河北省南水北調(diào)配套工程自動化系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)與分標(biāo)方案

楊鐵樹

（河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

河北省南水北調(diào)配套工程自動化系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)與分標(biāo)方案

楊鐵樹

（河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

河北省南水北調(diào)配套工程自動化系統(tǒng)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，通過進(jìn)行各子系統(tǒng)間的集成設(shè)計(jì)，制定出合理的分標(biāo)原則，以確定出合理的分標(biāo)方案，避免各標(biāo)段間的過分切割，提高標(biāo)段間的集成度，實(shí)現(xiàn)“合”與“分”的完美結(jié)合，為今后大型、復(fù)雜、系統(tǒng)工程的集成設(shè)計(jì)及分標(biāo)方案提供借鑒。

自動化系統(tǒng)；集成設(shè)計(jì)；分標(biāo)方案

1 自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

河北南水北調(diào)配套工程自動化系統(tǒng)（以下簡稱自動化系統(tǒng)）由水務(wù)集團(tuán)總調(diào)中心、4 條干渠和 7 個市級管理處、183 個現(xiàn)地站（所）組成的自動化調(diào)度與運(yùn)行管理決策支持系統(tǒng)，包含工程監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)（含信息監(jiān)測與管理、水量調(diào)度、工程管理、綜合會商、應(yīng)用交互、綜合辦公、三維可視化等系統(tǒng)）、應(yīng)用支撐平臺、數(shù)據(jù)資源管理平臺、工程視頻監(jiān)視及會議系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、運(yùn)行實(shí)體環(huán)境等，河北南水北調(diào)配套工程自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。

2 自動化系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)自動化系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)間的無縫連接，也為了彌補(bǔ)自動化系統(tǒng)標(biāo)段劃分所造成的人為斷口，以保證自動化系統(tǒng)集成的完整性，進(jìn)行集成設(shè)計(jì)是十分必要的。

2.1 各應(yīng)用子系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

各應(yīng)用子系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖 2 所示，包括信息采集、信息監(jiān)測與管理、互聯(lián)網(wǎng)站、綜合辦公、工程管理、水量調(diào)度、綜合會商、工程監(jiān)控、工程視頻監(jiān)視等系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2.2 業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)各子系統(tǒng)間橫向集成設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)承載了除工程監(jiān)控系統(tǒng)以外的所有業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)的信息服務(wù)，各應(yīng)用子系統(tǒng)間及其與外部單位系統(tǒng)間的橫向集成關(guān)系如圖 3 所示。

2.3 業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)縱向集成設(shè)計(jì)

業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)縱向集成主要體現(xiàn)在門戶層、業(yè)務(wù)服務(wù)層和數(shù)據(jù)服務(wù)層，在整個 SOA（Service-Oriented Architecture）集成架構(gòu)中的縱向集成關(guān)系如圖 4 所示，它表現(xiàn)了一個業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)是如何基于系統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺，集成到整個系統(tǒng)中。其中，客戶端為瀏覽器，用于向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)出請求并接收返回頁面，是系統(tǒng)的人機(jī)交互界面。

2.4 應(yīng)用服務(wù)組件集成設(shè)計(jì)

應(yīng)用服務(wù)集成主要用于對業(yè)務(wù)組件按照一定的邏輯進(jìn)行封裝和編排，將上層的服務(wù)請求更好地分解到各業(yè)務(wù)組件執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組件的復(fù)用。同時，應(yīng)用服務(wù)層也同企業(yè)服務(wù)總線進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的服務(wù)共享和相互調(diào)用。

應(yīng)用支撐平臺采用面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）是一個組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能（稱為服務(wù)）劃分為不同服務(wù)，通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。

2.5 數(shù)據(jù)服務(wù)集成設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)服務(wù)集成主要是通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)視圖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，數(shù)據(jù)服務(wù)集成關(guān)系如圖 5 所示。數(shù)據(jù)服務(wù)平臺聯(lián)接了底層的數(shù)據(jù)倉庫和應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)服務(wù)平臺上完成模型標(biāo)準(zhǔn)化處理和服務(wù)化封裝。數(shù)據(jù)服務(wù)被發(fā)布到服務(wù)總線上，即數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)在 ESB（Enterprise Service Bus）基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)平臺之上進(jìn)行服務(wù)注冊和管理。數(shù)據(jù)服務(wù)的使用者通過服務(wù)總線調(diào)用數(shù)據(jù)服務(wù)。

圖 1 河北南水北調(diào)配套工程自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.6 實(shí)體環(huán)境集成設(shè)計(jì)

由各應(yīng)用系統(tǒng)、應(yīng)用支撐平臺、數(shù)據(jù)資源管理平臺、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等提出所需硬件設(shè)備對機(jī)房的工藝要求，運(yùn)行實(shí)體環(huán)境工程根據(jù)機(jī)房的工藝要求，進(jìn)行機(jī)房的裝修改造，配置空調(diào)、消防等設(shè)施，滿足設(shè)備正常運(yùn)行對機(jī)房環(huán)境的要求。

圖 2 各應(yīng)用系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系

圖 3 業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)各子系統(tǒng)間橫向集成關(guān)系

圖 4 業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)縱向集成關(guān)系圖

圖 5 數(shù)據(jù)服務(wù)集成關(guān)系圖

3 自動化系統(tǒng)分標(biāo)方案

自動化系統(tǒng)是一個建設(shè)規(guī)模大、站點(diǎn)多、線路長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能眾多的系統(tǒng)工程，它既是由總調(diào)中心、管理處及現(xiàn)地站等分層分布式結(jié)構(gòu)組成的橫向系統(tǒng)，又是由貫穿于以上各層的多個單元子系統(tǒng)構(gòu)成的縱向系統(tǒng)。其標(biāo)段劃分既有縱、橫向之分，又有大、小標(biāo)之別，縱向分標(biāo)不破壞各單元子系統(tǒng)的基本構(gòu)成，這也是本次分標(biāo)的基本原則；橫向分標(biāo)雖利于工程施工，與按區(qū)塊分標(biāo)的主體工程保持同步，但卻分割了各單元子系統(tǒng)的基本構(gòu)成；大標(biāo)方案由于標(biāo)段拆分少、系統(tǒng)的完整性破壞少，標(biāo)段間的接口也就少，系統(tǒng)協(xié)調(diào)量也就相對少，但是招標(biāo)人對標(biāo)段內(nèi)部的掌控力就相對減弱，不利于標(biāo)段內(nèi)部的質(zhì)量控制，另外大標(biāo)方案對投標(biāo)人的綜合實(shí)力要求較高，易出現(xiàn)轉(zhuǎn)包或分包現(xiàn)象；小標(biāo)方案由于標(biāo)段拆分過多，對系統(tǒng)的完整性破壞較多，同時也增加了標(biāo)段間的接口數(shù)量，系統(tǒng)協(xié)調(diào)量也就相對增加了，但由于標(biāo)段劃分較細(xì)，其每一標(biāo)段的單元性較強(qiáng)，有利于專業(yè)化制造和提高產(chǎn)品質(zhì)量。

結(jié)合自動化系統(tǒng)的工程特性、建設(shè)周期、組織管理、調(diào)度運(yùn)用等要求，分析其建設(shè)條件、工程布置、建管模式、設(shè)備供應(yīng)、施工能力等因素，理清分標(biāo)界面和標(biāo)段接口的制約關(guān)系，找出其主控因素，以確定最終合理的分標(biāo)方案。

3.1 自動化系統(tǒng)分標(biāo)原則

1）標(biāo)段劃分重點(diǎn)考慮各子系統(tǒng)的基本構(gòu)成，采用縱向分標(biāo)方式，以保持各子系統(tǒng)的統(tǒng)一性和完整性，并利于總系統(tǒng)集成。

2）標(biāo)段劃分充分考慮各子系統(tǒng)的專業(yè)性質(zhì)，以滿足設(shè)備制造的生產(chǎn)資質(zhì)及設(shè)備安裝的施工資質(zhì)等要求。

3）標(biāo)段劃分同時兼顧主體工程進(jìn)度及工序接口的影響，以滿足分期建設(shè)、分區(qū)域投運(yùn)及盡快發(fā)揮功能的要求。

4）標(biāo)段劃分還應(yīng)保證各標(biāo)段間的時空界限及接口責(zé)任明晰，以方便各標(biāo)段施工作業(yè)，有利于標(biāo)段間的工序銜接及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。

5）對于專業(yè)性較強(qiáng)的設(shè)備宜單獨(dú)分標(biāo)，以滿足設(shè)備招標(biāo)的可操作性；對于相關(guān)性較強(qiáng)的軟件宜單獨(dú)分標(biāo)，以滿足軟件研發(fā)的成熟度及適用性。

3.2 自動化系統(tǒng)分標(biāo)方案

河北省南水北調(diào)配套工程自動化系統(tǒng)分標(biāo)方案如圖 6 所示。

圖 6 河北省南水北調(diào)配套工程自動化系統(tǒng)分標(biāo)方案

3.2.1 工程監(jiān)理類

工程監(jiān)理單獨(dú)分標(biāo)，考慮到電子類與通信類工程專業(yè)性不同，工程監(jiān)理劃分為 2 個標(biāo)段，即工程監(jiān)控和工程通訊的監(jiān)理標(biāo)。

3.2.2 工程施工類

首先按自動化系統(tǒng)中的工程類別，劃分為工程監(jiān)控類和通信類 2 大類別，然后在 2 大類別中再按所屬各子系統(tǒng)基本構(gòu)成及其集成度劃分成各子系統(tǒng)集成標(biāo)段。

1）工程監(jiān)控類：共分為 8 個標(biāo)段。

a. 工程監(jiān)控系統(tǒng)集成標(biāo)?？紤]到工程監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的獨(dú)立性和重要性，將與之相關(guān)的軟硬件設(shè)備制造、安裝調(diào)試及系統(tǒng)集成作為 1 個標(biāo)段，統(tǒng)一實(shí)施分級布設(shè)的各級監(jiān)控站點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)。

b. 水量調(diào)度系統(tǒng)集成標(biāo)。由于水量調(diào)度模型研發(fā)的專業(yè)性較強(qiáng)，作為本工程的核心調(diào)度軟件要求其適用性也較強(qiáng)，故將與之相關(guān)的模型研發(fā)、軟件編制及系統(tǒng)集成作為一個標(biāo)段，統(tǒng)一實(shí)施全線水量調(diào)度的日常業(yè)務(wù)處理、計(jì)劃編制、實(shí)時調(diào)度、水量統(tǒng)計(jì)、水費(fèi)計(jì)算及調(diào)度評價(jià)等功能建設(shè)。

c. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成標(biāo)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是整個自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)承載平臺，具有全程全網(wǎng)的特點(diǎn)，需要對全網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一建設(shè)，故將與之相關(guān)的設(shè)備采購、安裝調(diào)試及系統(tǒng)集成作為一個標(biāo)段。

d. 視頻監(jiān)視系統(tǒng)集成標(biāo)。視頻監(jiān)視系統(tǒng)的站點(diǎn)布設(shè)與各級管理設(shè)施及設(shè)備布置密切相關(guān)，為了保證各級視頻監(jiān)視站點(diǎn)設(shè)備選配一致、圖像壓縮及傳輸方式一致、存儲及顯示格式統(tǒng)一，故將與之相關(guān)的設(shè)備采購、安裝調(diào)試及系統(tǒng)集成作為一個標(biāo)段。

e. 實(shí)體環(huán)境集成 I，II 標(biāo)。實(shí)體環(huán)境作為各級管理設(shè)施及設(shè)備廠房等土建工程的下道工序，受該項(xiàng)工程的投資金額較大及后序工期較緊的影響，將其按工程區(qū)域劃分為 2 個標(biāo)段。其中總調(diào)中心、石津干渠和石家莊市區(qū)的實(shí)體環(huán)境工程同處于石家莊地區(qū)，故將與之相關(guān)的機(jī)房工程、綜合布線工程、大屏顯示系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)的材料購置、設(shè)備采購、裝修布線、安裝調(diào)試及系統(tǒng)集成作為實(shí)體環(huán)境集成 I標(biāo)；其余的實(shí)體環(huán)境工程作為實(shí)體環(huán)境集成 II 標(biāo)。

f. 應(yīng)用支撐平臺及系統(tǒng)總集成標(biāo)。應(yīng)用支撐平臺和數(shù)據(jù)資源管理平臺是以服務(wù)器及中間組件作為硬件支撐，為各應(yīng)用子系統(tǒng)提供資源整合、信息共享、軟件復(fù)用、應(yīng)用生成、資源統(tǒng)一管理、用戶統(tǒng)一認(rèn)證等機(jī)制。為了統(tǒng)一平臺的設(shè)備配置、功能參數(shù)及后期維護(hù)管理，將其單獨(dú)分離出來組成一個標(biāo)段。另外考慮到支撐平臺作為整個自動化系統(tǒng)的集成平臺，故將系統(tǒng)總集成也納入該標(biāo)段，即為應(yīng)用支撐平臺及系統(tǒng)總集成標(biāo)段。

g. 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)總承包標(biāo)。應(yīng)用系統(tǒng)包含信息采集與監(jiān)測、工程管理、綜合會商、應(yīng)用交互、三維仿真、綜合辦公等子系統(tǒng)，主要以商用軟件采購及應(yīng)用軟件開發(fā)為主，為了減少各應(yīng)用子系統(tǒng)間的接口協(xié)調(diào)，將其統(tǒng)一納入 1 個標(biāo)段，即為應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)總承包標(biāo)。

2）工程通信類：共分為 5 個標(biāo)段。

a. 通信光纜采購標(biāo)。為了統(tǒng)一控制全線光纜的生產(chǎn)質(zhì)量，以保證全線光纜性能參數(shù)的一致性，將7 個設(shè)區(qū)市及 3 條干渠所需的全部光纜納入通信光纜采購標(biāo)。

b. 通信傳輸、通信交換及通信電源等設(shè)備的采購標(biāo)?？紤]到通信傳輸、交換及電源等設(shè)備雖同屬通信設(shè)備，但分屬不同專業(yè)廠家制造，其獨(dú)立性較強(qiáng)，故將通信傳輸、交換及電源等設(shè)備的采購單獨(dú)成標(biāo)。即劃分為通信傳輸、通信交換及通信電源等設(shè)備采購標(biāo)。

c. 通信工程施工標(biāo)。為了保證全線通信設(shè)備統(tǒng)一安裝和開通調(diào)試，將通信光纜敷設(shè)及通信交換、傳輸、電源等設(shè)備的安裝調(diào)試統(tǒng)一納入通信工程施工標(biāo)。

4 結(jié)語

河北省南水北調(diào)配套工程自動化系統(tǒng)的全部招標(biāo)工作已于 2014 年底完成，通過招標(biāo)結(jié)果進(jìn)一步印證了進(jìn)行集成設(shè)計(jì)的必要性和分標(biāo)方案的合理性，各標(biāo)段均實(shí)現(xiàn)了與國內(nèi)外著名一流廠商的最優(yōu)組合，各標(biāo)段間規(guī)范并明晰了接口關(guān)系，為系統(tǒng)總集成及聯(lián)調(diào)聯(lián)試打下了良好的基礎(chǔ)條件。

[1] 中華人民共和國水利部. SL/Z 332—2005 水利信息系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)報(bào)告編制規(guī)定[S]. 北京：中國水利水電出版社，2005: 6.

[2] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB/T 9387.1-2008 信息技術(shù)開放系統(tǒng)互連基本參考模型[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009: 3.

[3] 河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院. 河北省南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水工程自動化系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R]. 天津：河北省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2014: 474-480.

[4] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB/T 17176-1997 信息技術(shù)開放系統(tǒng)互連應(yīng)用層結(jié)構(gòu)[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997: 10-11.

Integration Design and Divide Tender Scheme of Automation System of South-to-North Water Transfer Auxiliary Project in Hebei Province

YANG Tieshu

(Investigation Design and Research Institute of Water Conservancy and Hydropower of Hebei Province, Tianjin 300250, China)

The automation system of the South-to-North water transfer auxiliary project in Hebei Province is a complicated system engineering. Through integrated design between each subsystem, it formulates reasonable principle and puts forward a reasonable scheme to divide tender. It not only avoids the excessive cutting between sections, but also improves integration level between the sections, realizes the perfect combination of "points (divide tender)" and "close (integration)". It provides a reference for the integration design and tender distribution of the large and complicated system engineering in the future.

automation system; integrated design; scheme of dividing tender

TV67

A

1674-9405(2015)03-0062-06

2014-12-25

楊鐵樹（1963－），男，河北辛集人，教授級高工，從事水力水電工程的自動監(jiān)控及信息化研究工作。