水工建筑物運行管理標準化作業系統研究

王吉生，韓建波

（山西萬家寨水控水資源偏關分公司，山西 偏關 036400）

0 引言

萬家寨引黃工程是從根本上解決山西水資源緊缺的大型跨流域調水工程，是促進經濟社會轉型跨越發展、改善生態環境和提高人民生活水平的重大戰略工程。工程從偏關縣黃河萬家寨水庫取水，設計年引水量12億m3，分別向北京、太原、大同、朔州供水。工程由總干線、南干線、聯接段和北干線組成，主要建筑物有泵站6座，隧洞21條，渡槽7座，調節水庫5座，PCCP管道176 km，引水線路總長約442 km，每年向太原市供水6億m3，汾河生態補水2億m3，永定河生態補水2億m3，是北京冬奧會備用水源，為我省和北京經濟社會可持續發展做出了積極的貢獻。

萬家寨引黃工程擁有泵站洞室、隧洞、埋涵、渡槽、PCCP管、調節水庫等各種水工建筑物，引水線路長、建筑物種類多、環境條件多變，運行管理上難度大。雖然在輸水運行、調度、監控上采取了自動化控制手段，但對水工建筑物的巡視、維修和養護管理工作，還必須依賴傳統人工手段去完成。傳統的管理模式存在的弊端有：大量紙質資料妥善保管和查閱變得越來越不便，人員流動和崗位變動導致管理經驗知識的傳承困難，標準規范和作業流程在快節奏的工作中不易有效施展，加上部分基層執行人員可能存在的惰性、忽視和經驗不足等問題，都可能導致出現不必要的隱患。另外，引黃工程運行10多年來，雖然積累了一定的運行和維修數據，但紙質形式的資料不能進行高效地統計分析，很難為運行管理科學決策提供準確的數據依據。

在水工建筑物運行管理的標準規范、作業流程、經驗知識都基本具備的條件下，為杜絕傳統管理模式的固有弊端，讓水工建筑物的運行管理更上一個臺階，采取高新技術手段進一步實現網絡化、電子化、精細化、準確化、模型化的科學管理已勢在必行。

1 系統的研發思路

水工建筑物運行管理標準化作業系統主要思路是借助公司生產系統綜合管理平臺的基礎框架和底層功能，以及偏關分公司協同作業平臺應用的成功經驗，充分利用先進的軟硬件技術和網絡通信技術，由偏關分公司提出運行管理的模型架構和系統作業流程、標準規范，并提供轄區水工建筑物資源基礎參數和水工資源歸類分級資料，再委托為協作單位，通過專題研究和技術攻關，建立水工建筑物運行管理標準化作業系統，推出適合引黃工程特點的運行、維護、檢修的標準化管理模式，建立水工資源基礎數據庫，搭建運行管理模型，通過技術整合和研發，最終實現水工建筑物的標準化、流程化、移動化、數據化的運行管理作業系統，提高作業人員業務素質，確保運行、維護、檢修工作的效率和質量，降低管理成本并實現有效管控，全面提升管理效益。

圖1 生產系統綜合管理偏關分公司協同作業水工管理作業系統

2 系統可實現的功能

（1）針對水工資源的信息管理，通過分析各類資源信息的共性，最終以統一的自然屬性、管理屬性、附加屬性進行管理，讓水工資源的信息管理在簡約基礎上合理可行，特別方便信息查詢管理。在水工資源的信息描述和獲取上，綜合采用GPS、RFID、UHF、PDA等技術，實現水工資源區域定位、地理信息、圖文信息的PDA采集，以及在電子地圖上的點、線、面的示意圖繪制，作業簽到和缺陷定位等功能。同時將水工資源信息同步到APP上，實現了水工資源信息隨身帶、隨時查的“電子口袋書”的便捷功能。

（2）針對水工資源的巡檢規范，采取將巡檢標準規范和資源分類綁定的策略，實現資源和巡檢規范松耦合，巡檢規范可脫離水工資源獨立維護，又能靈活與水工資源建立關聯，為水工資源的巡檢作業建立切實可行的標準規范。巡檢標準規范根據各類水工建筑的巡檢特點，分為日常、停水和特殊巡檢3個標準，每個標準都建立了詳細的巡檢規范要求、作業指導和常見缺陷描述，為巡檢作業提供標準化操作導航。巡檢規范可通過APP的“電子口袋書”進行查詢，也會跟隨巡檢作業任務下發到PDA上，讓巡檢人員依據巡檢規范和作業指導書進行檢查，避免盲檢、漏檢等情況發生。

（3）針對水工資源的巡視管理，采用任務派發流轉程序，由巡視負責人全權負責巡視任務，進行巡視前準備，最終將巡視任務下載到PDA上進行離線作業。作業過程中，嚴格依據巡檢任務的要求對各類資源按照巡檢類別和巡檢標準規范進行導航巡視，采取GPS、RFID、UHF等技術實現到位簽到和缺陷定位，使用文字、拍照、錄像、錄音和手繪等功能實現缺陷的精確描述。巡視作業數據可隨時在聯網的情況下上報到平臺上接受審核，巡視完畢后，繼續流轉到生產口的各級領導進行審核，最終辦結，產生的缺陷數據會被各作業部門分揀到消缺處理業務上報缺。整個審核流轉作業可以在電腦和APP上進行。

（4）針對水工資源的檢修管理，由于管理上的復雜性和多變性，設計上暫時屏蔽了業務處理流轉機制，替代以項目管理機制，重點體現檢修項目各類信息的采集、分類和查閱上。項目信息采用實施階段、信息類型等多個維度進行分類管理，可采用PDA實現檢修現場的各類信息采集作業，比如現場安全檢查、隱蔽工程檢查、施工進度督促等，支持文字、拍照、錄音、錄像和手繪等多種數據采集方式。采集的數據可隨時上傳到平臺上進行整理、分析、成冊，成為各級領導了解檢修現場和做出決策的良好渠道。項目信息支持電腦終端和APP上進行。

（5）針對水工資源的消缺管理，設計上采取網上流轉報缺、納入維修計劃、網上流轉消缺的協同業務模式。整個消缺處理業務可同時在電腦終端和APP上進行，最終實現數據上的閉環消缺。

（6）設計實現“水工建筑物運行管理標準化作業系統APP”（目前僅限安卓版本）將水工資源信息電子口袋書功能、巡視任務下載和離線作業功能、檢修項目管理功能、報缺消缺流轉處理處理功能集成在一起，根據角色、權限和任務驅動進行功能管理。APP在功能上直接支持GPS定位、在線（緩沖）地圖顯示、RFID掃描、UHF掃描、拍照、錄音、錄像、手繪等功能，具體作業需要配備專業的PDA設備。為了推動整個系統的應用開展，整個系統和APP在設計上采取初始數據邊采集邊作業相結合的方式，讓數據的采集初始化工作融入日常作業過程中。

（7）服務平臺實現采取J2EE和SSH框架，數據庫采用MySQL，可以基于專網和互聯網進行業務訪問和數據交換，APP具有自動切換內外網的設定功能。

圖2 水工管理系統功能規劃圖

3 系統的創新點

（1）綜合利用網絡技術、軟件技術、物聯網技術、地理信息技術、移動終端技術的有機結合，提高作業現場對各類數據的獲取能力，突破業務辦理的時空和終端限制。

圖3 水工管理系統拓樸圖

（2）充分結合數據序列化技術和檢索技術，整理分析各類水工資源的自然屬性，為水工資源的電子化建立統一的數據存儲結構；從空間、功能、隸屬、連接、運維等多個角度出發，整理分析各類水工資源的管理屬性，通過數據庫分析技術搭建顆粒度粗細可調整的多層級的數據管理結構。建立可從多個維度查詢分析的水工資源數據存儲和管理模型。

（3）根據水工資源巡檢作業的特點，建立多個相對獨立的巡檢作業標準規范庫，根據每次巡檢作業的實際需要實現動態綁定，精確控制作業規程和作業內容。

（4）利用生產綜管平臺的流程引擎、模板引擎技術，研究并實現水工資源各類數據采集和巡檢作業的網上流程化審批辦理機制，從而確保各類作業規范、有序、可控，數據真實、準確、有效。

（5）分析水工資源巡檢作業的現場環境特點，結合移動終端設備技術，研究并實現在線和離線模式相結合的移動應用，實現水工資源、知識庫、專家庫的隨身帶、隨時查，按計劃依標準進行規范化的現場巡檢作業，實現文字、照片、音頻、視頻、示意圖等形式的多媒體采證、記錄和上傳。

圖4 移動終端巡檢設備

（6）軟件產品搭建直接采取成熟應用多年的協同作業平臺的基礎架構，該基礎架構具有豐富的底層功能可直接使用，比如身份驗證、角色權限分配、流程引擎、電子表單、數字簽名、任務協作、文檔管理、消息推送和數據交換接口等，面向在線和離線的平板電腦和安卓移動終端具有完善的底層支撐服務，可隨時搭建各種應用。

（7）水工建筑物運行管理標準化作業系統在設計上采取了松耦合積木結構和信息顆粒度可定制的方案，在功能模塊上預留了接口設計，在數據庫層次預留了字段設計，以隨時應對軟件系統基于實際應用的功能細化和拓展，確保軟件產品自身具有持續的成長空間。

（8）采用生產綜管平臺的數據萬能查詢組件和圖表分析技術，研究并實現水工資源管理綜合數據智能化的查詢、篩選、排序、導出、統計和分析。

4 系統的應用推廣

水工建筑物巡檢標準規范已經建立，水工建筑物的信息管理基本完成，水工巡視、檢修、消缺等業務正在開展。預計2022年底，實現偏關分公司所管轄的水工建筑物的全面信息化管理，包括水工建筑物各類信息的采集和電子化、巡檢標準的修訂和電子化、巡檢業務的網上任務派發和移動作業，檢修業務的項目管理和移動信息采集，缺陷報缺和消缺業務的流程化網上開展，最終形成標準規范結合軟硬件實現一體化的綜合解決方案。

預計通過偏關分公司試點應用，可進一步實現水工建筑物巡檢標準規范的精細化推行，大幅度提高水工建筑物的巡檢作業效率，節約人力資源，降低管理成本，保障水工建筑物的安全可靠供水；電子化、流程化的手段，可確保作業數據的豐富化和精確化，為基于數據分析的領導決策提供真實可靠的依據，進一步提升分公司的管理效益。

在偏關分公司成功應用的基礎上，第二步將在山西萬家寨水控水資源有限公司的各分公司推廣應用。第三步，將面向水利資源的同行進行成果轉化和推廣應用，以獲得服務推廣和成果推廣收益。

5 結束語

科技改變生活，創新改變世界。在人工智能飛速發展、自動化應用日趨成熟的今天，隧洞、渡槽、護坡等水工建筑物的巡檢方式傳統人海戰、紙質化粗放式管理模式弊端凸顯。文章研究的應用程序是利用軟件技術和網絡通信技術與水工建筑物運行管理深度融合，能幫助企業通過新一代信息技術提高企業運行、維護、檢修工作效率和質量，全面提升巡檢和管理人員工作效率，可大幅降低人力資源使用數量和成本，確保設備、設施的高效穩定運行，是現代企業實現智能化作業、信息化減員、數智化轉型，實現提檔升級、提質增效的有效途徑。