上海水利泵閘智慧運維管理模式的探索與思考

◎方正杰 上海迅翔水利工程有限公司

《中共中央、國務院關于加快水利改革發展的決定》中提到，加快水利發展，切實增強水利支撐保障能力，實現水資源可持續利用，是促進我國經濟長期平穩較快發展和社會和諧穩定的關鍵因素之一。近年來，隨著氣候變化，在極端天氣影響下，城市內澇、流域洪水等水患頻發，水利工程設施在防汛排澇中發揮的作用愈加突出。上海市經過多年建設，在統一規劃、洪澇分開、高低分治、河道疏浚的基礎上，形成了14個水利片區格局，并在沿江沿海一線主要干支河口、圩區和省界邊界河道建設了二千余座泵閘等水利工程設施，這些設施在全市的防洪、擋潮、排澇、航運、改善水環境和保護水資源等方面發揮了重要作用，截至2021年底，上海地區共有水利泵閘工程902座（市管24座，區管349座，根據《2021上海市水利工程設施（泵閘）報告》）。為了確保泵閘工程有效發揮作用，標準化、信息化管理是行業內持續研究的課題，隨著數字化轉型，“智慧化”管理也是新的發展需求。

1.研究背景

2019年，水利部在《加快推進智慧水利的指導意見》《智慧水利總體方案》中要求提升水利信息化水平，支撐與驅動國家水治理的現代化。2020年，上海市水務局在《上海市水務海洋精細化管理工作三年行動計劃（2021-2023年）》提出“拓展智能應用領域”“建立重點泵閘智能化管理應用場景”等要求，為本市水利工程運維管理的數字化轉型指明方向。

泵閘工程具有點多分散、設施設備專業多、數量大等特點，其日常運維管理中存在著運行調度指令執行反饋、運行情況監控、運維數據匯集高度依賴人工、運維作業標準難以統一、設備管理無歷史數據庫等困難，傳統運維模式已經難以滿足新時期智慧水利發展提出的精細化、信息化、智能化管理要求[1]。

2.本市水利泵站、水閘數字化管理現狀

長期以來，本市水利設施均由政府職能部門負責管理，2015年《關于深化水利改革的指導意見》指出，承擔水利公共服務的公益性水利工程要適當引入市場競爭機制，通過多種方式交由市場和社會組織承擔。此后，上海市公益性水利工程的管理體制逐漸轉向社會力量管理和運行維護模式，經過多年水利工程管理體制改革，已基本實現了管養分離和運行、維修養護業務的市場化，由管理單位承擔工程運維的主體責任，運維企業按照行業規范與合同要求，負責工程運行、養護、維修、檢查觀測、防汛防臺等具體工作的實施[2]。

隨著新技術與傳統水利的深度融合，本市圍繞水利工程精細化、信息化、智慧化運維管理開展的探索和實踐越來越多，一方面，管理單位出于行業監管以及業務管理需要，建立了網格化管理系統，從宏觀層面對本市水利工程進行數字化管控；另一方面，運維企業也逐步開展運維管理模式的創新，探索以數字化手段支撐管理決策和一線操作的實施路徑，加速形成企業核心競爭力。

2.1 管理單位數字化應用現狀

近年來，本市水利工程的行業管理單位依托“一網統管”平臺，加強水務設施感知端的建設，提升動態監管能力，不斷升級水閘泵站自動監測系統，建設了泵閘管理監管平臺，基本建成覆蓋全市的水利設施運行感知網絡，實現了對市管、區管泵閘設施、堤防、河道的監管。尤其是管泵閘以及部分區管、鎮管泵閘，近年來加快了數字化轉型進程，從更新智能化監控、控制設備、布設網絡通信線路、迭代數字化平臺、投放可視化大屏等，實現軟硬件及IT基礎設施的完善和更新。

目前以政府、行業管理單位為代表建成的管理平臺，多側重于工程監管的宏觀把控，以成果信息和管理信息統計為主，缺乏全過程數據分析和整合，部分區縣受水利設施基礎條件、財政資金等限制，在智能設備、儀器儀表更新、智能模塊開發上存在困難。

2.2 運維單位數字化應用現狀

本市的運維企業目前主要采用人工巡查、記錄等方式對水利設施設備進行運行管理，由運維企業建立的獨立業務系統較少，少數依托現有的OA系統，進行業務在線管理，但受到數據流通的制約，尚不能發揮太大作用，總體信息化、數字化、智慧化程度較低，無法匹配政府、行業管理單位的要求，在實現行業引領、并帶動產業鏈上下聯動等方面，存在較大難度。

這種傳統、低效的運行管理模式對運行維護人員技能水平要求高、日常運行維護工作量大、對設備運行維護保養缺乏系統性，已然不適應新時代發展要求，急需通過提升設備狀態泛在感知、強化水利信息匯聚互聯、建設泵閘智慧運維應用場景等數字化手段，實現集成、決策、監管、分析功能，構建運行、巡檢、維修及設施設備為一體的泵閘智能化管理新模式。

3.泵閘智慧運維管理模式研究

3.1 研究目標

構建適應上海超大城市特點和管理需要的泵閘運維管理模式，依托互聯網、大數據、智能算法等技術，打造泵閘智慧運維管理平臺，通過場景建設，為運行決策、設備故障管理、工程巡檢、養護維修等提供數據及手段支撐，提高工程運行可靠性，保障防汛安全，提高泵閘運維精細化、現代化管理水平，提升與行業主管部門的信息互通效率。

3.2 研究內容

泵閘智慧運維管理模式，主要包括構建泵閘運維數字基礎和打造智慧運維場景：

3.2.1 系統總體架構

系統總體架構包括采集傳輸、網絡傳輸、數據資源、應用支撐、業務應用、應用交互以及用戶訪問七個層面，并以信息安全體系、標準規范體系為保障，為管理單位、運維單位等提供服務，其架構如圖1所示。

圖1 平臺系統框架圖

3.2.2 泵閘運維數字基礎

基于信息融合共享、工作模式創新、業務流程優化、應用高效智能等思路，構建“一庫、一圖、一平臺”的運維管理及服務數字基礎。

①水利數據倉庫。以標準化體系為基礎，基于設施部件的劃分、管理事項的梳理以及管控流程的優化，實現泵閘基礎數據、工況數據、管理數據電子化入庫，為業務應用提供基礎支撐。

②綜合監管一張圖。現有數據共享機制，整合泵閘基礎數據、業務管理數據、動態監測數據、水雨情測報數據、地理空間數據等，綜合運用地圖、大數據看板、圖表等，形成跨層級、跨業務的數據底板，實現泵閘運維管理多維度、全要素的數字化映射。

③業務功能。基于業務管理需求，泵閘智慧運維平臺構建運行管理、維養管理、防汛管理、調度管理、檢查觀測、安全管理、基礎信息、倉庫管理、統計評價等共計9大功能模塊，根據“發現——上報―派單——處置——辦結”管理主線，以現有標準化體系為基礎，對巡查、養護和維修等業務流程優化再造，實現“業務全覆蓋、管理全閉環和過程全記錄”的智能化管理體系。

3.3.3 智慧運維場景

①智慧輔助運行，充分利用水雨情、工情、旱情信息以及氣象、海洋水文、片區水位等監測數據，強化歷史汛情數據分析回溯，形成水位趨勢智能研判算法，實現漲落潮的趨勢預判，對泵（船）閘工程中的設備啟閉進行防汛調度、水資源調度及專項調度等多模式下的操作預報和工作提示，同時落實調度執行反饋機制，強化對調度指令的在線執行過程、執行效果管控。

②設施設備智能管理，建設故障庫，涵蓋設備目錄、常見故障、排故方法、預警方案等數字管理內容；構建仿真模型，依托運維平臺，結合遠程集控系統，從時間、空間、業務等多維度進行綜合信息展示；在關聯基礎數據、監測數據、管理數據基礎上，調用相關模型，對設施設備運行進行全方位的故障定位、診斷分析、智能預警，評估工程運行的安全性、可靠性、穩定性，實現工程全壽命周期管理[3]。

③智慧巡檢，通過移動端采集泵（船）閘巡查信息，結合地圖、列表、看板等，實時掌握設備運行、巡查任務以及巡查人員值班等情況，實現在線上報、派發、處置和評價的全流程閉環跟蹤管理；動態接收防汛預警發布，主動響應任務部署，協調開展應急處置。

4.實施成效

目前泵閘智慧運維管理模式架構已基本形成，在本市18個市管泵閘現場實現了運維管理平臺的上線啟用，通過一段時間的測試和使用，積累了寶貴經驗，為后續平臺系統的迭代優化、形成可復制成果、在行業內進行推廣和應用奠定良好基礎。

（1）隨著泵閘智慧運維平臺上線，共開通管理賬戶200個，實現業務工作數字化上線率80%，逐步實現管理臺賬無紙化，減少60%紙質臺賬。實現人力物力合理分配，數據統計速率提高75%，加快應急響應速度，保障防汛安全，提高標準化、精細化管理水平。

（2）泵閘運維標準化管理體系的逐步進行完善，實現了操作層級的規范化質量管理，設施運行更加安全高效，提升服務質量，降低企業成本，增強企業核心競爭力。

（3）提供能滿足上海超大城市特點的泵閘運維作業級平臺，為行業數字化轉型提供借鑒思路。

5.泵閘智慧運維工作的展望

5.1 政策驅動，高階推動泵閘運維管理數字化轉型

國家及地方政府出臺了一系列關于智慧水利發展的重要政策，引領行業的快速發展，在打造技術環境與發展方向的同時，對水利行業的精細化、信息化、智能化升級提出更高要求，由于目前信息標準尚未統一、數據交互存在壁壘、平臺重復性建設等問題，還需要更高層面政策推進頂層規劃，提升數字化建設積極性、加強政企數據共享、基礎設施共享，提升集約化建設水平。

5.2 聚焦“智慧”，持續推進運維系統迭代優化

結合行業數字孿生建設，逐步打造數字孿生泵閘，推進智慧場景開發，一是數據方面，持續完善水利設施管理數據底板，加強泛在感知與數據采集；二是算法方面，經歷典型案例數據積累和實時運行數據結論反饋，不斷迭代優化，輔助管理決策和一線操作；三是強化預警預報，根據數據分析與算法反饋，對管理事項進行研判，提升趨勢精準預測和示警能力，賦能管理決策。

5.3 科技引領，不斷探索技術與業務融合創新

探索技術創新，強化數據服務。以平臺為載體、場景為驅動、技術為支撐，探索智慧防汛、運行調度、預測維養與云計算、大數據、物聯網、人工智能等新一代信息技術的融合創新，加強前瞻預演、聯合調度、風險防范，支撐“四預”功能、智能應用運行，為行業智慧發展提供技術支撐、數據服務，提升水利決策與管理的科學化、精準化、高效化能力和水平。

6.結語

本文從泵閘運維業務管理的核心需求出發，提出泵閘智能化管理新模式，分析了構成運維體系關鍵組成部分，即“一庫、一圖、一平臺”，并對這三個關鍵組成部分、功能組成以及數字場景建設進行了詳細的闡述，體現了智慧水利在本市管泵閘運維管理中的應用和深化，為科技賦能水利工程管理提供借鑒和經驗。