盐环定扬黄工程安全“四预”信息化建设探索

苏 亮，张文媛

（宁夏回族自治区盐环定扬水管理处，宁夏 吴忠 751100）

0 引言

智慧水利建设作为新阶段推动水利高质量发展的关键实施路径之一，体现新阶段水治理体系和能力现代化发展水平[1]。安全生产作为水利工作的关键内容，贯穿于水利生产工作的各个环节。水利部印发的《关于大力推进智慧水利建设的指导意见》中指出，要加快构建具有预报、预警、预演、预案“四预”功能的智慧水利体系。在盐环定扬黄工程实现安全生产“四预”，是指立足工程现状，有机整合工程运行自动化、供水管控一体化、业务管理信息化、安全生产标准化、泵站管理规范化等技术手段和管理措施[2]，融合“人防、物防、技防”构建“数防”系统，实现“人、机、环境”的有机统一和稳定发展，用信息化手段提高扬水过程的全方位安全管理，这也是盐环定扬黄工程现阶段助力水利高质量发展的关键一招。

1 工程建设基础

盐环定扬黄工程自建成以来，历经续建配套和更新 2 个改造阶段，工程管理具有设备新、功能全、基础好、业务强等特点。尤其是近年来随着工程的不断运行，不但检验了已安装设备的安全稳定性，对接入自动化系统的各类信号进行了验证，更是在工程运行过程中，向工程管理人员提出了高标准和严要求，工程设施设备的监控手段和管理措施更加完善。可以说，盐环定扬黄工程实现安全生产“四预”体系信息化具备比较完善的建设基础。

1.1 设备运行实现自动化监控

立足于工程更新改造，盐环定扬黄工程在自动化建设上基本实现了全工程的覆盖。在纵向上：实现了设备设施现地级、站级和调度级三级监控，有效保证了从供水主设备水泵机组、闸门直开口，到供电主设备变压器、进线刀闸的全面监控，并实现了配合泵站主设备运行的油系统、水系统、无功补偿，以及关键设施如调压塔、节制闸、分水闸等干渠设施的全面监测控制。在横向上：每台水泵机组实现了电动机运行电压、电流、功率等电气量信号，以及绕组温度、轴承温度、机组振动、摆度、水泵进出水压力、出水流量等物理量信号的采集，监测，统计，分析；每台阀门实现了启闭、开度、故障等信号的监测；对于油、水等辅机系统，实现了系统油水压力、温度的监测和自动运行等功能；对于干渠闸门直开口，实现了闸门开度、流量、故障等信号监测和闸门启闭等控制功能[3]。自动化系统已具备对各设备运行工况进行判别预警，对各类信号点位进行高低限值的预报预警等功能，有效提高了设备自身运行的安全监测水平。

1.2 供水生产实现信息化管理

盐环定扬黄工程信息化管理系统，通过集成水量调配、工程管理、机电管理、安全生产、水费计收、综合展现与信息服务、值班管理、宣传及制度管理等功能[4]，将自动化系统接入水泵机组运行工况，可实现水量、电量、调度日报、配水记录、能源单耗、开停机等信息的统计处理分析，同时为值班运行、工作动态展示及工程设备设施管理提供平台和抓手。通过系统应用，规范了各类值班值守记录填报、各类运行报表数据审核、“两票三制”（两票指工作票、操作票，三制指交接班制、巡回检查制、设备定期试验轮换制）流程化执行等要求，基本规范了业务工作各项数据和记录的填报、审核流程。

1.3 视频监视实现工程可视化管控

随着工程管控设施设备的不断完善，目前盐环定扬黄工程沿线共建设视频监视点位 210 处，实现了共用和专用工程泵站主副厂房、厂区、变电所、生活区、调压塔、出水池、退水闸、干渠直开口、节制闸、分水闸、渡槽及险工险段的可视化管控，以及工程沿线关键设备、重要部位和建筑物的全面监视，可提供视频监视范围内设备设施的运行实况，为事故追忆提供依据。

1.4 工程管理实现制度化规范化

盐环定扬黄工程管理单位——盐环定扬水管理处，结合工程运行特点，立足泵站标准化、规范化管理和安全生产标准化建设，制定符合扬水生产工作的各类管理制度、规定和应急预案，覆盖调度管理、机电运行、工程管护、后勤保障等各个方面，厘清人员岗位职责和管护责任，明确设备运行管理、日常维护和异常处理要点，完善应急报警、事故处置、培训演练等方面内容，基本满足工程安全运行管理的需要，为预案体系建设提供了基础。

2 需求分析

根据智慧水利建设总体要求，要加快构建安全生产“四预”管理体系，实现“四预”信息化管控，不仅需要完善设备设施监控手段，更要立足信息化建设，实现“人、机、环境”的安全和谐，打造具有设备运行主动预警、人员工作标准规范可控、环境安全统一管理等特点的水利生产安全信息化系统，推动“人防、物防、技防”到“数防”的实现[5]。

2.1 工程自动化监控预报水平需要提升

盐环定扬黄工程虽然经过更新改造，但部分机变电设备仍存在缺少电动机构、无法进行远程操控、未实现自动化运行、监控信号未接入系统等问题，无法实现自动化监控和预警预报，需要继续对设备本身存在的缺陷进行完善处理，对仍需要人为操作的设备进行改造升级，通过全面提高设备自动化监测监控水平，完善设备设施遥控、遥测、遥信、遥调功能，达到“技防”的目标，保证设备和系统运行中问题预报的可靠性、精准性和智能化。具体需求如下：1） 继续实施手动设备自动化改造；2） 推动系统设备全面接入自动化系统；3） 完善水泵机组开停机流程化程序开发和梯级泵站联合控制，通过技术手段降低人工操作失误率，提高设备自动化运行水平。

2.2 数据全面传输和精准预警需要完善

盐环定扬黄工程通过自建光缆，形成了泵站间内外网双环可靠并行，泵站内 AB 双通道组网运行的模式。但内网建设的自动化系统和与水利政务网相连的外网建设的信息化系统间的数据不具备双向互传功能，各类数据尤其是异常数据只能由监控人员现场查看，无法向各岗位管理人员及时发出预警，需要以内外网统筹建设为契机，通过构建安全高效的信息传输网络，在网络安全等级保护规定范围内，实现设备设施监测数据“走出去”、控制反馈数据“能进来”，实现双向可靠的数据传输和应用，应用于异常数据预警。具体需求如下：1） 升级自动化系统至信息化系统的数据传输设备单向网闸，数据传输方式由自动化系统推送转变为自动化系统推送和信息化系统主动抓取双模式；2） 升级调度级服务器和数据库，立足水利云建立标准规范的数据存储库，实现本地和云端数据双存储，提高数据存储量和冗余储备，确保系统运行不受网络中断影响，提高数据存储应用的安全性和可靠性，为设备设施运行趋势对比、数据高低限报警、故障预测预判提供可靠的数据基础。

2.3 工程和供电“物防”系统智能预演需要结合

现阶段工程安装的视频监视系统，只能对关键部位进行云台查看，无法通过图像比对或画面分析对关键部位和重要设备突发情况进行分析预警，无法和泵站自动化系统进行联动。要解决此类问题，需要准确把握扬水工程泵站、干渠、闸门直开口和供电系统之间的关系，明确管护要求和方向，用好视频监视设备和自动化系统监测功能，通过完善软硬件实现工程和供电系统“物防”建设。具体需求如下：1） 通过视频监视功能拓展实现水平线扫、自动巡航和巡迹，通过绊线、区域等入侵检测对现场快速移动的物体和人体进行检测，并结合自动化系统运行、信息化系统 GIS和 BIM 等三维展现，实现设备设施故障、环境安防的精准定位；2） 通过完善变电所电子围栏、机房门禁、应急报警等设施，建立外部入侵防范和应急联动报警机制，促进高低压配电室、变电所等供电区域的“物防”建设；3） 结合系统建设，利用三维展现，通过建立预演模型，展示预演情景，实现预报预警和预演方案的有机结合及智能化运行。

2.4 从“技防、物防”到“人防”的预案响应需要配套

准确把握“人、机、环境”的有机统一，不仅要强化技术防范措施和设备本身的自动化控制，更要提高岗位人员在整个系统中的安全可靠性，强调人对突发情况的响应和规范性处置。现阶段盐环定扬黄工程对各岗位都制定了一系列的安全管理措施和考核制度，但现场响应中人的行为和安防措施仍无法得到有效监管，应急响应无法实现与设备的联动，需要在打造自动化、智能化、高效化监测监控设备设施的基础上，通过配套制度规范，明确岗位责任，改造人员安全防护用具，建设全覆盖的无线网络，增设现场打卡、人体监测等设施设备，结合现场可视化预警预报，实现对人的行为的现场监测。具体需求如下：

1） 结合流程化开停机、梯级泵站联合控制和现代化生态灌区建设，工程运行通过自动化、智能化建设减少人的参与，提高本质安全性。

2） 通过规范人的行为，提高人的自身安全，结合人员上岗要求，通过扫描人员穿戴、安全用具使用情况，或监测安全帽、绝缘鞋、救生衣等各岗位防护用品佩戴情况，报警提示人员正确佩戴防护用品，实现现场“人防”的需要。

3） 通过预报、预警、预演的基础建设，完善问题判定和处理流程，将人的主动参与和系统智能化结合起来，实现预案响应。

2.5 融合度高的安全“四预”信息化系统需要建立

目前，盐环定扬黄工程建设和使用了多个信息化系统，如“巡渠通”、宁夏水资源调度系统、盐环定扬黄信息化管理系统等，但工程巡检、水量调度、机电运行、安全生产等业务工作分块运行，各类数据分开存储，会产生填报工作日趋繁琐、预警预报无法有机统一等问题，不能发挥信息化应用对生产过程的安全提升作用。建设安全生产“四预”信息化系统，就是立足安全生产管理理念，以人为本，融合人员、制度、工程、信息等管理方面，以现阶段盐环定扬黄工程自动化、信息化建设为基础框架，在实地调研的基础上，通过完善现有系统预报、预警、预测功能，规范人员值班、值守职责，整合安全生产管理工作，结合泵站标准化、规范化建设，深度融合业务层面的各个环节、岗位要求，实现值守人员安全管理、机械设备安全运行、生产环境安全治理的全系统安全体系，实现工程管理和安全管理的深度、高效融合。

3 建设目标和系统构建

3.1 建设目标

在扬黄工程管理单位推动安全生产“四预”体系信息化建设，要按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的智慧水利建设的总要求[6]，以数字化、网络化、智能化为主线，数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，构建梯级泵站数字孪生为核心，全面推进算据、算法、算力建设，坚持宁夏水利“互联网+水利”和“数字治水”理念，用好水利云平台，在落实网络安全管控的前提下打通自动化控制网络、政务外网和互联网边界，通过建设盐环定扬黄工程智能业务应用、网络安全和梯级泵站智能调度，推进工程智能化建设，实现扬水过程的安全生产“四预”管控。

3.2 系统架构

立足扬水工作实际，紧紧抓住“四预”功能，详细分解“四预”体系中“人、机、环境”有机统一和相互作用的各部分关系，构建合理的安全管理信息化平台，实现“人防、物防、技防”向“数防”的转变，建设安全生产“四预”体系信息化管理系统。“人、机、环境”与信息化系统关系如图1 所示，信息化架构设想如图2 所示。

图1 “人、机、环境”与信息化系统关系

图2 “四预”体系信息化建设架构设想

3.3 系统构建

建设符合盐环定扬黄工程实际并能借鉴推广的安全生产“四预”信息化系统，要以工程不断完善的泵站自动化监控和视频监视 2 个系统为基础，打通与外部系统如气象、灌区信息化等系统的数据壁垒，形成数据支撑，通过建设“四预”信息库和特征库，实现工程运行和人员安全管理目标。这一工作的重点是建设符合工程实际和满足应用需求的预报、预警、预演、预案体系。

3.3.1 建设完善的预报信息数据库

立足工程设施设备自动化监测监控建设，通过梳理设备监测信息点位、视频监视场景、外部信息接入等情况，建立预报预警测点信息库和数据库。通过对水泵机组电流、电压、温度、压力、流量及附属设备的电气量信号等的监测和比对，对干渠水位、流量信号的监测，监视场景和信号的变化趋势，实现设备运行异常工况、干渠突发情况和灌区雨情旱情的预报，为预警提供数据基础。

3.3.2 实现可预测的动态预警机制

通过建立设备设施工况变化模型，研判预报信号发展趋势，确定在岗人员工作任务完成情况，利用移动端 App、手机短信等形式发送预警信息，提醒相关人员及时跟踪问题，并结合设备自身运行工况和人员反馈情况，动态追踪问题处理情况，确保预警信息有效控制或工作任务顺利完成。

3.3.3 打造完善的预演工作库

结合预报预警信息、人员职责清单、运行管理制度，以及设备设施运行维护、故障处理办法、现场处置方案等内容，建立完善的预演方案工作库，并结合扬水过程 GIS 和 BIM 等模型，实现场景的数字化模拟，保证每条预警信息都有对应的预演场景和结果，并能通过终端设备向管理者展示。

3.3.4 形成指导性强的预案管理体系

通过预报、预警和预演等流程，以及对问题处理和预防工作实时动态的监控和信息采集，反馈并纠正应急预案中存在的问题，形成有针对性、操作性、实用性、适用性的应急预案模型，指导相关人员应对和处理日常工作中发生的各类安全问题。

4 结语

近年来，盐环定扬黄工程通过更新改造，工程设备设施的遥测、遥信、遥控、遥调和遥视功能不断完善，在制度和预案建设上形成了一定的体系，工程具备了良好的网络化、自动化、信息化和管理基础，为构建安全生产业务体系工作“四预”功能智能业务应用提供了良好的基础。盐环定扬黄工程现阶段安全生产工作的重点和核心，是通过不断推进工程自动化、信息化建设，继续完善设备设施监测控制手段，强化泵站标准化、规范化建设，推动符合盐环定扬黄工程实际的安全“四预”信息化系统建设，实现扬水生产“四预”功能的深化运用，实现扬水工作“人、机、环境”全过程、全方位安全管控，进一步推进工程现代化建设及完善，实现工程安全运行高质量发展目标。