三峽船閘設(shè)備設(shè)施綜合監(jiān)控能力提升技術(shù)研究

王曉莉

摘要：三峽船閘作為長(zhǎng)江中上游重要節(jié)點(diǎn)的水利樞紐，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和長(zhǎng)江黃金水道建設(shè)中的具有非常關(guān)鍵性作用。通過三峽船閘設(shè)備設(shè)施綜合監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)三峽、葛洲壩船閘設(shè)備設(shè)施運(yùn)行數(shù)據(jù)的全面掌控，利用專家決策系統(tǒng)進(jìn)行船閘設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、決策支持，使得三峽船閘設(shè)備設(shè)施綜合監(jiān)控能力得到全面提升，為我國(guó)內(nèi)河船閘綜合監(jiān)控摸索出一套切實(shí)可行的運(yùn)行管理方法，使三峽船閘的運(yùn)行管理工作真正實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、科學(xué)化管理。

關(guān)鍵詞：三峽船閘；綜合監(jiān)控；在線監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：U641.3+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-7973（2016）05-0031-03

長(zhǎng)江作為我國(guó)的“黃金水道”，橫貫東中西部，連接?xùn)|部沿海和廣袤的內(nèi)陸，依托黃金水道打造新的經(jīng)濟(jì)帶，有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和巨大的潛力。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的建設(shè)，對(duì)于有效擴(kuò)大內(nèi)需、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)、調(diào)整區(qū)域結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)中國(guó)經(jīng)濟(jì)升級(jí)具有重要意義。國(guó)務(wù)院《關(guān)于依托黃金水道推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的指導(dǎo)意見》（國(guó)發(fā)[2014]39號(hào)）指出，要充分發(fā)揮長(zhǎng)江運(yùn)能大、成本低、能耗少等優(yōu)勢(shì)，加快推進(jìn)長(zhǎng)江干線航道系統(tǒng)治理，打造暢通、高效、平安、綠色的黃金水道。

1.通航形勢(shì)分析

隨著三峽工程建設(shè)對(duì)長(zhǎng)江航道條件的明顯改善，以及近年來(lái)長(zhǎng)江水運(yùn)企業(yè)的迅猛發(fā)展，船閘的過閘貨運(yùn)總量快速增長(zhǎng)。從2008年至2014年，總體呈提升態(tài)勢(shì)，其中2011年、2013年、2014年貨運(yùn)量均突破了設(shè)計(jì)通過能力。2008至2014年，三峽及葛洲壩船閘通過量情況如圖1所示。

自2008年以來(lái)，三峽船閘、葛洲壩船閘客、貨運(yùn)量始終維持在高位水平，常年突破設(shè)計(jì)能力運(yùn)行。三峽船閘貨運(yùn)量從2008年的5370.26萬(wàn)噸增長(zhǎng)至2014年的10898.0萬(wàn)噸，增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。著力打造長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶及西部地區(qū)開發(fā)力度加大，將進(jìn)一

步深化并促進(jìn)長(zhǎng)江航運(yùn)的發(fā)展，與此同時(shí)，三峽壩區(qū)通航壓力也將進(jìn)一步增大。伴隨國(guó)家長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略的實(shí)施，將提前達(dá)到預(yù)測(cè)通過量。盡管三峽升船機(jī)將于2015年底投入使用，但以其350萬(wàn)噸的單向設(shè)計(jì)通過能力，難以起到大幅度改善三峽壩區(qū)通過能力的作用。因此，如何解決壩區(qū)船閘現(xiàn)有通過能力與航運(yùn)需求快速增長(zhǎng)之間的矛盾是目前必須重點(diǎn)考慮的問題。

2.應(yīng)對(duì)措施分析

三峽船閘設(shè)備設(shè)施點(diǎn)多面廣，運(yùn)行時(shí)要求設(shè)備具有高可考性。開展以三峽船閘設(shè)備設(shè)施綜合監(jiān)控能力提升技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)三峽、葛洲壩船閘設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)控，利用專家決策系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、決策支持，使船閘重點(diǎn)設(shè)備設(shè)施的健康狀況得到有效診斷，達(dá)到科學(xué)地、前瞻性地設(shè)備維修，盡量減少船閘停航檢修的時(shí)間。另外，三峽船閘設(shè)備設(shè)施綜合監(jiān)控能力提升技術(shù)研究，可以實(shí)現(xiàn)船閘設(shè)備設(shè)施重大運(yùn)行缺陷監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施重大運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防，為設(shè)備設(shè)施重大技術(shù)更新改造提供決策依據(jù)。

3.總體方案

3.1總體框架

在結(jié)構(gòu)上方案總體上分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)整合與應(yīng)用支撐層、綜合應(yīng)用層和前端展現(xiàn)層四個(gè)部分，如下圖2所示。

數(shù)據(jù)采集層：實(shí)現(xiàn)船閘主要設(shè)備設(shè)施由“目測(cè)、耳昕、鼻嗅和手摸”的傳統(tǒng)檢測(cè)方式，到“客觀、科學(xué)、精確”的現(xiàn)代化、自動(dòng)化方式的轉(zhuǎn)變，為實(shí)現(xiàn)由計(jì)劃性檢修到狀態(tài)性檢修，提供技術(shù)支撐，為實(shí)現(xiàn)基于海量數(shù)據(jù)的船閘運(yùn)行狀態(tài)智能化診斷提供數(shù)據(jù)積累。

數(shù)據(jù)整合與應(yīng)用支撐層：實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和船舶過閘數(shù)據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)的資源整合，形成基于設(shè)備設(shè)施監(jiān)測(cè)、電子巡檢、船閘通航生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控、船舶過閘監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和主題數(shù)據(jù)的集中管理與共享，提供各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)的支撐環(huán)境，各類資源和技術(shù)手段集中管理、統(tǒng)一分配、充分共享。

綜合應(yīng)用層：將船閘設(shè)備運(yùn)行和船舶過閘數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)進(jìn)行集中管控，圍繞通航管理的業(yè)務(wù)主線，針對(duì)船閘運(yùn)行、維護(hù)和管理、設(shè)備設(shè)施養(yǎng)、維、管、用等核心業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化、流程化、規(guī)范化管理。

前端展現(xiàn)層：為船閘運(yùn)行管理部門的各類用戶提供人口，利用可視化手段將三峽、葛洲壩船閘與升船機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行狀況、各類設(shè)施設(shè)備狀態(tài)，對(duì)用戶進(jìn)行直觀展示。

3.2技術(shù)方案

通過三峽船閘設(shè)備設(shè)施綜合監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三峽、葛洲壩船閘重要機(jī)械及金屬結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備、水工建筑物和液壓設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)的即時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)因船舶過閘超速、超線和低能見度對(duì)船閘安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的有效監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集中管理、快速流轉(zhuǎn)、便捷使用、直觀展示和有序積累。為進(jìn)一步保障船閘安全穩(wěn)定運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)三峽“安全、暢通、和諧、高效”通航管理目標(biāo)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2.1機(jī)械及金屬結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)

實(shí)現(xiàn)對(duì)三峽、葛洲壩船閘人字門、閘門啟閉機(jī)、反弧門啟閉機(jī)等機(jī)械設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行全方位在線監(jiān)測(cè)。通過先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述機(jī)械及金屬結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為機(jī)械及金屬結(jié)構(gòu)故障及事故原因的分析提供可靠的數(shù)據(jù)和信息。其所采集的機(jī)械及金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)運(yùn)行的數(shù)據(jù)和事故分析結(jié)果作為基礎(chǔ)素材和中間成果，將被直接推送至船閘通航生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控，為船閘總體運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)確判斷和船閘運(yùn)行精細(xì)化、規(guī)范化管理提供依據(jù)。

3.2.2電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)

實(shí)現(xiàn)對(duì)三峽、葛洲壩船閘變電所內(nèi)的高/低壓供配電設(shè)備進(jìn)行全方位在線監(jiān)測(cè)。電力監(jiān)測(cè)通過可視化方式實(shí)現(xiàn)船閘供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及故障報(bào)警，主要包括：三相電壓、三相電流、零序電壓、零序電流、頻率、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、有功電度、無(wú)功電度等。為供電系統(tǒng)安全運(yùn)行并降低供電系統(tǒng)的能耗和進(jìn)行故障及事故原因的分析動(dòng)態(tài)提供可靠的數(shù)據(jù)。通過船閘電力監(jiān)測(cè)的建設(shè)將大大提高船閘電力監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化與智能化水平，在實(shí)現(xiàn)船閘變電所的無(wú)人或少人值守的前提下，提高電力數(shù)據(jù)的反饋效率和準(zhǔn)確程度，為船閘供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供保障。采集的船閘電氣設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，將被作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)直接推送至船閘通航生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，為設(shè)備、設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷和運(yùn)行精細(xì)化、規(guī)范化監(jiān)管提供依據(jù)。

3.2.3水工建筑物監(jiān)測(cè)

實(shí)現(xiàn)對(duì)三峽、葛洲壩船閘現(xiàn)有廊道內(nèi)引張線監(jiān)測(cè)儀系統(tǒng)數(shù)據(jù)、原有內(nèi)埋數(shù)據(jù)傳感器及滲流滲壓傳感器等監(jiān)測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分項(xiàng)采集、集中管理、綜合應(yīng)用，為確保船閘水工建筑物安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行提供科學(xué)診斷數(shù)據(jù)依據(jù)。依托三峽、葛洲壩水工監(jiān)測(cè)設(shè)施，側(cè)重于針對(duì)葛洲壩現(xiàn)有設(shè)施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)共享集成，水工建筑物監(jiān)測(cè)通過配置數(shù)據(jù)共享工作站，利用安全隔離與數(shù)據(jù)交換設(shè)備接入原有水工建筑探測(cè)傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，實(shí)時(shí)單向讀取測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)傳遞到生產(chǎn)運(yùn)行設(shè)備管理系統(tǒng)并協(xié)同共享，形成水工建筑物高效監(jiān)管。

3.2.4液壓設(shè)備監(jiān)測(cè)

實(shí)現(xiàn)對(duì)葛洲壩船閘反弧門液壓?jiǎn)㈤]機(jī)控制系統(tǒng)主要參數(shù)的在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及故障報(bào)警，主要包括：壓力、流量、溫度、泄漏量、液位等。擬采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)實(shí)現(xiàn)上述液壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可為液壓系統(tǒng)故障及事故原因的分析提供可靠的數(shù)據(jù)和信息。在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以及時(shí)了解和掌握船閘液壓系統(tǒng)運(yùn)行過程中的狀態(tài)，以便早期發(fā)現(xiàn)故障、查明原因、并掌握故障的發(fā)展趨勢(shì)，可以避免船閘液壓系統(tǒng)故障的發(fā)生和重大事故的發(fā)生，最大限度的提高船閘液壓系統(tǒng)的工作效率，有效地提高液壓設(shè)備運(yùn)行的可靠性與安全性。通過船閘液壓設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的建設(shè)將大大提高船閘液壓設(shè)備管理的自動(dòng)化與智能化水平。

3.2.5船閘通航生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控

實(shí)現(xiàn)三峽、葛洲壩船閘與升船機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行狀況、各類設(shè)施設(shè)備狀態(tài)，利用可視化手段向用戶進(jìn)行直觀展示。面向船閘安全監(jiān)管的決策與技術(shù)人員，充分利用與整合現(xiàn)有和各個(gè)系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)資源，充分依托三峽、葛洲壩船閘機(jī)械及金屬結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、水工建筑物監(jiān)測(cè)、電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)、電子巡檢、船舶過閘監(jiān)測(cè)與應(yīng)急管控以及葛洲壩船閘液壓設(shè)備檢測(cè)等數(shù)據(jù)，通過對(duì)機(jī)械及金屬結(jié)構(gòu)、水工建筑物、電氣設(shè)備、液壓設(shè)備等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的綜合獲取、展示與分析，實(shí)施船閘綜合管控和簡(jiǎn)單的智能分析。

3.2.6船舶過閘監(jiān)測(cè)與應(yīng)急管控

面向船閘運(yùn)行管理和調(diào)度人員，圍繞船舶過閘對(duì)船閘運(yùn)行帶來(lái)的間接運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)船舶進(jìn)出閘綜合監(jiān)控，采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、智能聯(lián)動(dòng)報(bào)警的方式，實(shí)現(xiàn)船閘閘室內(nèi)包括船舶超速、超線、超吃水以及船閘氣象情況等對(duì)船閘運(yùn)行構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)因素的有效監(jiān)控，并構(gòu)建能夠在惡劣氣候條件下進(jìn)行有效輔助導(dǎo)航的裝備，有效降低通航安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.結(jié)束語(yǔ)

三峽船閘設(shè)備設(shè)施的建設(shè)一般都具有公益性特點(diǎn)，三峽船閘設(shè)備設(shè)施綜合監(jiān)控平臺(tái)建設(shè)直接經(jīng)濟(jì)效益并不是很明顯，但是通過平臺(tái)建設(shè)使船閘運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)防范能力進(jìn)一步提高，船舶過閘綜合監(jiān)控和應(yīng)急保障能力進(jìn)一步升級(jí)，船閘運(yùn)行大數(shù)據(jù)分析和狀態(tài)檢修能力進(jìn)一步加強(qiáng)，對(duì)于發(fā)展中西部地區(qū)航運(yùn)經(jīng)濟(jì)，增強(qiáng)百姓出行的安全感，樹立良好的服務(wù)型政府形象具有極好推動(dòng)作用。此外，本工程建設(shè)在行業(yè)內(nèi)先試先行，建設(shè)成果將為國(guó)內(nèi)其他船閘運(yùn)行管理提供借鑒和參考。因此可見，本工程的社會(huì)效益十分明顯。