上海水利泵閘智慧運(yùn)維管理模式的探索與思考

◎方正杰 上海迅翔水利工程有限公司

《中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》中提到，加快水利發(fā)展，切實(shí)增強(qiáng)水利支撐保障能力，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，是促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期平穩(wěn)較快發(fā)展和社會(huì)和諧穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一。近年來，隨著氣候變化，在極端天氣影響下，城市內(nèi)澇、流域洪水等水患頻發(fā)，水利工程設(shè)施在防汛排澇中發(fā)揮的作用愈加突出。上海市經(jīng)過多年建設(shè)，在統(tǒng)一規(guī)劃、洪澇分開、高低分治、河道疏浚的基礎(chǔ)上，形成了14個(gè)水利片區(qū)格局，并在沿江沿海一線主要干支河口、圩區(qū)和省界邊界河道建設(shè)了二千余座泵閘等水利工程設(shè)施，這些設(shè)施在全市的防洪、擋潮、排澇、航運(yùn)、改善水環(huán)境和保護(hù)水資源等方面發(fā)揮了重要作用，截至2021年底，上海地區(qū)共有水利泵閘工程902座（市管24座，區(qū)管349座，根據(jù)《2021上海市水利工程設(shè)施（泵閘）報(bào)告》）。為了確保泵閘工程有效發(fā)揮作用，標(biāo)準(zhǔn)化、信息化管理是行業(yè)內(nèi)持續(xù)研究的課題，隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型，“智慧化”管理也是新的發(fā)展需求。

1.研究背景

2019年，水利部在《加快推進(jìn)智慧水利的指導(dǎo)意見》《智慧水利總體方案》中要求提升水利信息化水平，支撐與驅(qū)動(dòng)國(guó)家水治理的現(xiàn)代化。2020年，上海市水務(wù)局在《上海市水務(wù)海洋精細(xì)化管理工作三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》提出“拓展智能應(yīng)用領(lǐng)域”“建立重點(diǎn)泵閘智能化管理應(yīng)用場(chǎng)景”等要求，為本市水利工程運(yùn)維管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型指明方向。

泵閘工程具有點(diǎn)多分散、設(shè)施設(shè)備專業(yè)多、數(shù)量大等特點(diǎn)，其日常運(yùn)維管理中存在著運(yùn)行調(diào)度指令執(zhí)行反饋、運(yùn)行情況監(jiān)控、運(yùn)維數(shù)據(jù)匯集高度依賴人工、運(yùn)維作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一、設(shè)備管理無(wú)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)等困難，傳統(tǒng)運(yùn)維模式已經(jīng)難以滿足新時(shí)期智慧水利發(fā)展提出的精細(xì)化、信息化、智能化管理要求[1]。

2.本市水利泵站、水閘數(shù)字化管理現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來，本市水利設(shè)施均由政府職能部門負(fù)責(zé)管理，2015年《關(guān)于深化水利改革的指導(dǎo)意見》指出，承擔(dān)水利公共服務(wù)的公益性水利工程要適當(dāng)引入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，通過多種方式交由市場(chǎng)和社會(huì)組織承擔(dān)。此后，上海市公益性水利工程的管理體制逐漸轉(zhuǎn)向社會(huì)力量管理和運(yùn)行維護(hù)模式，經(jīng)過多年水利工程管理體制改革，已基本實(shí)現(xiàn)了管養(yǎng)分離和運(yùn)行、維修養(yǎng)護(hù)業(yè)務(wù)的市場(chǎng)化，由管理單位承擔(dān)工程運(yùn)維的主體責(zé)任，運(yùn)維企業(yè)按照行業(yè)規(guī)范與合同要求，負(fù)責(zé)工程運(yùn)行、養(yǎng)護(hù)、維修、檢查觀測(cè)、防汛防臺(tái)等具體工作的實(shí)施[2]。

隨著新技術(shù)與傳統(tǒng)水利的深度融合，本市圍繞水利工程精細(xì)化、信息化、智慧化運(yùn)維管理開展的探索和實(shí)踐越來越多，一方面，管理單位出于行業(yè)監(jiān)管以及業(yè)務(wù)管理需要，建立了網(wǎng)格化管理系統(tǒng)，從宏觀層面對(duì)本市水利工程進(jìn)行數(shù)字化管控；另一方面，運(yùn)維企業(yè)也逐步開展運(yùn)維管理模式的創(chuàng)新，探索以數(shù)字化手段支撐管理決策和一線操作的實(shí)施路徑，加速形成企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

2.1 管理單位數(shù)字化應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，本市水利工程的行業(yè)管理單位依托“一網(wǎng)統(tǒng)管”平臺(tái)，加強(qiáng)水務(wù)設(shè)施感知端的建設(shè)，提升動(dòng)態(tài)監(jiān)管能力，不斷升級(jí)水閘泵站自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建設(shè)了泵閘管理監(jiān)管平臺(tái)，基本建成覆蓋全市的水利設(shè)施運(yùn)行感知網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)市管、區(qū)管泵閘設(shè)施、堤防、河道的監(jiān)管。尤其是管泵閘以及部分區(qū)管、鎮(zhèn)管泵閘，近年來加快了數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程，從更新智能化監(jiān)控、控制設(shè)備、布設(shè)網(wǎng)絡(luò)通信線路、迭代數(shù)字化平臺(tái)、投放可視化大屏等，實(shí)現(xiàn)軟硬件及IT基礎(chǔ)設(shè)施的完善和更新。

目前以政府、行業(yè)管理單位為代表建成的管理平臺(tái)，多側(cè)重于工程監(jiān)管的宏觀把控，以成果信息和管理信息統(tǒng)計(jì)為主，缺乏全過程數(shù)據(jù)分析和整合，部分區(qū)縣受水利設(shè)施基礎(chǔ)條件、財(cái)政資金等限制，在智能設(shè)備、儀器儀表更新、智能模塊開發(fā)上存在困難。

2.2 運(yùn)維單位數(shù)字化應(yīng)用現(xiàn)狀

本市的運(yùn)維企業(yè)目前主要采用人工巡查、記錄等方式對(duì)水利設(shè)施設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行管理，由運(yùn)維企業(yè)建立的獨(dú)立業(yè)務(wù)系統(tǒng)較少，少數(shù)依托現(xiàn)有的OA系統(tǒng)，進(jìn)行業(yè)務(wù)在線管理，但受到數(shù)據(jù)流通的制約，尚不能發(fā)揮太大作用，總體信息化、數(shù)字化、智慧化程度較低，無(wú)法匹配政府、行業(yè)管理單位的要求，在實(shí)現(xiàn)行業(yè)引領(lǐng)、并帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈上下聯(lián)動(dòng)等方面，存在較大難度。

這種傳統(tǒng)、低效的運(yùn)行管理模式對(duì)運(yùn)行維護(hù)人員技能水平要求高、日常運(yùn)行維護(hù)工作量大、對(duì)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)缺乏系統(tǒng)性，已然不適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展要求，急需通過提升設(shè)備狀態(tài)泛在感知、強(qiáng)化水利信息匯聚互聯(lián)、建設(shè)泵閘智慧運(yùn)維應(yīng)用場(chǎng)景等數(shù)字化手段，實(shí)現(xiàn)集成、決策、監(jiān)管、分析功能，構(gòu)建運(yùn)行、巡檢、維修及設(shè)施設(shè)備為一體的泵閘智能化管理新模式。

3.泵閘智慧運(yùn)維管理模式研究

3.1 研究目標(biāo)

構(gòu)建適應(yīng)上海超大城市特點(diǎn)和管理需要的泵閘運(yùn)維管理模式，依托互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智能算法等技術(shù)，打造泵閘智慧運(yùn)維管理平臺(tái)，通過場(chǎng)景建設(shè)，為運(yùn)行決策、設(shè)備故障管理、工程巡檢、養(yǎng)護(hù)維修等提供數(shù)據(jù)及手段支撐，提高工程運(yùn)行可靠性，保障防汛安全，提高泵閘運(yùn)維精細(xì)化、現(xiàn)代化管理水平，提升與行業(yè)主管部門的信息互通效率。

3.2 研究?jī)?nèi)容

泵閘智慧運(yùn)維管理模式，主要包括構(gòu)建泵閘運(yùn)維數(shù)字基礎(chǔ)和打造智慧運(yùn)維場(chǎng)景：

3.2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)包括采集傳輸、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)資源、應(yīng)用支撐、業(yè)務(wù)應(yīng)用、應(yīng)用交互以及用戶訪問七個(gè)層面，并以信息安全體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系為保障，為管理單位、運(yùn)維單位等提供服務(wù)，其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺(tái)系統(tǒng)框架圖

3.2.2 泵閘運(yùn)維數(shù)字基礎(chǔ)

基于信息融合共享、工作模式創(chuàng)新、業(yè)務(wù)流程優(yōu)化、應(yīng)用高效智能等思路，構(gòu)建“一庫(kù)、一圖、一平臺(tái)”的運(yùn)維管理及服務(wù)數(shù)字基礎(chǔ)。

①水利數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。以標(biāo)準(zhǔn)化體系為基礎(chǔ)，基于設(shè)施部件的劃分、管理事項(xiàng)的梳理以及管控流程的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)泵閘基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、工況數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)電子化入庫(kù)，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐。

②綜合監(jiān)管一張圖?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)共享機(jī)制，整合泵閘基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、水雨情測(cè)報(bào)數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)等，綜合運(yùn)用地圖、大數(shù)據(jù)看板、圖表等，形成跨層級(jí)、跨業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)底板，實(shí)現(xiàn)泵閘運(yùn)維管理多維度、全要素的數(shù)字化映射。

③業(yè)務(wù)功能?；跇I(yè)務(wù)管理需求，泵閘智慧運(yùn)維平臺(tái)構(gòu)建運(yùn)行管理、維養(yǎng)管理、防汛管理、調(diào)度管理、檢查觀測(cè)、安全管理、基礎(chǔ)信息、倉(cāng)庫(kù)管理、統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)等共計(jì)9大功能模塊，根據(jù)“發(fā)現(xiàn)——上報(bào)―派單——處置——辦結(jié)”管理主線，以現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)化體系為基礎(chǔ)，對(duì)巡查、養(yǎng)護(hù)和維修等業(yè)務(wù)流程優(yōu)化再造，實(shí)現(xiàn)“業(yè)務(wù)全覆蓋、管理全閉環(huán)和過程全記錄”的智能化管理體系。

3.3.3 智慧運(yùn)維場(chǎng)景

①智慧輔助運(yùn)行，充分利用水雨情、工情、旱情信息以及氣象、海洋水文、片區(qū)水位等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，強(qiáng)化歷史汛情數(shù)據(jù)分析回溯，形成水位趨勢(shì)智能研判算法，實(shí)現(xiàn)漲落潮的趨勢(shì)預(yù)判，對(duì)泵（船）閘工程中的設(shè)備啟閉進(jìn)行防汛調(diào)度、水資源調(diào)度及專項(xiàng)調(diào)度等多模式下的操作預(yù)報(bào)和工作提示，同時(shí)落實(shí)調(diào)度執(zhí)行反饋機(jī)制，強(qiáng)化對(duì)調(diào)度指令的在線執(zhí)行過程、執(zhí)行效果管控。

②設(shè)施設(shè)備智能管理，建設(shè)故障庫(kù)，涵蓋設(shè)備目錄、常見故障、排故方法、預(yù)警方案等數(shù)字管理內(nèi)容；構(gòu)建仿真模型，依托運(yùn)維平臺(tái)，結(jié)合遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)，從時(shí)間、空間、業(yè)務(wù)等多維度進(jìn)行綜合信息展示；在關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，調(diào)用相關(guān)模型，對(duì)設(shè)施設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行全方位的故障定位、診斷分析、智能預(yù)警，評(píng)估工程運(yùn)行的安全性、可靠性、穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)工程全壽命周期管理[3]。

③智慧巡檢，通過移動(dòng)端采集泵（船）閘巡查信息，結(jié)合地圖、列表、看板等，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行、巡查任務(wù)以及巡查人員值班等情況，實(shí)現(xiàn)在線上報(bào)、派發(fā)、處置和評(píng)價(jià)的全流程閉環(huán)跟蹤管理；動(dòng)態(tài)接收防汛預(yù)警發(fā)布，主動(dòng)響應(yīng)任務(wù)部署，協(xié)調(diào)開展應(yīng)急處置。

4.實(shí)施成效

目前泵閘智慧運(yùn)維管理模式架構(gòu)已基本形成，在本市18個(gè)市管泵閘現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)維管理平臺(tái)的上線啟用，通過一段時(shí)間的測(cè)試和使用，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)平臺(tái)系統(tǒng)的迭代優(yōu)化、形成可復(fù)制成果、在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣和應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。

（1）隨著泵閘智慧運(yùn)維平臺(tái)上線，共開通管理賬戶200個(gè)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)工作數(shù)字化上線率80%，逐步實(shí)現(xiàn)管理臺(tái)賬無(wú)紙化，減少60%紙質(zhì)臺(tái)賬。實(shí)現(xiàn)人力物力合理分配，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)速率提高75%，加快應(yīng)急響應(yīng)速度，保障防汛安全，提高標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化管理水平。

（2）泵閘運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)化管理體系的逐步進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn)了操作層級(jí)的規(guī)范化質(zhì)量管理，設(shè)施運(yùn)行更加安全高效，提升服務(wù)質(zhì)量，降低企業(yè)成本，增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

（3）提供能滿足上海超大城市特點(diǎn)的泵閘運(yùn)維作業(yè)級(jí)平臺(tái)，為行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供借鑒思路。

5.泵閘智慧運(yùn)維工作的展望

5.1 政策驅(qū)動(dòng)，高階推動(dòng)泵閘運(yùn)維管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型

國(guó)家及地方政府出臺(tái)了一系列關(guān)于智慧水利發(fā)展的重要政策，引領(lǐng)行業(yè)的快速發(fā)展，在打造技術(shù)環(huán)境與發(fā)展方向的同時(shí)，對(duì)水利行業(yè)的精細(xì)化、信息化、智能化升級(jí)提出更高要求，由于目前信息標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一、數(shù)據(jù)交互存在壁壘、平臺(tái)重復(fù)性建設(shè)等問題，還需要更高層面政策推進(jìn)頂層規(guī)劃，提升數(shù)字化建設(shè)積極性、加強(qiáng)政企數(shù)據(jù)共享、基礎(chǔ)設(shè)施共享，提升集約化建設(shè)水平。

5.2 聚焦“智慧”，持續(xù)推進(jìn)運(yùn)維系統(tǒng)迭代優(yōu)化

結(jié)合行業(yè)數(shù)字孿生建設(shè)，逐步打造數(shù)字孿生泵閘，推進(jìn)智慧場(chǎng)景開發(fā)，一是數(shù)據(jù)方面，持續(xù)完善水利設(shè)施管理數(shù)據(jù)底板，加強(qiáng)泛在感知與數(shù)據(jù)采集；二是算法方面，經(jīng)歷典型案例數(shù)據(jù)積累和實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)結(jié)論反饋，不斷迭代優(yōu)化，輔助管理決策和一線操作；三是強(qiáng)化預(yù)警預(yù)報(bào)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析與算法反饋，對(duì)管理事項(xiàng)進(jìn)行研判，提升趨勢(shì)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)和示警能力，賦能管理決策。

5.3 科技引領(lǐng)，不斷探索技術(shù)與業(yè)務(wù)融合創(chuàng)新

探索技術(shù)創(chuàng)新，強(qiáng)化數(shù)據(jù)服務(wù)。以平臺(tái)為載體、場(chǎng)景為驅(qū)動(dòng)、技術(shù)為支撐，探索智慧防汛、運(yùn)行調(diào)度、預(yù)測(cè)維養(yǎng)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)的融合創(chuàng)新，加強(qiáng)前瞻預(yù)演、聯(lián)合調(diào)度、風(fēng)險(xiǎn)防范，支撐“四預(yù)”功能、智能應(yīng)用運(yùn)行，為行業(yè)智慧發(fā)展提供技術(shù)支撐、數(shù)據(jù)服務(wù)，提升水利決策與管理的科學(xué)化、精準(zhǔn)化、高效化能力和水平。

6.結(jié)語(yǔ)

本文從泵閘運(yùn)維業(yè)務(wù)管理的核心需求出發(fā)，提出泵閘智能化管理新模式，分析了構(gòu)成運(yùn)維體系關(guān)鍵組成部分，即“一庫(kù)、一圖、一平臺(tái)”，并對(duì)這三個(gè)關(guān)鍵組成部分、功能組成以及數(shù)字場(chǎng)景建設(shè)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，體現(xiàn)了智慧水利在本市管泵閘運(yùn)維管理中的應(yīng)用和深化，為科技賦能水利工程管理提供借鑒和經(jīng)驗(yàn)。