柳州市：建設(shè)城市排水防澇信息化新平臺

文|李永強(qiáng) 劉寧 陳艷云 曹兵 張濰

近年來，全球氣候變化，極端天氣頻發(fā)，對社會發(fā)展、城市運行和群眾生活工作造成了嚴(yán)重影響。當(dāng)前內(nèi)澇治理存在城市排水防澇非工程性措施的投入相對不足，運行管理不善、應(yīng)急搶險處置不及時、信息化建設(shè)滯后、物聯(lián)感知體系存在短板等問題。因此，如何發(fā)揮非工程性措施在內(nèi)澇治理工作中的作用成為了各個城市面臨的重要問題。國務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)城市內(nèi)澇治理的實施意見》（國辦發(fā)〔2021〕11 號）中指出“各地要加強(qiáng)智慧平臺建設(shè)，整合各部門防洪排澇管理相關(guān)信息，在排水設(shè)施關(guān)鍵節(jié)點、易澇積水點布設(shè)必要的智能化感知終端設(shè)備，滿足運行調(diào)度、災(zāi)情預(yù)判、預(yù)警預(yù)報、防汛調(diào)度、應(yīng)急搶險等功能需要”。

信息化建設(shè)內(nèi)容

柳州市啟動柳州市排水防澇信息化平臺建設(shè)。主要建設(shè)內(nèi)容分為軟件平臺與在線監(jiān)測體系兩大部分內(nèi)容。

1 在線監(jiān)測體系建設(shè)內(nèi)容

圖1 排水防澇信息化平臺總體架構(gòu)圖

構(gòu)建在線監(jiān)測體系的目的是及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)澇點風(fēng)險，做好預(yù)警預(yù)報，讓搶險隊伍能快速響應(yīng)及時解除險情。該信息化平臺在線監(jiān)測體系共安裝21 套電子水尺、27 套排水管線監(jiān)測設(shè)備（超聲波液位計、壓力液位計）、4 套流量計、13 處下穿通道泵房實現(xiàn)無人值守管理的升級改造。

電子水尺布點原則。電子水尺是用來監(jiān)測路面的積水情況，應(yīng)布設(shè)在內(nèi)澇風(fēng)險高的位置。21 套電子水尺的布設(shè)是根據(jù)2019年7月7日特大暴雨中產(chǎn)生的41 處內(nèi)澇點，去掉20 處因樹葉垃圾堵塞雨水口導(dǎo)致路面積水的點位，選取剩余21 處點位作為設(shè)備布設(shè)點。

液位計布點原則。液位監(jiān)測點應(yīng)布設(shè)在泵站、主干管檢查井等關(guān)鍵節(jié)點上。設(shè)備選型應(yīng)滿足淺流、非滿流、滿流、管道壓力過載、低流速、逆流等各種工況的要求。設(shè)備應(yīng)具備間隔采樣的功能和遠(yuǎn)程調(diào)整采樣間隔的功能。本項目中的27 套液位計，選擇的是排水主干網(wǎng)關(guān)鍵位置進(jìn)行安裝。

流量計布點原則。流量監(jiān)測點應(yīng)布設(shè)在調(diào)蓄設(shè)施上下游節(jié)點、泵站上下游節(jié)點、水閘閘門前后、主干管檢查井、重要路段的管線檢查井、溢流口、典型區(qū)域排口等的關(guān)鍵點上。本項目4 套流量計均部署在柳石干渠、榮軍干渠的主要截點上，輔助內(nèi)澇風(fēng)險預(yù)測模型的邊界率定。

下穿通道泵房無人值守改造。通過泵房無人值守的改造實現(xiàn)管理人員遠(yuǎn)程監(jiān)測泵房內(nèi)抽排設(shè)施的實時工況，接收現(xiàn)場設(shè)備報警信息，遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場設(shè)備的運轉(zhuǎn)。其主要設(shè)備有視頻監(jiān)控設(shè)備、積水池液位計、智能控制箱（含PLC）、水泵啟動柜、水泵健康監(jiān)測器等。本項目對13 處下穿通道泵房無人值守進(jìn)行了改造。

2 軟件平臺建設(shè)內(nèi)容

軟件平臺建設(shè)包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建庫、綜合一張圖、基礎(chǔ)設(shè)施管理子系統(tǒng)、監(jiān)測預(yù)警子系統(tǒng)（包括泵房無人值守管理、排水模型及模擬分析）、應(yīng)急調(diào)度子系統(tǒng)、運維監(jiān)管子系統(tǒng)、移動微信應(yīng)用、應(yīng)用支撐管理子系統(tǒng)九大部分。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范編制。編制《柳州市市政排水防澇基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》，為排水設(shè)施管理標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、科學(xué)化打下基礎(chǔ)。同時，為橫向縱向各單位部門數(shù)據(jù)共享提供標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)。柳州市排水防澇基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)建庫，依據(jù)編制的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計并建立排水設(shè)施綜合數(shù)據(jù)庫。依托城市排水基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)現(xiàn)狀，對數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫。全面提升市政排水防澇設(shè)施的數(shù)據(jù)精細(xì)度，為精細(xì)化管理打下基礎(chǔ)。

綜合一張圖開發(fā)。在地圖上集中展示視頻、管網(wǎng)、水位監(jiān)測信息以及水雨情氣象、泵房等監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將預(yù)警信息與指揮調(diào)度有機(jī)結(jié)合，為指揮調(diào)度者提供統(tǒng)一的綜合監(jiān)測預(yù)警調(diào)度指揮平臺。同時，設(shè)計大屏展示內(nèi)容，實現(xiàn)對調(diào)度指揮統(tǒng)一、集中管理。

基礎(chǔ)設(shè)施管理子系統(tǒng)建設(shè)。實現(xiàn)基于GIS 平臺的排水基礎(chǔ)設(shè)施管理子系統(tǒng)開發(fā)，系統(tǒng)提供對排水設(shè)施以及監(jiān)測點設(shè)備的管理、查詢、統(tǒng)計、分析和展示等功能。

監(jiān)測預(yù)警子系統(tǒng)建設(shè)。通過物聯(lián)設(shè)備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，出現(xiàn)監(jiān)測異常時及時報警，使管理人員及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點的溢流、堵塞等風(fēng)險，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，掌握排水管網(wǎng)的運行規(guī)律，為管理者提供決策數(shù)據(jù)，實現(xiàn)整個排水系統(tǒng)的優(yōu)化管理。排水防澇模型分析是依據(jù)排水管網(wǎng)、地形地貌等靜態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合雨量、水位、流速等動態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史降雨情況，可根據(jù)不同重現(xiàn)期的降雨過程線，分析出管井、管道超載情況，積水程度。泵房無人值守管理，實現(xiàn)對柳州市市政設(shè)施維護(hù)管理處13 處泵房的遠(yuǎn)程監(jiān)控、無人自動化管理。

應(yīng)急調(diào)度子系統(tǒng)建設(shè)。通過排水防澇在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)提供的天氣預(yù)報、水情、雨情以及監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)，結(jié)合排水模型及模擬分析，實現(xiàn)應(yīng)急隊伍、設(shè)備資源、預(yù)案的管理，實現(xiàn)雨情發(fā)布、電子預(yù)案、布防、水位預(yù)警、調(diào)閱現(xiàn)場視頻、群發(fā)短信調(diào)度、現(xiàn)場搶險、一雨一報告的業(yè)務(wù)流程等相關(guān)功能。

運維監(jiān)管子系統(tǒng)建設(shè)。對城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)巡查、管理、維護(hù)所關(guān)心的工作調(diào)度安排、工作內(nèi)容進(jìn)行記錄、統(tǒng)計、分析，以評估不同情景下排水管網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)、潛在隱患和養(yǎng)護(hù)需求，為日常巡查養(yǎng)護(hù)工作提供科學(xué)化的統(tǒng)計分析工具，實現(xiàn)巡查養(yǎng)護(hù)工作的信息化管理。

移動微信應(yīng)用建設(shè)。在微信企業(yè)號平臺上實現(xiàn)在線監(jiān)測應(yīng)急調(diào)度以及排水設(shè)施巡查養(yǎng)護(hù)等功能，為日常管線巡檢養(yǎng)護(hù)工作提供有力技術(shù)支持；為領(lǐng)導(dǎo)提供實時掌握排水防澇設(shè)施、值班搶修人員、物資儲備情況的渠道，輔助領(lǐng)導(dǎo)決策層做決策分析。

門戶管理子系統(tǒng)建設(shè)。實現(xiàn)統(tǒng)一門戶登錄集成，同時建設(shè)運維監(jiān)管子系統(tǒng)將所有與運營維護(hù)相關(guān)內(nèi)容統(tǒng)一管理，對平臺服務(wù)、運行、安全等環(huán)節(jié)實時監(jiān)控，實現(xiàn)系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的關(guān)鍵信息留痕記錄及突發(fā)事件的響應(yīng)和報警。

圖2 監(jiān)測設(shè)備綜合展示

圖3 管網(wǎng)液位與降雨量的關(guān)系對比

圖4 問題詳細(xì)表單

應(yīng)用成果展示

1 實時感知、數(shù)據(jù)匯聚

實現(xiàn)了汛期汛情、雨情、管網(wǎng)水情、泵站工情的實時感知與監(jiān)測信息的自動匯聚。實現(xiàn)了人員值班、防汛物資、設(shè)施隱患、巡查養(yǎng)護(hù)、應(yīng)急調(diào)度等數(shù)據(jù)的匯集、管理及大數(shù)據(jù)分析。全面提升了排水防澇基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控、汛情動態(tài)監(jiān)測和安全防范能力。

2 城市排水防澇設(shè)施設(shè)備管理精細(xì)化

實現(xiàn)了防澇設(shè)施的精細(xì)化管理，依托路段劃分不同的排水單元，將排水單元管理、運維、養(yǎng)護(hù)的責(zé)任落實到個人。結(jié)合移動巡查養(yǎng)護(hù)功能，形成了一套閉環(huán)的處理流程，極大的提升了管理、運維、養(yǎng)護(hù)的工作效率。

3 應(yīng)急指揮事務(wù)流程化規(guī)范化

通過事前預(yù)警、事中調(diào)度、事后分析三段式管理模式，實現(xiàn)城市排水防澇調(diào)度的分級管理、屬地管理、主動管理，實現(xiàn)高效的應(yīng)急調(diào)度指揮，提高了應(yīng)急搶險處置能力。

4 預(yù)警分析智能化

依托氣象信息、水雨情信息、地理信息、設(shè)施數(shù)據(jù)、歷史經(jīng)驗等，構(gòu)建大數(shù)據(jù)和水動力分析模型，對城市的內(nèi)澇風(fēng)險進(jìn)行模擬，提供可視化的預(yù)警、預(yù)報和預(yù)演功能，為城市管理者進(jìn)行雨前清疏養(yǎng)護(hù)、預(yù)騰空、布防搶險、指揮調(diào)度、分析總結(jié)等提供依據(jù)，有效降低城市內(nèi)澇風(fēng)險發(fā)生的概率，盡量減少災(zāi)害帶來的財產(chǎn)損失。

5 泵房無人值守

實現(xiàn)了泵房機(jī)組設(shè)備遠(yuǎn)程控制、生產(chǎn)環(huán)境實時監(jiān)控、運行狀態(tài)在線感知。泵房管理模式由有人模式轉(zhuǎn)為無人模式，由值班制改為巡檢制，創(chuàng)新管理模式，優(yōu)化人力資源配置，提高泵房管理效能。

6 檢測成果可視化

加強(qiáng)了對排水設(shè)施管網(wǎng)檢測成果的管理，實現(xiàn)了排水管網(wǎng)檢測成果的可視化，為領(lǐng)導(dǎo)的決策分析提供了依據(jù)。系統(tǒng)中將檢測成果轉(zhuǎn)化成日常運維、養(yǎng)護(hù)計劃的工單進(jìn)行處理，為排水管道的清淤、養(yǎng)護(hù)、維修等提供了依據(jù)。

應(yīng)用成效及建議

截止到2022年4月30日,系統(tǒng)已接入監(jiān)測數(shù)據(jù)約450 萬條。系統(tǒng)自前期試點應(yīng)用開始，在2020年十二次大暴雨及2021年的暴雨中，排水系統(tǒng)的各監(jiān)測點運行情況良好，可及時提示水情預(yù)警，做到雨停水消，保障市民出行安全，為管理單位的排水防澇工作中起到關(guān)鍵性作用，達(dá)到了項目建設(shè)預(yù)期目標(biāo)。獲得了2021年廣西壯族自治區(qū)大數(shù)據(jù)發(fā)展局關(guān)于第三批數(shù)字廣西建設(shè)標(biāo)桿引領(lǐng)重點示范項目。在平臺運行使用過程中發(fā)現(xiàn)信息化平臺建設(shè)的后續(xù)改進(jìn)空間，如加強(qiáng)城市排水系統(tǒng)感知能力、針對單個內(nèi)澇點的成因調(diào)查和分析、提高城市內(nèi)澇精準(zhǔn)預(yù)報。

圖5 應(yīng)急指揮控制臺

圖6 模型預(yù)警分析

圖7 泵站無人值守管理

圖8 檢測成果