上海水利泵闸智慧运维管理模式的探索与思考

2023-03-25方正杰上海迅翔水利工程有限公司

珠江水运 2023年5期

◎方正杰上海迅翔水利工程有限公司

《中共中央、国务院关于加快水利改革发展的决定》中提到，加快水利发展，切实增强水利支撑保障能力，实现水资源可持续利用，是促进我国经济长期平稳较快发展和社会和谐稳定的关键因素之一。近年来，随着气候变化，在极端天气影响下，城市内涝、流域洪水等水患频发，水利工程设施在防汛排涝中发挥的作用愈加突出。上海市经过多年建设，在统一规划、洪涝分开、高低分治、河道疏浚的基础上，形成了14个水利片区格局，并在沿江沿海一线主要干支河口、圩区和省界边界河道建设了二千余座泵闸等水利工程设施，这些设施在全市的防洪、挡潮、排涝、航运、改善水环境和保护水资源等方面发挥了重要作用，截至2021年底，上海地区共有水利泵闸工程902座（市管24座，区管349座，根据《2021上海市水利工程设施（泵闸）报告》）。为了确保泵闸工程有效发挥作用，标准化、信息化管理是行业内持续研究的课题，随着数字化转型，“智慧化”管理也是新的发展需求。

1.研究背景

2019年，水利部在《加快推进智慧水利的指导意见》《智慧水利总体方案》中要求提升水利信息化水平，支撑与驱动国家水治理的现代化。2020年，上海市水务局在《上海市水务海洋精细化管理工作三年行动计划（2021-2023年）》提出“拓展智能应用领域”“建立重点泵闸智能化管理应用场景”等要求，为本市水利工程运维管理的数字化转型指明方向。

泵闸工程具有点多分散、设施设备专业多、数量大等特点，其日常运维管理中存在着运行调度指令执行反馈、运行情况监控、运维数据汇集高度依赖人工、运维作业标准难以统一、设备管理无历史数据库等困难，传统运维模式已经难以满足新时期智慧水利发展提出的精细化、信息化、智能化管理要求[1]。

2.本市水利泵站、水闸数字化管理现状

长期以来，本市水利设施均由政府职能部门负责管理，2015年《关于深化水利改革的指导意见》指出，承担水利公共服务的公益性水利工程要适当引入市场竞争机制，通过多种方式交由市场和社会组织承担。此后，上海市公益性水利工程的管理体制逐渐转向社会力量管理和运行维护模式，经过多年水利工程管理体制改革，已基本实现了管养分离和运行、维修养护业务的市场化，由管理单位承担工程运维的主体责任，运维企业按照行业规范与合同要求，负责工程运行、养护、维修、检查观测、防汛防台等具体工作的实施[2]。

随着新技术与传统水利的深度融合，本市围绕水利工程精细化、信息化、智慧化运维管理开展的探索和实践越来越多，一方面，管理单位出于行业监管以及业务管理需要，建立了网格化管理系统，从宏观层面对本市水利工程进行数字化管控；另一方面，运维企业也逐步开展运维管理模式的创新，探索以数字化手段支撑管理决策和一线操作的实施路径，加速形成企业核心竞争力。

2.1 管理单位数字化应用现状

近年来，本市水利工程的行业管理单位依托“一网统管”平台，加强水务设施感知端的建设，提升动态监管能力，不断升级水闸泵站自动监测系统，建设了泵闸管理监管平台，基本建成覆盖全市的水利设施运行感知网络，实现了对市管、区管泵闸设施、堤防、河道的监管。尤其是管泵闸以及部分区管、镇管泵闸，近年来加快了数字化转型进程，从更新智能化监控、控制设备、布设网络通信线路、迭代数字化平台、投放可视化大屏等，实现软硬件及IT基础设施的完善和更新。

目前以政府、行业管理单位为代表建成的管理平台，多侧重于工程监管的宏观把控，以成果信息和管理信息统计为主，缺乏全过程数据分析和整合，部分区县受水利设施基础条件、财政资金等限制，在智能设备、仪器仪表更新、智能模块开发上存在困难。

2.2 运维单位数字化应用现状

本市的运维企业目前主要采用人工巡查、记录等方式对水利设施设备进行运行管理，由运维企业建立的独立业务系统较少，少数依托现有的OA系统，进行业务在线管理，但受到数据流通的制约，尚不能发挥太大作用，总体信息化、数字化、智慧化程度较低，无法匹配政府、行业管理单位的要求，在实现行业引领、并带动产业链上下联动等方面，存在较大难度。

这种传统、低效的运行管理模式对运行维护人员技能水平要求高、日常运行维护工作量大、对设备运行维护保养缺乏系统性，已然不适应新时代发展要求，急需通过提升设备状态泛在感知、强化水利信息汇聚互联、建设泵闸智慧运维应用场景等数字化手段，实现集成、决策、监管、分析功能，构建运行、巡检、维修及设施设备为一体的泵闸智能化管理新模式。

3.泵闸智慧运维管理模式研究

3.1 研究目标

构建适应上海超大城市特点和管理需要的泵闸运维管理模式，依托互联网、大数据、智能算法等技术，打造泵闸智慧运维管理平台，通过场景建设，为运行决策、设备故障管理、工程巡检、养护维修等提供数据及手段支撑，提高工程运行可靠性，保障防汛安全，提高泵闸运维精细化、现代化管理水平，提升与行业主管部门的信息互通效率。

3.2 研究内容

泵闸智慧运维管理模式，主要包括构建泵闸运维数字基础和打造智慧运维场景：

3.2.1 系统总体架构

系统总体架构包括采集传输、网络传输、数据资源、应用支撑、业务应用、应用交互以及用户访问七个层面，并以信息安全体系、标准规范体系为保障，为管理单位、运维单位等提供服务，其架构如图1所示。

图1 平台系统框架图

3.2.2 泵闸运维数字基础

基于信息融合共享、工作模式创新、业务流程优化、应用高效智能等思路，构建“一库、一图、一平台”的运维管理及服务数字基础。

①水利数据仓库。以标准化体系为基础，基于设施部件的划分、管理事项的梳理以及管控流程的优化，实现泵闸基础数据、工况数据、管理数据电子化入库，为业务应用提供基础支撑。

②综合监管一张图。现有数据共享机制，整合泵闸基础数据、业务管理数据、动态监测数据、水雨情测报数据、地理空间数据等，综合运用地图、大数据看板、图表等，形成跨层级、跨业务的数据底板，实现泵闸运维管理多维度、全要素的数字化映射。

③业务功能。基于业务管理需求，泵闸智慧运维平台构建运行管理、维养管理、防汛管理、调度管理、检查观测、安全管理、基础信息、仓库管理、统计评价等共计9大功能模块，根据“发现——上报―派单——处置——办结”管理主线，以现有标准化体系为基础，对巡查、养护和维修等业务流程优化再造，实现“业务全覆盖、管理全闭环和过程全记录”的智能化管理体系。

3.3.3 智慧运维场景

①智慧辅助运行，充分利用水雨情、工情、旱情信息以及气象、海洋水文、片区水位等监测数据，强化历史汛情数据分析回溯，形成水位趋势智能研判算法，实现涨落潮的趋势预判，对泵（船）闸工程中的设备启闭进行防汛调度、水资源调度及专项调度等多模式下的操作预报和工作提示，同时落实调度执行反馈机制，强化对调度指令的在线执行过程、执行效果管控。

②设施设备智能管理，建设故障库，涵盖设备目录、常见故障、排故方法、预警方案等数字管理内容；构建仿真模型，依托运维平台，结合远程集控系统，从时间、空间、业务等多维度进行综合信息展示；在关联基础数据、监测数据、管理数据基础上，调用相关模型，对设施设备运行进行全方位的故障定位、诊断分析、智能预警，评估工程运行的安全性、可靠性、稳定性，实现工程全寿命周期管理[3]。

③智慧巡检，通过移动端采集泵（船）闸巡查信息，结合地图、列表、看板等，实时掌握设备运行、巡查任务以及巡查人员值班等情况，实现在线上报、派发、处置和评价的全流程闭环跟踪管理；动态接收防汛预警发布，主动响应任务部署，协调开展应急处置。

4.实施成效

目前泵闸智慧运维管理模式架构已基本形成，在本市18个市管泵闸现场实现了运维管理平台的上线启用，通过一段时间的测试和使用，积累了宝贵经验，为后续平台系统的迭代优化、形成可复制成果、在行业内进行推广和应用奠定良好基础。

（1）随着泵闸智慧运维平台上线，共开通管理账户200个，实现业务工作数字化上线率80%，逐步实现管理台账无纸化，减少60%纸质台账。实现人力物力合理分配，数据统计速率提高75%，加快应急响应速度，保障防汛安全，提高标准化、精细化管理水平。

（2）泵闸运维标准化管理体系的逐步进行完善，实现了操作层级的规范化质量管理，设施运行更加安全高效，提升服务质量，降低企业成本，增强企业核心竞争力。

（3）提供能满足上海超大城市特点的泵闸运维作业级平台，为行业数字化转型提供借鉴思路。

5.泵闸智慧运维工作的展望

5.1 政策驱动，高阶推动泵闸运维管理数字化转型

国家及地方政府出台了一系列关于智慧水利发展的重要政策，引领行业的快速发展，在打造技术环境与发展方向的同时，对水利行业的精细化、信息化、智能化升级提出更高要求，由于目前信息标准尚未统一、数据交互存在壁垒、平台重复性建设等问题，还需要更高层面政策推进顶层规划，提升数字化建设积极性、加强政企数据共享、基础设施共享，提升集约化建设水平。

5.2 聚焦“智慧”，持续推进运维系统迭代优化

结合行业数字孪生建设，逐步打造数字孪生泵闸，推进智慧场景开发，一是数据方面，持续完善水利设施管理数据底板，加强泛在感知与数据采集；二是算法方面，经历典型案例数据积累和实时运行数据结论反馈，不断迭代优化，辅助管理决策和一线操作；三是强化预警预报，根据数据分析与算法反馈，对管理事项进行研判，提升趋势精准预测和示警能力，赋能管理决策。

5.3 科技引领，不断探索技术与业务融合创新

探索技术创新，强化数据服务。以平台为载体、场景为驱动、技术为支撑，探索智慧防汛、运行调度、预测维养与云计算、大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术的融合创新，加强前瞻预演、联合调度、风险防范，支撑“四预”功能、智能应用运行，为行业智慧发展提供技术支撑、数据服务，提升水利决策与管理的科学化、精准化、高效化能力和水平。