深隧智慧管控平台:污水“驶”入地下

利用物联网、大数据等技术，搭建大东湖深隧智能控制平台，实时监控预处理站、竖井、深隧，实现项目生产过程控制、设备维护管理、运行风险预警、应急辅助决策的科学、、自动化管理。平台建成投入使用后近半年，项目运营管理效率不断提高，社会经济效益显著。介绍了大东湖深隧智能控制平台的建设背景、系统设计、建设内容、建成后平台的功能和应用效果。

1 工程概况

本项目远期服务范围超过200km2.施工内容包括:

(1)污水深隧系统:17长.5km主隧（直径D3 000~3 400）和一条长1.7km支隧（直径2~D1 500）。

(2)表面完善系统:沙湖提升泵站(1)m3/s）、二郎庙预处理站(9.8m3/s）、落步嘴预处理站（5.7m3/s）、武东预处理站(2.4m3/s）配套管网。

2 设计智能控制平台

2.1 设计目标

根据深隧道系统、表面改进系统运行调度和管理维护的需要，通过建设深隧道淤积预测模型、流量预测模型，建立生产过程控制、运行维护管理、运行风险预测、智能辅助决策等定制智能控制平台。

2.2 架构设计

根据数据采集层、数据及服务支撑层、深隧防淤、应用平台层、展示层的总体要求，部署设计平台架构。系统架构如图1所示。

（1）数据采集层以物联网技术为核心，构建布局合理、覆盖、结构完整、功能齐全、高度共享的物联网感知网络，通过各种传感、检测、视频监控等设备获取稳定可靠的深隧道运行基础数据，为深隧道日常运行维护管理、风险预警、辅助决策提供基础数据支持。

（2）数据和服务支持层主要集成、集成、清洁、转换和加载各专业业务系统获得的数据和异构数据，建立统一的数据中心，为数据挖掘和分析提供基本保证。

（3）深隧道淤积防治主要通过建立的水利模型和淤积模型模拟水量调度方案的效果，预测深隧道管道淤积，为运营商的水量调度和淤积预防提供辅助决策支持。

（4）基于数据采集层、数据和服务支持层的平台应用层建立的各种专业业务应用系统，具有为内部用户和上下游水务部门提供整体信息应用和服务功能。

（5）展示层主要集中在企业大屏幕端、服务器端、移动终端、系统技术、能耗、能耗、水质指标、人员检查、实时视频等多维信息。

2.3 安全设计

平台安全设计主要通过访问控制、身份认证等技术，确保信息保密性、可控性、真实性和完整性。系统安全设计的主要内容包括数据安全设计和网络安全设计。

(1)数据安全设计。数据安全是整个平台系统安全的核心和重点，包括数据访问、数据传输和数据存储。平台数据访问安全主要通过建立统一的身份认证中心，根据数据类型设置不同的访问权限，确保数据访问安全；数据传输安全主要通过加密传输、入侵监测、安全漏洞扫描、防毒软件安装、防火墙安装，建立数据恢复机制，防止数据意外或恶意损坏。

(2)网络安全设计。平台网络安全设计主要包括访问安全和应用安全：平台访问安全除了依靠主机系统本身的用户名和密码外，还配备了防火墙、加密访问控制和设置IP防止非法访问黑白名单，安装入侵检测系统、网络安全扫描系统和防病毒软件，确保系统访问安全；平台的应用安全是重点Web在应用中，结合硬件级防火墙、入侵检测、行为分析管理、网关访问控制、运维审计等一系列安全软硬件措施，进行必要的安全规则配置和网络规划，确保系统的应用安全。

3 建设智能控制平台

平台建设主要包括：一套基础设施、一个数据中心、防淤模型、一套应用平台。

一套基础设施包括物联网感知、监控、传输网络和平台基础软硬件设施(包括超声波流量计)，涵盖大东湖深隧工程RTU配套设备、应用服务器、工作站、企业级下一代防火墙包括路由VPN、数据采集及配套设备、企业级交换机、服务器机柜、UPS、16口KVM、配线架、PDU实施和调试插座和机房，SS在线监测器)，全面、实时、准确地掌握相关设施设备的监控数据和运行状态。各预处理站配置独立于自控系统的数据采集模块，实现现场生产和视频数据的实时上传。各预处理站配备独立于自动控制系统的数据采集模块，实现现场生产和视频数据的实时上传。系统预留标准化的交互式通信接口，连接深隧道健康监测系统，集成下游北湖污水处理厂智能系统和上游泵站调度系统数据。

数据中心主要集成物联网监控数据、空间基础数据、业务数据、主要数据、统一规范和标准、多源、多格式、多类型数据统一存储和管理，实现统一管理、挖掘分析、共享交换、集成呼叫等功能。

防淤积模型主要建立在现有工程应用的水利模型上（如表1所示）通过前期收集的深隧建筑信息(几何属性和材料属性)、边界条件(深隧流体边界和竖井流体边界)、工艺设备工况参数和运行情况、进隧流量、水位和进入流量SS模拟计算参数数据，预测深隧运行条件和淤积分布，预测模型验证结合预埋特定点流量计的实际测量值，形成自学习闭环，不断提高模型预测精度，指导深隧道的生产运行。

一套应用平台采用分布式服务架构。通过制定统一的应用系统接口规范，不同的系统可以实现数据集成和业务集成，全、开放的智能运营应用平台。Web前端采用主流开发框架，保证前端视觉与交互的一致性，提升用户体验。后端采用高扩展、高安全、高性能、高可靠性的微服务架构。移动应用具有很强的可扩展性。移动应用程序可以根据不同的业务解耦模块，提高可复用性，大大降低变化的复杂性，为快速集成做准备。

4 应用智能控制平台

4.1 平台功能

大东湖深隧智能控制平台集全维信息、绩效管理、资产管理、生产管理、应急管理、数据管理、人员管理和系统管理八个功能模块，解决深隧运行维护问题，加强区域运行调度，提高运行管理效率，确保深隧运行安全。

（1）全维信息模块作为系统门户页面，三维显示项目生产运行关键数据（输水量、设备条件、深隧道流量、管道监控、水耗电耗、调度计划、预警信息等），并将各生产单位的地理位置融入GIS地图界面形成统一的监控和调度入口(见图2)。此外，系统还可以通过模拟模型实时查看各预处理站的工艺流程、运行参数和预警信息，直观控制项目生产现状（见图3）。

（2）绩效管理模块可以统一管理和维护深隧道项目的绩效指标，通过输入项目的所有绩效评价指标信息，形成深隧道绩效指标库。系统以自然年为单位，根据绩效指标的实际情况，结合项目评估对象（泵站、处理站、深隧道工程），自动形成一套标准评分方法，供用户评估自我评估、问题上传和模拟评分。系统还可以根据用户留在数据库中的评估痕迹，总结和比较自我评估和政府评估，分析偏差，找出明显的指标偏差项目，并提出相应的指标改进建议。

（3）资产管理模块能对资产的台帐信息、设备参数、设备备件信息、和设备相关的供应商信息、相关资料、设备图文等进行统一管理（见图4）。移动终端应用程序可以在设备现场通过扫描设备二维码获取设备的基本属性。在Web端可根据预处理站、功能分区、启用日期进行筛选，或根据设备编码/名称直接搜索筛选；科学有序地管理设备相关文件（说明书、故障报告等），为设备的后续维护管理提供有力支持。

（4）生产管理模块可以对当月生产运行的主要数据（设备维护、检查、工单完成率、设备完成率等）进行综合统计分析，了解项目生产运行的总体情况（见图5）。模块还可以集中控制项目现场运行、报警、检查、维护、维护、调度等主要管理内容。检查管理主要包括检查点管理、检查步骤管理、检查计划、检查路线制定、检查任务、地图检查跟踪等；设备维护主要管理设备日常维护计划、标准和工作订单；设备维护支持移动终端和缺陷Web生成终端申报和维修工单，并发送相关维修人员。问题处理完成并经管理人员批准后，关闭缺陷，实现整个设备缺陷的闭环管理。

(5)应急管理模块可分析和预警深隧内的流速和淤积。通过建立标准化的应急预案制度，对已知风险进行识别、分析、处置和记录，确保系统的安全稳定运行。当部分管段出现淤积时，操作人员可根据联合调度方案、调度指令和淤积冲刷方案进行系统在线调度调整，提高深隧道流量计流量，进行淤积冲刷（见图6）。

（6）数据管理模块可以对获得的各种生产经济指标数据进行分类统计分析（见图7），并根据周期自动生成各种操作报表。通过横向和纵向比较分析，为项目的生产和运行提供决策依据。

(7)人员管理模块的主要内容包括项目运营商的培训和绩效管理。培训管理主要根据线下培训和新员工入职培训制定培训计划，以培训成果为切入点，实现线上线下双数据叠加反馈，为后续人员培训成果评分提供数据依据。绩效管理主要通过建设人员绩效考核指标库，设定指标考核占比系数，按档案管理思路对人员培训记录、职业证书、人员工单完成情况、绩效/积分成绩等进行归纳汇总，排名对比，为人员绩效考核、职称能级调整提供数据支撑。

(8)系统管理模块主要采取各种措施防止内部人员非法利用系统软硬件资源和数据，通过严格的权限管理功能。系统应提供统一的身份认证，便于系统管理，提高密码认证系统的安全性，实现不同应用系统之间密码的统一。登录系统后，用户的每个角色都可以根据不同角色的需求和关注定义设置个性化的定制界面，用户可以在主页上看到的功能点数据（见图8）。

4.2 平台应用

(1)保障措施。作为项目运营期间的主要管理工具，大东湖深隧智能运营控制平台承载着项目生产管理、资产管理、绩效考核、应急处置等多种功能。为保证平台功能的真正实现，项目公司制定了《智能运营平台运营管理办法》，制度化平台使用规范，将平台利用率等指标与项目公司员工绩效考核挂钩，通过专项培训和使用考核提高运营商使用技能，避免平台在项目运营期间成为装饰。此外，项目公司计划在智能运营平台投入使用一年后，根据平台的实际使用情况升级平台的功能，提高系统技能，提高平台的友好性和利用率。

(2)效益分析。大东湖深隧道智能控制平台利用先进的信息技术，智能控制项目生产运行，通过收集、调度服务区污水，统一传输到下游污水处理厂集中处理，解决污水处理厂处理能力不足、尾水排放问题，有效保护城市中心湖泊和港口水质，有利于实现水环境水质目标，社会环境效益突出。平台的竣工和运行实现了整个深隧道系统的自动化和智能运行维护，降低了项目运行维护成本，提高了运行管理效率，单位水运行成本仅为0.13元/m三、经济效益突出。

作者：曾磊、周毅、王小虎、廉文杰、曾利华、黄凯、刘畅；作者：中建三局绿色产业投资有限公司。

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来源：给水排水

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