陸乙君,胡正松,馮 磊,顧軍杰,胡靜雅,屠慧林,岑恩杰,呂安安
(1.杭州定川信息技術(shù)有限公司,浙江 杭州 310020;2.平湖市城市防洪工程管理所,浙江 平湖 314200;3.平湖市水利局,浙江 平湖 314200)
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,城市化率隨之顯著提高。城市始建,大多是接近水域,防洪問(wèn)題相應(yīng)產(chǎn)生。城市人口密集,財(cái)富集中,是國(guó)家或一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)文化或政治中心。世界上的著名城市多臨江、河、湖、海,因而常受到洪水威脅,甚至遭受洪水災(zāi)害,城市歷來(lái)是防洪的重要對(duì)象。
城市防洪是指為抵御和減輕洪水對(duì)城市造成災(zāi)害性損失而采取的各種預(yù)防和治理措施。防洪的特點(diǎn):防護(hù)范圍較小,防洪標(biāo)準(zhǔn)高,與航運(yùn)、城建及其他經(jīng)濟(jì)部門(mén)關(guān)系密切,防洪安全保障需求多樣化[1]。目前,世界各國(guó)城市的防洪措施大同小異,一般依據(jù)城市的特點(diǎn)采用堤防、水庫(kù)和分洪工程對(duì)洪水進(jìn)行攔蓄、排泄、分滯等工程措施[2]。但20世紀(jì)60年代以來(lái),國(guó)內(nèi)外在防洪理論和策略上有新的發(fā)展,認(rèn)為城市防洪安全靠工程措施不僅是非人力所能及,也不一定經(jīng)濟(jì)合理,采用工程措施和非工程措施相結(jié)合成為主流趨勢(shì)。因此,近20多年,國(guó)內(nèi)外特別強(qiáng)調(diào)對(duì)洪水的管控,要求做好洪水立法、洪水保險(xiǎn)、宣傳教育及搞好水土保持等非工程措施,尤其重要的是利用信息化技術(shù)加強(qiáng)洪水預(yù)報(bào)、建立統(tǒng)一的現(xiàn)代化調(diào)度中心和報(bào)警系統(tǒng)[3]
以浙江省為例,已經(jīng)不再以基礎(chǔ)設(shè)施不足作為防洪排澇矛盾點(diǎn),而是特別要解決洪水威脅嚴(yán)重的主要城市和新興城市的防洪排澇效率問(wèn)題。以某市為例,市政府于2010年專(zhuān)門(mén)針對(duì)城市防洪工程構(gòu)建城市防洪自動(dòng)化控制系統(tǒng),其以較高的效率和專(zhuān)業(yè)肩負(fù)著整個(gè)城市防洪的重?fù)?dān)。自建成后,歷經(jīng)“桑美”“菲特”等超級(jí)臺(tái)風(fēng)的艱巨考驗(yàn),在臺(tái)風(fēng)暴雨來(lái)臨時(shí)長(zhǎng)淹區(qū)基本消失,保障民生及社會(huì)安全穩(wěn)定。
2016年,浙江省人民政府辦公廳發(fā)布浙政辦發(fā)〔2016〕4號(hào)文件《全面推進(jìn)浙江省水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理》。以此契機(jī),總結(jié)現(xiàn)行城市防洪工程運(yùn)行及管理經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行城市防洪工程仍然存在管理責(zé)任不明確,運(yùn)行系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系不夠完善,防護(hù)措施尚未完全到位,流程操作(特別是遠(yuǎn)程操作)尚不完全規(guī)范,其嚴(yán)重威脅城市防洪工程運(yùn)行效率、安全調(diào)度及工程本身,其極有可能成為城市防洪排澇的制約因素。在新信息化技術(shù)大力發(fā)展的背景下,并借助水利工程的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè),以某市城市防洪工程為例,梳理存在問(wèn)題及實(shí)施思路,從信息化角度,并結(jié)合水利標(biāo)準(zhǔn)化,提升原城市防洪工程自動(dòng)控制系統(tǒng),構(gòu)建城市防洪工程閘泵站標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理體系。為今后類(lèi)似工程管理標(biāo)準(zhǔn)化的建設(shè)提供一定的思路及參考價(jià)值。
某市城市防洪工程兼具防洪抗旱、水質(zhì)調(diào)節(jié)、船只通航等多種功能,包圍圈面積13.6 km2,堤線總長(zhǎng)16.90 km,其中14.98 km以路為堤,1.92 km為新建防洪堤,沿堤各河口建節(jié)制閘17座,泵站7座(與閘結(jié)合),防洪控制中心1座。防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇,排澇標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇,24 h降雨24 h排出且內(nèi)河水位不超過(guò)2.20 m(1985國(guó)家高程基準(zhǔn),下同),排澇流量68 m3/s。
浙江省人民政府辦公廳《關(guān)于全面推進(jìn)水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理的意見(jiàn)》、浙江省水利廳《浙江省泵站運(yùn)行管理規(guī)程(試行)》[4]《浙江省大中型水閘運(yùn)行管理規(guī)程(試行)》[5]中對(duì)城市防洪工程的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理提出了明確要求,具體要求如下:
(1)依托和整合現(xiàn)有水利信息資源,建立水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理運(yùn)行管理平臺(tái)[7];
(2)管理單位應(yīng)根據(jù)管理實(shí)際需要,宜采用視頻監(jiān)控、監(jiān)測(cè)自動(dòng)化、閘門(mén)控制自動(dòng)化和運(yùn)行管理信息化等技術(shù);
(3)不得利用監(jiān)控計(jì)算機(jī)做與監(jiān)控?zé)o關(guān)的事情;無(wú)安全措施時(shí),不得接入外網(wǎng);
(4)水閘工程應(yīng)逐步實(shí)行信息化管理,自動(dòng)化監(jiān)控一般由閘門(mén)控制、水位監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控和語(yǔ)音查詢等4大系統(tǒng)組成;有條件時(shí),應(yīng)對(duì)水閘實(shí)行集中監(jiān)控和聯(lián)合調(diào)度;
(5)水管單位應(yīng)執(zhí)行閘門(mén)操作值班記錄制度,啟閉前后工作人員應(yīng)巡查相關(guān)設(shè)備,記錄工況和相關(guān)情況,并對(duì)上級(jí)主管部門(mén)的指令,詳細(xì)記錄和復(fù)核,操作人員執(zhí)行完畢后應(yīng)主動(dòng)向上級(jí)主管部門(mén)報(bào)告。
因此,迫切需充分利用現(xiàn)有信息化手段,結(jié)合某市城市防洪存在問(wèn)題,運(yùn)用當(dāng)代先進(jìn)的水利和信息化技術(shù),建設(shè)集信息存儲(chǔ)、分析和協(xié)助決策為一體,構(gòu)建符合調(diào)度管理和工程管理需要的,集標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理平臺(tái)、遠(yuǎn)程流程化操控系統(tǒng)、圖像監(jiān)控(包含安放、交通等)系統(tǒng)等各大應(yīng)用系統(tǒng),構(gòu)建城市防洪工程閘泵站標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理體系,提升整體城市防洪工程的調(diào)度能力及效率。
運(yùn)用當(dāng)代先進(jìn)的水利和信息化技術(shù),建設(shè)集信息存儲(chǔ)、分析和協(xié)助決策為一體,符合調(diào)度管理和工程管理需要的城防工程標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理系統(tǒng)。管理系統(tǒng)建成后,可全面、迅速、及時(shí)和準(zhǔn)確地掌握城防工程水閘閘站各類(lèi)實(shí)時(shí)工情運(yùn)行信息、水情信息、歷史操作運(yùn)行記錄、故障記錄、工況記錄等數(shù)據(jù),為城防工程精細(xì)化管理提供保障,為工程的運(yùn)行和調(diào)度提供有力的技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù)。
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1:
圖1 城防工程標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖
由圖1可見(jiàn),城防標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理由基礎(chǔ)系統(tǒng)、信息數(shù)據(jù)中心、支撐平臺(tái)和運(yùn)行管理平臺(tái)組成?;A(chǔ)系統(tǒng)主要包括城防已建和新建的系統(tǒng),為標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐,主要包括遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)、圖像監(jiān)視系統(tǒng)、交通指揮系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等。信息數(shù)據(jù)中心為收集處理城防工程各類(lèi)工情、水情以及運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)服務(wù)體系構(gòu)建,提供標(biāo)準(zhǔn)化和可調(diào)用性強(qiáng)的工程數(shù)據(jù)庫(kù)[6]。
為保證城防工程遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性及可靠性,系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu),整個(gè)系統(tǒng)分成遠(yuǎn)程調(diào)度層和現(xiàn)地控制層。
遠(yuǎn)程控制層由布置在調(diào)度中心控制室的監(jiān)控管理服務(wù)器、計(jì)算機(jī)人機(jī)接口設(shè)備、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備組成。遠(yuǎn)程控制由控制室監(jiān)控管理服務(wù)器完成,通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī),監(jiān)控管理服務(wù)器從現(xiàn)地控制層采集各設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),并根據(jù)設(shè)定的周期、定時(shí)或以事件觸發(fā)方式對(duì)實(shí)時(shí)采集和處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理,在控制室可以完成對(duì)閘泵站各設(shè)備的遠(yuǎn)程集中監(jiān)視和控制。通訊協(xié)議采用工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP。
現(xiàn)地控制LCU柜內(nèi)配置PLC模塊、觸摸屏、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等。作為監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制層,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),向遠(yuǎn)程控制層上行發(fā)送采集的各種數(shù)據(jù)和事件信息,接受遠(yuǎn)程控制層的下行命令對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,又能脫離遠(yuǎn)程控制層獨(dú)立工作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。
圖2 城防遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
水利工程標(biāo)準(zhǔn)化不僅對(duì)運(yùn)管平臺(tái)、組織管理等提出要求,而且對(duì)城防工程閘門(mén)泵站的運(yùn)行管理也進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)范,閘門(mén)、水泵的操作運(yùn)用流程必須按照操作規(guī)程的要求進(jìn)行。系統(tǒng)為管理人員運(yùn)行控制操作提供操作指導(dǎo),并且只有按照操作規(guī)程要求的流程步驟進(jìn)行的設(shè)備操作才能被執(zhí)行,以保障控制操作的標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)能對(duì)誤操作等提出警告,防止因?yàn)椴划?dāng)操作出現(xiàn)的設(shè)備以及人身安全事故。
當(dāng)水泵起、?;蜷l門(mén)升、降等指令下達(dá)后,系統(tǒng)能自動(dòng)顯示相應(yīng)的操作監(jiān)視畫(huà)面。畫(huà)面能以流程框圖的形式實(shí)時(shí)顯示所控設(shè)備的工況轉(zhuǎn)換過(guò)程中每一步驟及執(zhí)行情況,或提示在工況轉(zhuǎn)換過(guò)程中受阻的部位及原因。
通過(guò)合理設(shè)計(jì)和建設(shè),構(gòu)建安全、穩(wěn)定和高效的信息化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)城防工程標(biāo)準(zhǔn)流程化操作;通過(guò)補(bǔ)充完善自動(dòng)化設(shè)施設(shè)備,進(jìn)一步提高水情和工情的監(jiān)測(cè)能力,實(shí)現(xiàn)各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)匯總分析和預(yù)警提醒;建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理系統(tǒng),規(guī)范業(yè)務(wù)流程,提高管理工作效率。
城市防洪工程閘泵站站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)包括主控界面、電氣主接線、球閥控制、故障確認(rèn)、報(bào)警查詢、操作日志和操作幫助7項(xiàng)內(nèi)容。
主控界面為閘站總體運(yùn)行界面。共集中了4臺(tái)水泵、2扇閘門(mén)、4路照明、紅綠燈、禁止通航語(yǔ)音提示等設(shè)備的遠(yuǎn)程操作鏈接(見(jiàn)圖3)。
圖3 城防遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)界面圖
城市防洪工程閘泵站遠(yuǎn)程操作小組由組長(zhǎng)及1名閘門(mén)運(yùn)行工組成,承擔(dān)河道巡查、設(shè)備檢查、設(shè)備運(yùn)行和運(yùn)行記錄的工作。組長(zhǎng)負(fù)責(zé)開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備工作核實(shí)、開(kāi)機(jī)指令下達(dá)、開(kāi)機(jī)過(guò)程監(jiān)督、運(yùn)行過(guò)程監(jiān)督和運(yùn)行結(jié)果審核;閘門(mén)運(yùn)行工負(fù)責(zé)閘門(mén)啟閉和閘門(mén)鎖定裝置開(kāi)關(guān)。
本文著重介紹閘門(mén)關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)化操作,操作流程見(jiàn)圖4。
圖4 閘門(mén)關(guān)閉標(biāo)準(zhǔn)化操作流程圖
具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程:
(1)組長(zhǎng)下達(dá)運(yùn)行準(zhǔn)備指令之后,進(jìn)行運(yùn)行準(zhǔn)備工作:①閘門(mén)運(yùn)行工切換監(jiān)控查看內(nèi)外河河道情況,并上報(bào)巡查結(jié)果給組長(zhǎng),巡查內(nèi)容為:外河和內(nèi)河河道內(nèi)無(wú)船只滯留和進(jìn)出;外河和內(nèi)河河道內(nèi)無(wú)人員游泳、捕魚(yú)、水上作業(yè)等;外河和內(nèi)河河道內(nèi)無(wú)大型漂浮物等;啟閉機(jī)和液壓鎖定裝置監(jiān)控正常;閘室監(jiān)控正常。②閘門(mén)運(yùn)行工檢查閘門(mén)遠(yuǎn)程控制條件,并上報(bào)組長(zhǎng),檢查內(nèi)容為:當(dāng)前閘門(mén)和鎖定系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)能控制; PLC開(kāi)啟,無(wú)異常,且網(wǎng)絡(luò)連接正常;閘門(mén)和鎖定切換到遠(yuǎn)控;閘門(mén)和鎖定電源開(kāi)啟;鎖定處行程開(kāi)關(guān)無(wú)異常。
(2)組長(zhǎng)確認(rèn)運(yùn)行準(zhǔn)備工作一切正常后,組長(zhǎng)下達(dá)選擇關(guān)閉流程 — 開(kāi)啟紅綠燈指令,閘門(mén)運(yùn)行工開(kāi)啟禁止通航紅綠燈,組長(zhǎng)檢查并確認(rèn)紅綠燈已開(kāi)啟。閘站紅綠燈遠(yuǎn)程操作界面見(jiàn)圖5。
圖5 閘站紅綠燈遠(yuǎn)程操作界面圖
(3)組長(zhǎng)下達(dá)巡查上下游指令,閘門(mén)運(yùn)行工切換監(jiān)控查看內(nèi)外河河道情況,組長(zhǎng)檢查并確認(rèn)河道安全。閘門(mén)遠(yuǎn)程操作河道巡查界面見(jiàn)圖6。
圖6 閘門(mén)遠(yuǎn)程操作河道巡查界面圖
(4)組長(zhǎng)下達(dá)閘門(mén)上升解鎖操作指令,閘門(mén)運(yùn)行工將閘門(mén)上升至解鎖位,組長(zhǎng)檢查并確認(rèn)閘門(mén)上升至解鎖位。閘站閘門(mén)上升至解鎖位見(jiàn)圖7。
圖7 閘站閘門(mén)上升至解鎖位圖
(5)組長(zhǎng)下達(dá)鎖定解除指令,閘門(mén)運(yùn)行工退出鎖定,組長(zhǎng)檢查并確認(rèn)液壓鎖定裝置已退出。閘站鎖定遠(yuǎn)程操作界面見(jiàn)圖8。
圖8 閘站鎖定遠(yuǎn)程操作界面圖
(6)組長(zhǎng)下達(dá)閘門(mén)下降操作指令,閘門(mén)運(yùn)行工將閘門(mén)下降至全關(guān)位,組長(zhǎng)檢查并確認(rèn)閘門(mén)已關(guān)閉。閘站閘門(mén)下降至全關(guān)位界面見(jiàn)圖9。
圖9 閘站閘門(mén)下降至全關(guān)位界面圖
(7)流程結(jié)束。閘門(mén)控制時(shí),亦可同時(shí)查看控制區(qū)內(nèi)各信號(hào)指示情況,如有異常,可點(diǎn)擊“緊?!卑粹o,斷開(kāi)閘門(mén)系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)操作。當(dāng)閘門(mén)聯(lián)動(dòng)操作中途緊停操作之后,檢查無(wú)故障/事故后,才可以再次開(kāi)啟。
城防工程標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理系統(tǒng)包含圖像監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、交通指揮系統(tǒng)等其他輔助系統(tǒng)。
圖像監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對(duì)工程中重要區(qū)域和設(shè)備的情況進(jìn)行遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)視,對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行定期巡視及安全保衛(wèi)。系統(tǒng)能對(duì)監(jiān)視場(chǎng)景進(jìn)行錄像,便于事故分析,并可通過(guò)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)將圖像信息傳輸至城防調(diào)度監(jiān)控中心,為城防工程的運(yùn)行控制提供圖像信息依據(jù)。
安防系統(tǒng)主要用于工程中的安全防范區(qū)域,當(dāng)有人或動(dòng)物進(jìn)入,觸發(fā)紅外線報(bào)警器,控制中心的示警喇叭就會(huì)示警,值班人員可通過(guò)視頻監(jiān)控,檢查閘區(qū)安全狀況。
交通指揮系統(tǒng)主要用于啟閉閘門(mén)時(shí),對(duì)過(guò)往船只進(jìn)行指揮調(diào)度,確保安全。
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)用租用裸光纖的模式,采用星型連接,利用獨(dú)立的專(zhuān)用光纖與調(diào)度中心相連,與外網(wǎng)斷絕聯(lián)系,形成一個(gè)星型獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
圖像監(jiān)控系統(tǒng)更新為網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)視系統(tǒng)后的設(shè)備基于網(wǎng)絡(luò),由前端攝像子系統(tǒng)、視頻圖像傳輸子系統(tǒng)和顯示及控制子系統(tǒng)3個(gè)部分組成。系統(tǒng)通過(guò)分布于前端各重要位置的攝像機(jī)對(duì)監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)景進(jìn)行視頻信息采集,由前端攝像機(jī)采集到的圖像信號(hào)通過(guò)光纜或網(wǎng)線傳至控制室的視頻控制和錄像設(shè)備,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、錄像和圖像顯示。安放系統(tǒng)將紅外報(bào)警器布置在重要安全防范區(qū)域。交通指揮系統(tǒng)包括紅綠燈和語(yǔ)音廣播。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況改造顯示單元:采用最新的顯示設(shè)備單元,優(yōu)化原有系統(tǒng)結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)顯示效果和可靠性,滿足系統(tǒng)7×24 h監(jiān)視需求。采用先進(jìn)的控制技術(shù),顯示系統(tǒng)配有一套綜合平臺(tái)一體機(jī)及配套的控制軟件,可實(shí)現(xiàn)大屏上任意開(kāi)窗及窗口漫游等,使整個(gè)顯示系統(tǒng)按事先編制的顯示方案展示前端各監(jiān)控畫(huà)面并在指定的顯示器中分屏顯示多畫(huà)面圖像。
整個(gè)輔助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖10。
圖10 輔助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
為確保城市防洪工程安全運(yùn)行和效益的正常發(fā)揮,構(gòu)建的城市防洪工程閘泵站標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理取得了明顯的成效,但是要真正實(shí)現(xiàn)整體工程標(biāo)準(zhǔn)化管理體系完整創(chuàng)建,還任重道遠(yuǎn)。城市防洪工程在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,以標(biāo)準(zhǔn)化為原則,遵循國(guó)家水利信息化有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和浙江省水利信息化、標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)地區(qū)水利數(shù)據(jù)的要求,構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理平臺(tái),提升應(yīng)用基礎(chǔ)系統(tǒng),完善數(shù)字化基本數(shù)據(jù)以統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為抓手,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)詳實(shí)、功能齊全、表征形象和管理高效的目標(biāo)。系統(tǒng)投入運(yùn)行后,實(shí)踐證明整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理體系建設(shè)功能齊全、運(yùn)行穩(wěn)定和操作方便,大大提高了某市城市防洪體系日常運(yùn)行效率,減輕管理人員的負(fù)擔(dān),降低運(yùn)營(yíng)成本,達(dá)到了預(yù)期的效果,對(duì)類(lèi)似城市防洪工程的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理體系建設(shè)有一個(gè)示范和借鑒作用。