王曉莉

摘要：三峽船閘作為長江中上游重要節(jié)點的水利樞紐，在國民經(jīng)濟運行和長江黃金水道建設(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)控平臺建設(shè)，實現(xiàn)三峽、葛洲壩船閘設(shè)備設(shè)施運行數(shù)據(jù)的全面掌控，利用專家決策系統(tǒng)進行船閘設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)評價、風險評估、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，為我國內(nèi)河船閘綜合監(jiān)控摸索出一套切實可行的運行管理方法，使三峽船閘的運行管理工作真正實現(xiàn)信息化、智能化、科學化管理。

關(guān)鍵詞：三峽船閘；綜合監(jiān)控；在線監(jiān)測

中圖分類號：U641.3+4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）05-0031-03

長江作為我國的“黃金水道”，橫貫東中西部，連接東部沿海和廣袤的內(nèi)陸，依托黃金水道打造新的經(jīng)濟帶，有獨特的優(yōu)勢和巨大的潛力。長江經(jīng)濟帶的建設(shè)，對于有效擴大內(nèi)需、促進經(jīng)濟穩(wěn)定增長、調(diào)整區(qū)域結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)中國經(jīng)濟升級具有重要意義。國務院《關(guān)于依托黃金水道推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展的指導意見》（國發(fā)[2014]39號）指出，要充分發(fā)揮長江運能大、成本低、能耗少等優(yōu)勢，加快推進長江干線航道系統(tǒng)治理，打造暢通、高效、平安、綠色的黃金水道。

1.通航形勢分析

隨著三峽工程建設(shè)對長江航道條件的明顯改善，以及近年來長江水運企業(yè)的迅猛發(fā)展，船閘的過閘貨運總量快速增長。從2008年至2014年，總體呈提升態(tài)勢，其中2011年、2013年、2014年貨運量均突破了設(shè)計通過能力。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，三峽船閘、葛洲壩船閘客、貨運量始終維持在高位水平，常年突破設(shè)計能力運行。三峽船閘貨運量從2008年的5370.26萬噸增長至2014年的10898.0萬噸，增長趨勢明顯。著力打造長江經(jīng)濟帶及西部地區(qū)開發(fā)力度加大，將進一

步深化并促進長江航運的發(fā)展，與此同時，三峽壩區(qū)通航壓力也將進一步增大。伴隨國家長江經(jīng)濟帶戰(zhàn)略的實施，將提前達到預測通過量。盡管三峽升船機將于2015年底投入使用，但以其350萬噸的單向設(shè)計通過能力，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)有通過能力與航運需求快速增長之間的矛盾是目前必須重點考慮的問題。

2.應對措施分析

三峽船閘設(shè)備設(shè)施點多面廣，運行時要求設(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，實現(xiàn)三峽、葛洲壩船閘設(shè)備設(shè)施運行狀態(tài)的全面監(jiān)控，利用專家決策系統(tǒng)進行設(shè)備設(shè)施的狀態(tài)評價、風險評估、決策支持，使船閘重點設(shè)備設(shè)施的健康狀況得到有效診斷，達到科學地、前瞻性地設(shè)備維修，盡量減少船閘停航檢修的時間。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，可以實現(xiàn)船閘設(shè)備設(shè)施重大運行缺陷監(jiān)測，實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施重大運行安全風險預防，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)整合與應用支撐層、綜合應用層和前端展現(xiàn)層四個部分，如下圖2所示。

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

數(shù)據(jù)整合與應用支撐層：實現(xiàn)設(shè)備運行數(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、電子巡檢、船閘通航生產(chǎn)運行監(jiān)控、船舶過閘監(jiān)測的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)和主題數(shù)據(jù)的集中管理與共享，提供各業(yè)務應用系統(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。

綜合應用層：將船閘設(shè)備運行和船舶過閘數(shù)據(jù)監(jiān)測進行集中管控，圍繞通航管理的業(yè)務主線，針對船閘運行、維護和管理、設(shè)備設(shè)施養(yǎng)、維、管、用等核心業(yè)務，實現(xiàn)精細化、流程化、規(guī)范化管理。

前端展現(xiàn)層：為船閘運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的實時調(diào)度運行狀況、各類設(shè)施設(shè)備狀態(tài)，對用戶進行直觀展示。

3.2技術(shù)方案

通過三峽船閘設(shè)備設(shè)施綜合監(jiān)控平臺建設(shè)，實現(xiàn)對三峽、葛洲壩船閘重要機械及金屬結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備、水工建筑物和液壓設(shè)備設(shè)施的運行狀態(tài)的即時采集，實現(xiàn)因船舶過閘超速、超線和低能見度對船閘安全運行風險的有效監(jiān)管，實現(xiàn)設(shè)備設(shè)施監(jiān)測數(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。為進一步保障船閘安全穩(wěn)定運行，為實現(xiàn)三峽“安全、暢通、和諧、高效”通航管理目標提供堅實的技術(shù)支撐。總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2.1機械及金屬結(jié)構(gòu)監(jiān)測

實現(xiàn)對三峽、葛洲壩船閘人字門、閘門啟閉機、反弧門啟閉機等機械設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)進行全方位在線監(jiān)測。通過先進的檢測技術(shù)實現(xiàn)上述機械及金屬結(jié)構(gòu)運行狀態(tài)信息的動態(tài)監(jiān)測，為機械及金屬結(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。其所采集的機械及金屬結(jié)構(gòu)狀態(tài)運行的數(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)運行監(jiān)控，為船閘總體運行狀態(tài)準確判斷和船閘運行精細化、規(guī)范化管理提供依據(jù)。

3.2.2電氣設(shè)備監(jiān)測

實現(xiàn)對三峽、葛洲壩船閘變電所內(nèi)的高/低壓供配電設(shè)備進行全方位在線監(jiān)測。電力監(jiān)測通過可視化方式實現(xiàn)船閘供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息的動態(tài)監(jiān)測及故障報警，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、無功功率、視在功率、有功電度、無功電度等。為供電系統(tǒng)安全運行并降低供電系統(tǒng)的能耗和進行故障及事故原因的分析動態(tài)提供可靠的數(shù)據(jù)。通過船閘電力監(jiān)測的建設(shè)將大大提高船閘電力監(jiān)測的自動化與智能化水平，在實現(xiàn)船閘變電所的無人或少人值守的前提下，提高電力數(shù)據(jù)的反饋效率和準確程度，為船閘供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行提供保障。采集的船閘電氣設(shè)備運行數(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)運行監(jiān)控系統(tǒng)，為設(shè)備、設(shè)施運行狀態(tài)的準確判斷和運行精細化、規(guī)范化監(jiān)管提供依據(jù)。

3.2.3水工建筑物監(jiān)測

實現(xiàn)對三峽、葛洲壩船閘現(xiàn)有廊道內(nèi)引張線監(jiān)測儀系統(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)測設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分項采集、集中管理、綜合應用，為確保船閘水工建筑物安全、穩(wěn)定、可靠運行提供科學診斷數(shù)據(jù)依據(jù)。依托三峽、葛洲壩水工監(jiān)測設(shè)施，側(cè)重于針對葛洲壩現(xiàn)有設(shè)施監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)共享集成，水工建筑物監(jiān)測通過配置數(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傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務器，實時單向讀取測量數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)傳遞到生產(chǎn)運行設(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

實現(xiàn)對葛洲壩船閘反弧門液壓啟閉機控制系統(tǒng)主要參數(shù)的在線動態(tài)監(jiān)測及故障報警，主要包括：壓力、流量、溫度、泄漏量、液位等。擬采用先進的數(shù)據(jù)采集技術(shù)實現(xiàn)上述液壓系統(tǒng)運行狀態(tài)信息的動態(tài)監(jiān)測，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)測可以及時了解和掌握船閘液壓系統(tǒng)運行過程中的狀態(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，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)備運行的可靠性與安全性。通過船閘液壓設(shè)備在線監(jiān)測的建設(shè)將大大提高船閘液壓設(shè)備管理的自動化與智能化水平。

3.2.5船閘通航生產(chǎn)運行監(jiān)控

實現(xiàn)三峽、葛洲壩船閘與升船機的實時調(diào)度運行狀況、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、葛洲壩船閘機械及金屬結(jié)構(gòu)監(jiān)測、水工建筑物監(jiān)測、電氣設(shè)備監(jiān)測、電子巡檢、船舶過閘監(jiān)測與應急管控以及葛洲壩船閘液壓設(shè)備檢測等數(shù)據(jù)，通過對機械及金屬結(jié)構(gòu)、水工建筑物、電氣設(shè)備、液壓設(shè)備等監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合獲取、展示與分析，實施船閘綜合管控和簡單的智能分析。

3.2.6船舶過閘監(jiān)測與應急管控

面向船閘運行管理和調(diào)度人員，圍繞船舶過閘對船閘運行帶來的間接運行風險，針對船舶進出閘綜合監(jiān)控，采用自動化監(jiān)測、智能聯(lián)動報警的方式，實現(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船閘運行構(gòu)成潛在風險因素的有效監(jiān)控，并構(gòu)建能夠在惡劣氣候條件下進行有效輔助導航的裝備，有效降低通航安全風險。

4.結(jié)束語

三峽船閘設(shè)備設(shè)施的建設(shè)一般都具有公益性特點，三峽船閘設(shè)備設(shè)施綜合監(jiān)控平臺建設(shè)直接經(jīng)濟效益并不是很明顯，但是通過平臺建設(shè)使船閘運行狀態(tài)監(jiān)測和風險防范能力進一步提高，船舶過閘綜合監(jiān)控和應急保障能力進一步升級，船閘運行大數(shù)據(jù)分析和狀態(tài)檢修能力進一步加強，對于發(fā)展中西部地區(qū)航運經(jīng)濟，增強百姓出行的安全感，樹立良好的服務型政府形象具有極好推動作用。此外，本工程建設(shè)在行業(yè)內(nèi)先試先行，建設(shè)成果將為國內(nèi)其他船閘運行管理提供借鑒和參考。因此可見，本工程的社會效益十分明顯。