裂口長度可量化出幾種范圍，每種范圍將有對應(yīng)的維修保養(yǎng)屬性內(nèi)容，即橫拉閘門門體運行觀測結(jié)果為局部開裂有漏水，采集裂口長度等量化數(shù)據(jù)或形變量化數(shù)據(jù)，那么對應(yīng)的維修保養(yǎng)屬性內(nèi)容中就會有擋水面板局部開裂部位、形變部位的量化范圍是什么，采取矯正、修補、補強或直接更換門體等措施進行修復(fù)。

通過以上對橫拉閘門的舉例分析后就可以得出維修保養(yǎng)矩陣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其關(guān)系型存儲結(jié)構(gòu)，通過信息化技術(shù)設(shè)計構(gòu)建出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后就可以實現(xiàn)對船閘、閘門、橫拉閘門、門體、運行觀測屬性，屬性內(nèi)容、維修保養(yǎng)內(nèi)容進行數(shù)據(jù)樹形結(jié)構(gòu)化、關(guān)系化存儲，從而構(gòu)建出通航建筑物的維修保養(yǎng)矩陣。

2 信息化管理

通過信息化技術(shù)搭建研發(fā)通航建筑物功能恢復(fù)決策系統(tǒng)可對通航建筑物的維修保養(yǎng)矩陣數(shù)據(jù)可進行信息化的維護管理。系統(tǒng)可按前后分離架構(gòu)實現(xiàn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能。服務(wù)端可采用如java等進行構(gòu)建，前端頁面可采用如vue.js等進行構(gòu)建，關(guān)系型數(shù)據(jù)存儲可采用開源的數(shù)據(jù)庫中間件，如mysql等構(gòu)建。

系統(tǒng)中可通過部件管理進行通航建筑物的分類、結(jié)構(gòu)、部件進行樹形結(jié)構(gòu)化維護。即先維護通航建筑物的大類，如船閘、升船機、引航道等。然后在每個大類下維護主體結(jié)構(gòu)，如船閘下可維護閘門、閥門、啟閉機、電氣、水工建筑物及其附屬設(shè)施等結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)下可維護部件，如閘門可維護門體、推拉牽引裝置、鏈條、吊桿、銷軸、側(cè)向?qū)л啞⒐潭菟菽浮④壍馈④壌病④壍缐喊寮奥菟ǖ炔考Y(jié)構(gòu)。部件結(jié)構(gòu)下還存在更細分類的部件時可在部件下繼續(xù)維護子部件結(jié)構(gòu)，直至最小級別的部件結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)維護完成。

通過部件屬性管理進行運行觀測屬性、屬性內(nèi)容、量化觀測內(nèi)容進行運行觀測屬性內(nèi)容的樹形結(jié)構(gòu)化維護。即先維護部件的運行觀測屬性，如閘門運行觀測屬性包擴運行時狀態(tài)、開啟時狀態(tài)、關(guān)閉時狀態(tài)等，其狀態(tài)分別對應(yīng)的屬性內(nèi)容包括運行平穩(wěn)、運行不平穩(wěn)、有漏水、無漏水、運行有抖動、運行無抖動、運行有異常聲響、運行無異常聲響、啟閉時間在規(guī)定范圍內(nèi)、啟閉時間不在規(guī)定范圍內(nèi)等。在漏水屬性內(nèi)容下可細分出量化觀測內(nèi)容，如裂口長度20? cm左右，裂口長度50 cm左右、裂口長度100 cm左右等。再如局部形變半徑20 cm左右，局部形變半徑50 cm左右、局部形變半徑100 cm左右等。量化觀測內(nèi)容由部件的特性決定，每個運行的部件都存在多種量化觀測內(nèi)容，量化觀測內(nèi)容維護的越詳細越好。

通過維修保養(yǎng)屬性管理進行部件屬性及內(nèi)容、量化觀測內(nèi)容，內(nèi)容的維修保養(yǎng)措施、工藝等進行字典關(guān)系化維護。即為每一個屬性內(nèi)容、量化觀測內(nèi)容都維護詳細的維修保養(yǎng)措施、工藝等。

維修保養(yǎng)措施如閘門的擋水面板及其他鋼構(gòu)件局部變形嚴(yán)重或開裂部位應(yīng)采取矯正、補強等措施修復(fù);構(gòu)件表面局部銹蝕部位應(yīng)進行清理并重新補漆;焊縫及其熱影響區(qū)出現(xiàn)裂紋、脫焊等缺陷部位應(yīng)進行清理并補焊;鋼護木出現(xiàn)破損應(yīng)修復(fù)或更換;工作橋面板、扶手欄桿等變形嚴(yán)重或損壞的應(yīng)矯正或更換，銹蝕部位應(yīng)進行清理并重新補漆;運轉(zhuǎn)軸與滑動軸承之間應(yīng)配合緊密，運轉(zhuǎn)自如，對磨損嚴(yán)重、間隙過大導(dǎo)致運行不平穩(wěn)的應(yīng)進行拆解檢測;軸類出現(xiàn)裂紋，應(yīng)予以更換;軸類工作表面出現(xiàn)啃傷、鍍鉻層脫落，應(yīng)予以更換;軸類最大磨損量超過1 mm，應(yīng)予以更換;軸承類出現(xiàn)裂紋，應(yīng)予以更換;軸承類與軸之間出現(xiàn)黏著磨損，應(yīng)予以更換;軸承類最大磨損量超過2 mm，應(yīng)予以更換;滾輪類出現(xiàn)裂紋，應(yīng)予以更換;滾輪類踏面磨損超過5 mm，應(yīng)予以更換;止水橡皮磨損嚴(yán)重、發(fā)生撕裂，止水壓板變形損壞，影響安全使用的應(yīng)予以更換;潤滑泵元件損壞或嚴(yán)重磨損，應(yīng)予以更換[1]等。

修理工藝如閥門修理前應(yīng)清理檢修平臺，確保支墊梁、鎖定裝置及起吊裝置的安全可靠，做好人身安全保護;吊桿宜采用從上到下的順序逐節(jié)拆卸，吊桿拆卸完畢可將門體鎖定至檢修平臺，如需要更換滾輪及底止水等，應(yīng)將閥門完全吊入檢修平臺并支承固定好;門體及軌道槽中的雜物與水生物應(yīng)予以清理，清理時不得破壞原構(gòu)件的保護層;初步判斷止水、滾輪、鑲面板等零部件的老化、磨損及完好性，對需要修復(fù)或更換的零部件進行拆卸并清洗，拆卸時不得破壞零部件原有使用功能，清洗時應(yīng)徹底 ;拆卸清洗后的零部件應(yīng)進行編號、測量并記錄，記錄資料應(yīng)進行專業(yè)分析;止水件更換時，止水件螺栓孔應(yīng)與門體原孔位配鉆;主側(cè)滾輪、軸及軸承的修復(fù)與更換應(yīng)成套進行;可拆卸鑲面板更換時應(yīng)檢查限位鍵，限位鍵銹蝕應(yīng)一并更換;需要更換的或已修復(fù)的零部件應(yīng)進行檢測和及時保護，各參數(shù)應(yīng)滿足設(shè)計要求，并在有效時限內(nèi)進行安裝;閥門吊入門槽前，宜按從下到上的順序逐節(jié)進行解鎖與吊桿安裝;閥門安裝完畢應(yīng)進行全過程運行觀測[1]等。

在進行通航建筑物結(jié)構(gòu)部件維護時，要按一定規(guī)則將結(jié)構(gòu)部件進行編碼，即每個需要運行觀測的部件都要具有唯一的編碼值，同時還要為部件的運行觀測屬性內(nèi)容、量化觀測內(nèi)容進行編碼，即部件的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)中的部件編碼、運行觀測屬性內(nèi)容編碼與系統(tǒng)中維修保養(yǎng)矩陣數(shù)據(jù)中的部件編碼、運行觀測屬性內(nèi)容編碼相對應(yīng)后系統(tǒng)才能匹配到維修保養(yǎng)矩陣數(shù)據(jù)中的維修保養(yǎng)措施、工藝等數(shù)據(jù)，即得到預(yù)期的維修保養(yǎng)建議內(nèi)容。編碼規(guī)則及編碼內(nèi)容需要監(jiān)測數(shù)據(jù)提供方與系統(tǒng)服務(wù)提供方共同商討確定，以便雙方可以完成有效數(shù)據(jù)交互業(yè)務(wù)。

系統(tǒng)提供接口服務(wù)，接收到部件的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)后結(jié)合維修保養(yǎng)矩陣數(shù)據(jù)生成維修保養(yǎng)建議， 各部件運行觀測屬性、屬性內(nèi)容、量化觀測內(nèi)容及內(nèi)容的維修保養(yǎng)措施、工藝等數(shù)據(jù)維護的越全面、詳盡，得到的維修保養(yǎng)建議越清晰明確，越能提升通航建筑物功能恢復(fù)的決策水平。

3 結(jié) 語

信息化技術(shù)在我們的生活中越來越普遍、普及，其最大的特性是有效地提升了生產(chǎn)力水平，通過信息化技術(shù)構(gòu)建的信息化系統(tǒng)，可直接將原始低效的紙質(zhì)人工作業(yè)替換為信息化數(shù)字作業(yè)，通過信息化系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)功能，我們只需動動手即可快速在系統(tǒng)中維護各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。同時，系統(tǒng)還提供了特定的業(yè)務(wù)接口，接口獲取到有效數(shù)據(jù)后即可按特定邏輯執(zhí)行并快速輸出執(zhí)行結(jié)果，接口調(diào)用方得到執(zhí)行結(jié)果后即可完成特定業(yè)務(wù)功能。

但是對通航建筑物、建筑物的分類、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的部件、部件的運行屬性、屬性內(nèi)容、量化觀測內(nèi)容、維修保養(yǎng)屬性內(nèi)容等的梳理、確定，編碼規(guī)則商討確定等工作是不可避免要花費大量人工成本的，而且這部分工作是信息化技術(shù)無法替代的，因為信息化技術(shù)只是被動執(zhí)行者，不存在主觀意識更無法主觀臆斷。這部分工作的結(jié)論則可通過基于信息化技術(shù)實現(xiàn)的系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)信息化維護管理和存儲。

通航建筑物功能恢復(fù)決策技術(shù)實現(xiàn)離不開信息化技術(shù)的支撐，無論是用戶界面構(gòu)建、系統(tǒng)架構(gòu)搭建、業(yè)務(wù)功能開發(fā)還是數(shù)據(jù)存儲以及系統(tǒng)運維，都離不開信息化技術(shù)。信息化技術(shù)種類繁多，需根據(jù)業(yè)務(wù)場景、特性等選擇適合的技術(shù)架構(gòu)進行系統(tǒng)搭建、研發(fā)、運維。

參考文獻

[1]? DB32/T 3310-2017，船閘維護規(guī)程[S].

[2]周振紅，方朝陽，李步娟等. 葛洲壩船閘安全信息管理系統(tǒng)軟件開發(fā)[J].武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2001，34（4）.

[3] 丁 悅.內(nèi)河船閘系船鉤損壞原因分析及修復(fù)技術(shù)[J].施工技術(shù)，2007，36.

基金項目：國家重點研發(fā)計劃資助項目（ 2018YFB1600400）

作者簡介：

王文革，高級工程師，從事通信、信息化相關(guān)行業(yè)，（ E-mail）wwenge@cttictj.cn

楊海斌，工程師，從事信息化相關(guān)行業(yè)，（E-mail）yhaibin@cttictj.cn