以管理創新和技術創新助力智慧水閘建設

繆慧麗 陳 華 田磊磊

(江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200)

1 引 言

針對江蘇水利工作面臨的新形勢，江蘇省水利廳于2018年提出了打造智慧水利的目標，逐步建成“標準統一、互聯互通、廣泛共享、深度融合”的智慧水利體系。

萬福閘作為江蘇省淮河入江水道大型工程，立足于水利現代化建設，以管理模式創新和技術創新為抓手，針對大型水閘日常工作中涵蓋的管理機制、調度運行、檢查檢測、維修養護、除險加固、安全防范、科技創新等方面助力打造智慧水閘。

2 工程概況

江蘇省江都水利工程管理處萬福閘始建于20世紀60年代，共65臺套閘門啟閉機，總設計流量8240m3/s，歷經四次加固改造，是淮河入江水道的主要控制性工程之一，屬大(1)型攔河、擋潮水閘。工程主要作用為承泄淮河入江洪水量的70%左右，并可引納江水，改善邵伯湖沿湖地帶農田灌溉用水條件，控制揚州段京杭大運河水位，改善通航、城市工業和生活用水條件。

3 管理創新

萬福閘以國家級水利工程管理單位、水利部安全生產標準化一級單位為基礎，深入實踐探索智慧水閘建設，先行先試精細化管理模式，明確任務清單、固化流程控制、著重細節把控[1]，以“細、精、嚴、準”為標準提升水閘管理工作。在精細化理念的指導下，萬福閘逐步實現了工程管理可視化、流程化和標準化。

3.1 精細化模式實現水閘可視化管理

精細化管理實現了規章制度、工作任務、巡查巡檢、標識標志、技術數據、圖表號牌、動態參數等方面的可視化，讓智慧水閘的“動態體檢表”隨時可視。

一是按一閘一任務清單的方式整合年度所有工作任務，具體細化分解為日常管理、控制運用、專項工作、現場處置四大塊，依照年度計劃、上級部署、增加的項目，適時對工作任務進行合理調整，確定工作類別，細化工作內容，把握時間節點，明確責任到人，并實時在辦公OA系統中發布、更新，使水閘的管理直觀便捷。

二是通過布置標識標志標牌和設施設備二維碼，安裝視頻大屏監控，通過工程自主研發巡檢IPAD系統、觀測標點界樁GPS定位系統、手機APP系統和工程信息發布系統等，使工程現場管理可視化效果更為直觀與精準，實現工程管理方式從靜態到動態、從粗放型到精細化的轉變。

3.2 精細化模式推行水閘流程化管理

精細化管理強調的是過程控制，將典型工作以流程圖的形式加以固化，有著明顯的指導效果。水閘管理主要典型工作流程包括控制運用流程、檢查評級流程、工程觀測流程、維修養護流程、安全生產流程、水政管理流程、檔案管理流程、環境管理流程等。流程圖的制定須簡明扼要，將主要環節、各個歸口部門的事項按邏輯次序理清，固化工作行為和控制，讓工作程序、各自職責一目了然,用以指導專項典型工作從開始到結束全過程的閉環管理。

3.3 精細化模式促進水閘標準化管理

精細化管理強調的是對細節的把控，這與安全生產標準化有著相輔相成的作用。安全生產標準化采用戴明模式(PDCA循環)，即計劃、實施、檢查和改進。通過制定年度工作計劃，計劃性地開展各種工作；明確每名職工的崗位責任并納入考核機制；定期安排對工程的專項、日常和定期檢查，對檢查發現的問題和隱患進行總結；對總結的問題進行整改，實現水閘的閉環管理。萬福閘在工程管理中將精細化和安全生產標準進行融合，以更高的要求實現了工程管理的閉環把控。

萬福閘精細化模式不僅限于工程管理，更延伸至水政、物業、綠化、黨建等諸多方面，是一個動態拓展延伸、持續改進并有著鮮明個性化色彩的新型管理方式，可為智慧水閘的建設謀求更優的效果。

4 技術創新

智慧水閘的打造除了管理創新，更要依托技術創新。萬福閘通過引進、應用、自研等方式，在安全管理、巡查巡檢、維修養護、應急保障方面提升設施設備智能化水平來助推智慧水閘建設。

4.1 日常管理更加安全

4.1.1 卷揚式啟閉機出繩孔移動式封閉裝置

針對卷揚式啟閉機鋼絲繩封孔問題，以往水閘工程采取不封閉、用木板封閉、用毛刷封閉的方式，普遍存在易臟污、難防塵、難防潮、小動物易進入、鋼絲繩易刮擦等隱患。

萬福閘管理所自行研制了一套“卷揚式啟閉機出繩孔移動式封閉裝置”[2](見圖1～圖2)。該裝置主要依據現場啟閉機鋼絲繩出繩洞尺寸，裁剪安裝一張折疊成手風琴(搓衣板)狀的防護罩，該防護罩原料由聚氨酯精工化學合成，具有防火、耐高溫(700℃)、防焊接飛濺、防油、防水、防塵等特點，并可隨著閘門啟閉時鋼絲繩的動作實現沿卷筒軸向的伸縮運動，不會造成拉刮碰擦現象。該裝置目前已在萬福閘65臺套固定卷揚式啟閉機鋼絲繩出繩孔上成功運用，實現了有效封閉鋼絲繩出繩孔，且能在啟閉機、閘門運行時隨鋼絲繩出繩產生的位移同步移動，具有使用可靠、故障率低、成本低廉的特點，適用于各種閘門形式的卷揚式啟閉機，尤其適用于直升式弧形閘門、下臥式弧形閘門等出繩方向隨升降高度不斷發生變化的卷揚式啟閉機。該裝置的運用可使運行頻繁的多孔水閘在維修養護時省時、省力，提升安全運行質量和啟閉機房內環境清潔度。

圖1 卷揚式啟閉機出繩孔移動式封閉裝置 (單位：mm)

圖2 啟閉機出繩孔移動式封閉裝置實物

4.1.2 單軌道巡檢監控系統

萬福閘共65孔閘門，閘室總寬466.8m，孔數多、跨度長，日常巡視檢查范圍廣、難度大；在使用自動化系統進行閘門啟閉運行操作時，須人工現場每孔檢查閘門情況，如門頂有無垃圾、上下游有無船只、運行時有無卡阻等情況，很大程度上增加了閘門啟閉的時長周期和人員勞動強度。

為便于安全管理，減輕人員勞動強度，萬福閘在工作便橋增設單軌道巡檢監控系統[3]，該系統由巡檢箱體端和監控端(萬福閘控制室)組成(見圖3～圖4)，主要以水閘檢修電動葫蘆工字鋼為軌道，采用定向無線傳輸技術，實現無線長距離傳輸巡檢視頻信息采集處理，并采用鋰電池為動力電源，可自行充電，相比滑觸線更節省電源動力投資。經應用，該系統軌道行車行走平穩，視頻畫面無線遠距離(萬福閘測量距離約為500m)傳輸信號穩定、畫面清晰，遠程操控軌道行車執行指令(前進、后退、自動巡檢、復位充電)無延時，充電時，接觸良好，無安全隱患，提高了工程管理智能化水平。控制中心人員通過監控畫面第一時間掌握工程現場情況，及時執行操作指令，特別是在雨雪天氣和夜間，操作人員在控制室通過監控屏幕及操作搖柄，控制運用巡檢監控系統進行巡視檢查工作，既能保障人員安全又能確保工程巡查工作順利完成。這套系統可廣泛運用于大中型水閘日常巡視檢查工作，投資少，維護方便，可明顯提升工程管理效率[4]。

圖3 巡檢監控系統

圖4 巡檢設備現場布置示意圖

4.1.3 卷揚式啟閉機防范閘門飛車系統

卷揚式啟閉機的制動通常采用抱閘制動方式，其制動器有電磁制動器、液壓制動器等。當閘門開啟后，若制動器抱閘機構受多種因素影響，造成制動失靈，閘門將在自身重力的作用下快速下墜，同時帶動啟閉電動機做反向加速運行，形成飛車現象，嚴重時會造成閘門啟閉機損壞。

萬福閘在固定卷揚式啟閉機的三相異步電機輸出軸側安裝了一套智能測速裝置(該裝置主要由智能轉速表、霍爾傳感器、超速繼電器、中間繼電器、永久磁鋼等元器件組成)，并設置了電動機轉速測量裝置的限速值，一旦飛車狀態形成，速度傳感器便會發出警報，接觸器動作，電動機定子繞組接入反相序電源，接通閘門下降控制回路，引導電動機進入反向回饋制動工況(見圖5～圖6)，將啟閉機閘門飛車狀態轉化為閘門平穩、勻速下降狀態，從而達到自動有效應急處置的目的。該系統適合于直升式平板閘門、弧形閘門及雙扉式閘門等形式的卷揚式啟閉機的安全運行監測和自動應急處置保障[5]。

圖5 智能化電機轉速測量系統工作示意圖

圖6 異步電機回饋制動的機械特性

4.2 維修養護更加便捷

4.2.1 旋蓋式油杯自壓可調裝置

保障水閘主設備啟閉機正常運轉的關鍵環節之一是確保機械設備轉動部位的潤滑，而水閘常用的旋轉油杯方式潤滑要依靠工人的經驗執行，存在不確定性。

萬福閘自研“旋蓋式油杯自壓可調裝置”來實現設備潤滑的自動補償。即在油杯內部牙紋設計加裝不銹鋼封板、O形橡膠密封圈、碳鋼彈簧及螺紋絲桿等裝置，并對彈簧進行受力分析、精確計算，選擇最優外徑、線徑和自由長度的彈簧以及相應尺寸和材質的油杯、封板、密封圈、螺紋絲桿等部件。通過設定彈簧壓力值實現自壓給油補償(見圖7)。旋蓋式油杯自壓可調裝置的成功研制經過了多次試驗論證和萬福閘工程的汛期試運行，實現了壓油方式由原來的人工旋轉杯蓋壓油向彈簧自壓可調節給油(根據需要調節加油量)轉變，有效解決了普通旋蓋式油杯易出現的加油不暢、費時、費力等問題。同時，該裝置具有彈簧壓縮釋放自如順暢、密封可靠無滲油、設定調試后無須人工操作的特點，適用于各型卷揚式啟閉機械[6]。

圖7 旋蓋式油杯自壓可調裝置剖面示意簡圖

4.2.2 新型壓力加油法

水利工程機械設備加油困難的原因主要為：?工作環境惡劣，露天條件、近水場所造成設備易銹蝕，泥沙易混入油槽造成堵塞，而普通油杯無法將潤滑油有效注入間隙部位；?工作位置差，較厚軸承的潤滑依靠普通油杯的壓力不能實現可靠滲透，往往造成軸承處于干摩擦或邊界摩擦狀態，達不到轉動部位充分潤滑的狀態，也不便于加油。

萬福閘研制出新型壓力加油法，主要由GZ-2型腳踏注油器、高壓輸油管、自鎖式氣動快速節頭及新型油嘴等裝置[7]組成(見圖8～圖9)。采用新型壓力加油法加油效果明顯，可廣泛適用于閘門啟閉機械，尤其對弧形門支鉸、人字門頂樞、直升門主滾輪、定滑輪、動滑輪效果明顯。首先，新型壓力法加油過程中油脂不外溢，潤滑油通過油泵加壓輸油管被全部注入設備潤滑部位，油泵的充足壓力能夠可靠疏通油槽堵塞部分，從而保證設備轉動部位潤滑充分。其次，新型壓力法輸送距離長，可根據需要延長輸油管，解決工作位置空間不利、不便加油的問題。最后，新型加油法快捷方便，加油時只需將輸油管和油嘴通過氣動自鎖式快速節頭連接，輕松踩動注油器腳踏，即可完成加油。節頭拆卸后，油管上的自鎖節頭將油管內剩余壓力自動鎖死，避免了油脂外溢，造成不必要的污染[8]。

圖9 新型壓力加油法在閘門鎖定裝置潤滑保養中應用

4.3 設備設計制造更加利于運行操作

萬福閘65套閘門為上下扉門結構，改造前一孔閘門由兩臺啟閉機分別帶動上下扉門，控制復雜，結構占地空間大，投資大。

改造時，考慮到便于日后管理及運行操作，兼顧投資成本，江蘇省江都水利工程管理處與廠家聯合研發了“新型同軸主副卷筒固定卷揚式啟閉機”，并獲2013年江蘇省水利優秀科技成果二等獎(見圖10～圖11)，2015年獲國家發明專利。這種特型啟閉機通過在常規QP系列啟閉機基礎上進行技術創新改造，將主副兩套卷揚裝置通過離合機構集成到一套驅動裝置上，來實現下扉門單獨啟閉和上下扉門的聯動啟閉，不僅結構緊湊、節省投資、管理方便，而且運行操作方便、安全、可靠[9]，能夠滿足萬福閘及類似水閘工程閘門啟閉的要求，作為專利新型產品應用于江蘇省大型水閘“太浦河閘”，效果良好。

圖10 萬福閘新型同軸主副卷筒固定卷揚式啟閉機

圖11 新型啟閉機研制項目獲省水利科技優秀成果二等獎

4.4 應急搶險更有保障

水利工程特別是水閘經長期運用后，往往會出現閘底板沖刷損壞等現象，嚴重時會危及整座水閘的安全運行，傳統維修方式須攔河打壩，投資大，工期長，費時費力，對于一些不允許長期斷航條件的交通船閘，只能帶病運用。

萬福閘自研成功“自浮式氣壓沉柜”解決了這一重大應急搶修問題。該裝置由沉柜主體部分和供氣系統組成。沉柜主體部分由盾首、通道、盾底、浮箱及壓重塊等主要部件組成。供氣系統由1臺氣產量3m3/min 的空壓機、2只5m3/s儲氣罐、2只空氣濾清器及相關控制閘閥組成(見圖12)。

圖12 沉柜示意圖

自浮式氣壓沉柜主體部分在翼墻上完成組裝后，由吊車吊入靠近閘室水域，施工人員連接好位于防汛工作船中的供氣系統。利用空氣壓縮機連續提供的壓縮空氣將浮箱、通道及盾底內的水體排出，形成足夠大的浮力，用以克服沉柜主體自身重量(約27.6t)，在水中實現自浮。岸上施工人員利用纜繩將沉柜移至需檢修的位置，打開浮箱和盾首上的放氣閥，放氣下沉至指定位置[4]。當沉柜下沉至檢修位置后，關閉所有放氣閥及盾首艙門，向通道、盾底內充氣，利用壓縮空氣，完全排開內部水體，實現人造無水施工環境。檢修人員從通道進入盾底，實施水下修補(見圖13)。自浮式氣壓沉柜創造了無水作業環境下進行水閘水下修補的先例，具有操作方便、直觀可靠、施工質量易于控制、工期短的優點，該施工體系的成功運用不僅保證了萬福閘加固護底工程及其他水下土建項目的順利實施，也為類似水閘水下修補工程的設計和施工積累了寶貴的經驗[10]。

圖13 沉柜作業中

5 結 論

近年來，隨著智慧水利發展的新要求，萬福閘圍繞“統一技術架構、強化資源整合、促進信息共享、保障良性運行”目標，在管理模式和技術改造上下功夫，引入新理念、新技術、新設備、新應用，通過精細化管理模式與設施設備優化升級，有力地推動了工程管理現代化建設。

未來的發展趨勢是利用物聯網、云計算、地理信息系統、大數據分析、工程遠程控制等技術，在整合現有水利信息化成果的基礎上，完善工程監控系統、集中控制系統、工情信息系統、工程管理系統、工程調度系統、河湖管理系統、水文信息系統、檔案管理系統、電子政務系統等，提高系統信息共享、聯合分析、科學決策、智慧調度的能力，建立較為完善的水利信息化綜合體系，為智慧型工程管理奠定基礎。