水工建筑物运行管理标准化作业系统研究

王吉生，韩建波

（山西万家寨水控水资源偏关分公司，山西 偏关 036400）

0 引言

万家寨引黄工程是从根本上解决山西水资源紧缺的大型跨流域调水工程，是促进经济社会转型跨越发展、改善生态环境和提高人民生活水平的重大战略工程。工程从偏关县黄河万家寨水库取水，设计年引水量12亿m3，分别向北京、太原、大同、朔州供水。工程由总干线、南干线、联接段和北干线组成，主要建筑物有泵站6座，隧洞21条，渡槽7座，调节水库5座，PCCP管道176 km，引水线路总长约442 km，每年向太原市供水6亿m3，汾河生态补水2亿m3，永定河生态补水2亿m3，是北京冬奥会备用水源，为我省和北京经济社会可持续发展做出了积极的贡献。

万家寨引黄工程拥有泵站洞室、隧洞、埋涵、渡槽、PCCP管、调节水库等各种水工建筑物，引水线路长、建筑物种类多、环境条件多变，运行管理上难度大。虽然在输水运行、调度、监控上采取了自动化控制手段，但对水工建筑物的巡视、维修和养护管理工作，还必须依赖传统人工手段去完成。传统的管理模式存在的弊端有：大量纸质资料妥善保管和查阅变得越来越不便，人员流动和岗位变动导致管理经验知识的传承困难，标准规范和作业流程在快节奏的工作中不易有效施展，加上部分基层执行人员可能存在的惰性、忽视和经验不足等问题，都可能导致出现不必要的隐患。另外，引黄工程运行10多年来，虽然积累了一定的运行和维修数据，但纸质形式的资料不能进行高效地统计分析，很难为运行管理科学决策提供准确的数据依据。

在水工建筑物运行管理的标准规范、作业流程、经验知识都基本具备的条件下，为杜绝传统管理模式的固有弊端，让水工建筑物的运行管理更上一个台阶，采取高新技术手段进一步实现网络化、电子化、精细化、准确化、模型化的科学管理已势在必行。

1 系统的研发思路

水工建筑物运行管理标准化作业系统主要思路是借助公司生产系统综合管理平台的基础框架和底层功能，以及偏关分公司协同作业平台应用的成功经验，充分利用先进的软硬件技术和网络通信技术，由偏关分公司提出运行管理的模型架构和系统作业流程、标准规范，并提供辖区水工建筑物资源基础参数和水工资源归类分级资料，再委托为协作单位，通过专题研究和技术攻关，建立水工建筑物运行管理标准化作业系统，推出适合引黄工程特点的运行、维护、检修的标准化管理模式，建立水工资源基础数据库，搭建运行管理模型，通过技术整合和研发，最终实现水工建筑物的标准化、流程化、移动化、数据化的运行管理作业系统，提高作业人员业务素质，确保运行、维护、检修工作的效率和质量，降低管理成本并实现有效管控，全面提升管理效益。

图1 生产系统综合管理偏关分公司协同作业水工管理作业系统

2 系统可实现的功能

（1）针对水工资源的信息管理，通过分析各类资源信息的共性，最终以统一的自然属性、管理属性、附加属性进行管理，让水工资源的信息管理在简约基础上合理可行，特别方便信息查询管理。在水工资源的信息描述和获取上，综合采用GPS、RFID、UHF、PDA等技术，实现水工资源区域定位、地理信息、图文信息的PDA采集，以及在电子地图上的点、线、面的示意图绘制，作业签到和缺陷定位等功能。同时将水工资源信息同步到APP上，实现了水工资源信息随身带、随时查的“电子口袋书”的便捷功能。

（2）针对水工资源的巡检规范，采取将巡检标准规范和资源分类绑定的策略，实现资源和巡检规范松耦合，巡检规范可脱离水工资源独立维护，又能灵活与水工资源建立关联，为水工资源的巡检作业建立切实可行的标准规范。巡检标准规范根据各类水工建筑的巡检特点，分为日常、停水和特殊巡检3个标准，每个标准都建立了详细的巡检规范要求、作业指导和常见缺陷描述，为巡检作业提供标准化操作导航。巡检规范可通过APP的“电子口袋书”进行查询，也会跟随巡检作业任务下发到PDA上，让巡检人员依据巡检规范和作业指导书进行检查，避免盲检、漏检等情况发生。

（3）针对水工资源的巡视管理，采用任务派发流转程序，由巡视负责人全权负责巡视任务，进行巡视前准备，最终将巡视任务下载到PDA上进行离线作业。作业过程中，严格依据巡检任务的要求对各类资源按照巡检类别和巡检标准规范进行导航巡视，采取GPS、RFID、UHF等技术实现到位签到和缺陷定位，使用文字、拍照、录像、录音和手绘等功能实现缺陷的精确描述。巡视作业数据可随时在联网的情况下上报到平台上接受审核，巡视完毕后，继续流转到生产口的各级领导进行审核，最终办结，产生的缺陷数据会被各作业部门分拣到消缺处理业务上报缺。整个审核流转作业可以在电脑和APP上进行。

（4）针对水工资源的检修管理，由于管理上的复杂性和多变性，设计上暂时屏蔽了业务处理流转机制，替代以项目管理机制，重点体现检修项目各类信息的采集、分类和查阅上。项目信息采用实施阶段、信息类型等多个维度进行分类管理，可采用PDA实现检修现场的各类信息采集作业，比如现场安全检查、隐蔽工程检查、施工进度督促等，支持文字、拍照、录音、录像和手绘等多种数据采集方式。采集的数据可随时上传到平台上进行整理、分析、成册，成为各级领导了解检修现场和做出决策的良好渠道。项目信息支持电脑终端和APP上进行。

（5）针对水工资源的消缺管理，设计上采取网上流转报缺、纳入维修计划、网上流转消缺的协同业务模式。整个消缺处理业务可同时在电脑终端和APP上进行，最终实现数据上的闭环消缺。

（6）设计实现“水工建筑物运行管理标准化作业系统APP”（目前仅限安卓版本）将水工资源信息电子口袋书功能、巡视任务下载和离线作业功能、检修项目管理功能、报缺消缺流转处理处理功能集成在一起，根据角色、权限和任务驱动进行功能管理。APP在功能上直接支持GPS定位、在线（缓冲）地图显示、RFID扫描、UHF扫描、拍照、录音、录像、手绘等功能，具体作业需要配备专业的PDA设备。为了推动整个系统的应用开展，整个系统和APP在设计上采取初始数据边采集边作业相结合的方式，让数据的采集初始化工作融入日常作业过程中。

（7）服务平台实现采取J2EE和SSH框架，数据库采用MySQL，可以基于专网和互联网进行业务访问和数据交换，APP具有自动切换内外网的设定功能。

图2 水工管理系统功能规划图

3 系统的创新点

（1）综合利用网络技术、软件技术、物联网技术、地理信息技术、移动终端技术的有机结合，提高作业现场对各类数据的获取能力，突破业务办理的时空和终端限制。

图3 水工管理系统拓朴图

（2）充分结合数据序列化技术和检索技术，整理分析各类水工资源的自然属性，为水工资源的电子化建立统一的数据存储结构；从空间、功能、隶属、连接、运维等多个角度出发，整理分析各类水工资源的管理属性，通过数据库分析技术搭建颗粒度粗细可调整的多层级的数据管理结构。建立可从多个维度查询分析的水工资源数据存储和管理模型。

（3）根据水工资源巡检作业的特点，建立多个相对独立的巡检作业标准规范库，根据每次巡检作业的实际需要实现动态绑定，精确控制作业规程和作业内容。

（4）利用生产综管平台的流程引擎、模板引擎技术，研究并实现水工资源各类数据采集和巡检作业的网上流程化审批办理机制，从而确保各类作业规范、有序、可控，数据真实、准确、有效。

（5）分析水工资源巡检作业的现场环境特点，结合移动终端设备技术，研究并实现在线和离线模式相结合的移动应用，实现水工资源、知识库、专家库的随身带、随时查，按计划依标准进行规范化的现场巡检作业，实现文字、照片、音频、视频、示意图等形式的多媒体采证、记录和上传。

图4 移动终端巡检设备

（6）软件产品搭建直接采取成熟应用多年的协同作业平台的基础架构，该基础架构具有丰富的底层功能可直接使用，比如身份验证、角色权限分配、流程引擎、电子表单、数字签名、任务协作、文档管理、消息推送和数据交换接口等，面向在线和离线的平板电脑和安卓移动终端具有完善的底层支撑服务，可随时搭建各种应用。

（7）水工建筑物运行管理标准化作业系统在设计上采取了松耦合积木结构和信息颗粒度可定制的方案，在功能模块上预留了接口设计，在数据库层次预留了字段设计，以随时应对软件系统基于实际应用的功能细化和拓展，确保软件产品自身具有持续的成长空间。

（8）采用生产综管平台的数据万能查询组件和图表分析技术，研究并实现水工资源管理综合数据智能化的查询、筛选、排序、导出、统计和分析。

4 系统的应用推广

水工建筑物巡检标准规范已经建立，水工建筑物的信息管理基本完成，水工巡视、检修、消缺等业务正在开展。预计2022年底，实现偏关分公司所管辖的水工建筑物的全面信息化管理，包括水工建筑物各类信息的采集和电子化、巡检标准的修订和电子化、巡检业务的网上任务派发和移动作业，检修业务的项目管理和移动信息采集，缺陷报缺和消缺业务的流程化网上开展，最终形成标准规范结合软硬件实现一体化的综合解决方案。

预计通过偏关分公司试点应用，可进一步实现水工建筑物巡检标准规范的精细化推行，大幅度提高水工建筑物的巡检作业效率，节约人力资源，降低管理成本，保障水工建筑物的安全可靠供水；电子化、流程化的手段，可确保作业数据的丰富化和精确化，为基于数据分析的领导决策提供真实可靠的依据，进一步提升分公司的管理效益。

在偏关分公司成功应用的基础上，第二步将在山西万家寨水控水资源有限公司的各分公司推广应用。第三步，将面向水利资源的同行进行成果转化和推广应用，以获得服务推广和成果推广收益。

5 结束语

科技改变生活，创新改变世界。在人工智能飞速发展、自动化应用日趋成熟的今天，隧洞、渡槽、护坡等水工建筑物的巡检方式传统人海战、纸质化粗放式管理模式弊端凸显。文章研究的应用程序是利用软件技术和网络通信技术与水工建筑物运行管理深度融合，能帮助企业通过新一代信息技术提高企业运行、维护、检修工作效率和质量，全面提升巡检和管理人员工作效率，可大幅降低人力资源使用数量和成本，确保设备、设施的高效稳定运行，是现代企业实现智能化作业、信息化减员、数智化转型，实现提档升级、提质增效的有效途径。