利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)搭建了大東湖深隧智慧管控平臺，對預(yù)處理站、豎井及深隧進行實時監(jiān)測及運行管控，實現(xiàn)項目生產(chǎn)工藝控制、設(shè)備維護管理、運行風(fēng)險預(yù)警、應(yīng)急輔助決策的科學(xué)、高效、自動化管理。平臺建成投用后的近半年時間里，項目運行管理效率不斷提升，社會、經(jīng)濟效益顯著。對大東湖深隧智慧管控平臺的建設(shè)背景、系統(tǒng)設(shè)計、建設(shè)內(nèi)容、建成后平臺功能及應(yīng)用效果進行介紹。

1 工程概況

本工程遠期服務(wù)范圍達200余km2，建設(shè)內(nèi)容包括：

（1）污水深隧系統(tǒng)：一條長17.5km主隧（直徑d3 000~3 400）和一條長1.7km支隧（直徑2~d1 500）。

（2）地表完善系統(tǒng)：沙湖提升泵站（1m3/s）、二郎廟預(yù)處理站（9.8m3/s）、落步嘴預(yù)處理站（5.7m3/s）、武東預(yù)處理站（2.4m3/s）及配套管網(wǎng)。

2 智慧管控平臺的設(shè)計

2.1 設(shè)計目標(biāo)

根據(jù)深隧系統(tǒng)、地表完善系統(tǒng)的運行調(diào)度與管理維護的需求，以輸水調(diào)度、遠程多站點協(xié)同管理為目標(biāo)，通過構(gòu)建深隧淤積預(yù)測模型、流速預(yù)測模型，建成集生產(chǎn)工藝控制、運行維護管理、運行風(fēng)險預(yù)判、智能輔助決策等多種功能于一身的定制化智慧管控平臺。

2.2 架構(gòu)設(shè)計

平臺架構(gòu)按數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)及服務(wù)支撐層、深隧防淤積、應(yīng)用平臺層、展示層5個層次的總體要求進行部署設(shè)計，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)采集層以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，構(gòu)建布局合理、全域覆蓋、結(jié)構(gòu)完備、功能齊全、高度共享的物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)，通過各類傳感、檢測、視頻監(jiān)控等設(shè)備，獲取穩(wěn)定、可靠的深隧運行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為深隧日常運維管理、風(fēng)險預(yù)警、輔助決策等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

（2）數(shù)據(jù)及服務(wù)支撐層主要將數(shù)據(jù)采集層獲取的數(shù)據(jù)和各專業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的異構(gòu)數(shù)據(jù)進行融合、集成、清洗、轉(zhuǎn)化、加載，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，為數(shù)據(jù)挖掘和分析提供基礎(chǔ)保證。

（3）深隧防淤積主要通過已構(gòu)建的水利學(xué)模型、淤積模型等，對采集數(shù)據(jù)進行水量調(diào)度方案效果模擬，深隧管道淤積預(yù)測，為運營人員的水量調(diào)度、淤積預(yù)防提供輔助決策支持。

（4）平臺應(yīng)用層在數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)和服務(wù)支撐層的基礎(chǔ)上建立的各類專業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，具備為企業(yè)內(nèi)部用戶、上下游水務(wù)部門等提供整體的信息化應(yīng)用和服務(wù)功能。

（5）展示層主要在企業(yè)大屏端、服務(wù)器端、移動終端，對系統(tǒng)工藝，能設(shè)備運行狀態(tài)、能耗電耗、水質(zhì)指標(biāo)、人員巡檢、實時視頻等多維度信息進行多角度集中展示。

2.3 安全設(shè)計

平臺安全設(shè)計主要通過訪問控制、身份認(rèn)證等技術(shù)，確保平臺具有較高的信息保密性、可控性、真實性、完整性。系統(tǒng)安全設(shè)計的主要內(nèi)容包括數(shù)據(jù)安全設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計。

（1）數(shù)據(jù)安全設(shè)計。數(shù)據(jù)安全是整個平臺系統(tǒng)安全的核心和重點，包括數(shù)據(jù)訪問安全、數(shù)據(jù)傳輸安全、數(shù)據(jù)存儲安全。平臺數(shù)據(jù)訪問安全主要通過建立全局統(tǒng)一身份認(rèn)證中心，根據(jù)數(shù)據(jù)類型設(shè)置不同訪問權(quán)限來確保數(shù)據(jù)訪問安全；數(shù)據(jù)傳輸安全主要通過加密傳輸、入侵監(jiān)測、安全漏洞掃描、安裝防毒殺毒軟件、安裝防火墻等途徑保障數(shù)據(jù)傳輸安全；數(shù)據(jù)存儲安全則通過采用數(shù)據(jù)本地備份、設(shè)置專業(yè)存儲設(shè)備、建立數(shù)據(jù)恢復(fù)機制等措施，防止數(shù)據(jù)遭到意外或惡意破壞。

（2）網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計。平臺網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計內(nèi)容主要包括訪問安全和應(yīng)用安全：平臺的訪問安全除依靠主機系統(tǒng)自身的用戶名及口令來防范外，還配置了防火墻，加密訪問控制，設(shè)置ip黑白名單防止假冒的非法訪問，安裝入侵檢測系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)安全掃描系統(tǒng)和防病毒軟件等方法來確保系統(tǒng)訪問安全；平臺的應(yīng)用安全則是重點關(guān)注web應(yīng)用中“跨站點腳本攻擊”和“注入缺陷”兩大安全隱患，并進行必要的安全規(guī)則配置及網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，結(jié)合硬件級防火墻、入侵檢測、行為分析管理、網(wǎng)關(guān)訪問控制、運維審計等一系列安全軟硬件措施，確保系統(tǒng)的應(yīng)用安全。

3 智慧管控平臺的建設(shè)

平臺建設(shè)內(nèi)容主要包括：一套基礎(chǔ)設(shè)施、一個數(shù)據(jù)中心、防淤積模型、一套應(yīng)用平臺。

一套基礎(chǔ)設(shè)施包含覆蓋大東湖深隧工程所涉及的物聯(lián)感知、監(jiān)測、傳輸網(wǎng)絡(luò)及平臺基礎(chǔ)軟硬件設(shè)施（包括：超聲波流量計、rtu及配套設(shè)備、應(yīng)用服務(wù)器、工作站、企業(yè)級下一代防火墻含路由、vpn、數(shù)據(jù)采集及配套設(shè)備、企業(yè)級交換機、服務(wù)器機柜、ups、16口kvm、配線架、pdu插座、機房實施與調(diào)試、ss在線監(jiān)測儀），用以全面、實時、準(zhǔn)確掌握相關(guān)設(shè)施、設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)。各預(yù)處理站配置獨立于自控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)現(xiàn)場生產(chǎn)、視頻數(shù)據(jù)的實時上傳。系統(tǒng)預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)化交互式通訊接口，對接深隧健康監(jiān)測系統(tǒng)，下游北湖污水處理廠智慧系統(tǒng)，上游泵站調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行集成。

一個數(shù)據(jù)中心主要融合集成大東湖項目范圍內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)、空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、主體數(shù)據(jù)，統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對多源、多格式、多類型的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的存儲和管理，實現(xiàn)平臺各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、挖掘分析、共享交換、集成調(diào)用等功能。

防淤積模型主要在現(xiàn)有工程應(yīng)用的水利模型上搭建（如表1所示），通過前期收集的深隧建筑信息（幾何屬性、材料屬性），邊界條件（深隧流體邊界、豎井流體邊界），工藝設(shè)備工況參數(shù)、運行情況，進隧流量、水位、入流ss等參數(shù)數(shù)據(jù)進行模擬計算，預(yù)測深隧運行工況及淤積分布情況，并結(jié)合預(yù)埋的特定點位流量計的實際測量值進行預(yù)測模型校驗，形成自學(xué)習(xí)閉環(huán)，不斷提高模型預(yù)測精度，指導(dǎo)深隧生產(chǎn)運行。

一套應(yīng)用平臺采用分布式服務(wù)架構(gòu)，通過制訂統(tǒng)一的應(yīng)用系統(tǒng)接口規(guī)范，使得不同的系統(tǒng)都按照一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成與業(yè)務(wù)融合，建立“規(guī)范、安全、開放”的智慧運營應(yīng)用平臺。web前端采用現(xiàn)在主流的開發(fā)框架，保證前端視覺和交互的一致性，提升用戶體驗。后端采用高擴展、高安全、高性能、高可靠微服務(wù)架構(gòu)。移動端應(yīng)用擴展性強，可根據(jù)業(yè)務(wù)不同，將移動端應(yīng)用進行模塊解耦，提高可復(fù)用度的同時，極大降低變更的復(fù)雜性，同時為快速集成做好準(zhǔn)備。

4 智慧管控平臺的應(yīng)用

4.1 平臺功能

大東湖深隧智慧管控平臺集合全維信息、績效管理、資產(chǎn)管理、生產(chǎn)管理、應(yīng)急管理、數(shù)據(jù)管理、人員管理與系統(tǒng)管理八大功能模塊來解決深隧運維難題，強化區(qū)域運營調(diào)度，提高運營管理效率，保障深隧運行安全。

（1）全維信息模塊作為系統(tǒng)門戶頁面，對項目生產(chǎn)運行關(guān)鍵數(shù)據(jù)（輸送水量、設(shè)備工況、深隧流速、管道監(jiān)控、水耗電耗、調(diào)度計劃、預(yù)警信息等）進行全局三維展示，并將各生產(chǎn)單位的地理位置融入gis地圖界面，形成統(tǒng)一的監(jiān)控及調(diào)度入口（見圖2）。此外，系統(tǒng)還能通過仿真模型，對各預(yù)處理站的工藝流程、運行參數(shù)、預(yù)警信息等進行實時查看，直觀掌控項目生產(chǎn)現(xiàn)狀（見圖3）。

（2）績效管理模塊能對深隧工程績效指標(biāo)進行統(tǒng)一管理與維護，通過輸入項目所有績效考核指標(biāo)信息，形成深隧績效指標(biāo)庫。以自然年為單位，圍繞績效指標(biāo)實際情況，結(jié)合項目考核對象（泵站、處理站、深隧工程），系統(tǒng)自動形成一套標(biāo)準(zhǔn)的打分方式，供用戶進行考核自評價、問題上傳和模擬評分。系統(tǒng)還能根據(jù)用戶留在數(shù)據(jù)庫內(nèi)的考評痕跡，對自評跟政府評進行歸納對比，偏差分析，找出指標(biāo)偏差明顯項，并給到相應(yīng)的指標(biāo)改進建議。

（3）資產(chǎn)管理模塊能對資產(chǎn)的臺帳信息、設(shè)備參數(shù)、設(shè)備備件信息、和設(shè)備相關(guān)的供應(yīng)商信息、相關(guān)資料、設(shè)備圖文等進行統(tǒng)一管理（見圖4）。在設(shè)備現(xiàn)場可利用移動端應(yīng)用通過掃描設(shè)備二維碼獲取設(shè)備的基本屬性。在web端可以根據(jù)預(yù)處理站、功能分區(qū)、啟用日期篩選，或根據(jù)設(shè)備編碼/名稱直接搜索篩選；對設(shè)備相關(guān)文檔（說明書、故障報告等）進行科學(xué)、有序的管理，為設(shè)備后續(xù)的維護管理可以提供強有力的支撐。

（4）生產(chǎn)管理模塊能對當(dāng)月生產(chǎn)運行主要數(shù)據(jù)（設(shè)備養(yǎng)護、巡檢、工單完成率、設(shè)備完好率等）進行綜合統(tǒng)計分析，以了解項目生產(chǎn)運行總體情況（見圖5）。模塊還能對項目現(xiàn)場運行、報警、巡檢、保養(yǎng)、維修、排班等主要管理內(nèi)容進行集中管控。巡檢管理主要包括巡檢點管理、巡檢步驟管理、巡檢計劃、巡檢路線制定、巡檢任務(wù)、地圖巡檢跟蹤等；設(shè)備保養(yǎng)主要對設(shè)備日常保養(yǎng)的計劃、標(biāo)準(zhǔn)和工單進行管理；設(shè)備維修支持缺陷問題的移動端和web端申報與維修工單生成，并發(fā)送相關(guān)維修人員。問題處理完成并經(jīng)管理人員審核通過后關(guān)閉缺陷，實現(xiàn)整個設(shè)備缺陷的閉環(huán)管理。

（5）應(yīng)急管理模塊能對深隧內(nèi)的流速、淤積進行分析預(yù)警。依據(jù)已構(gòu)建的防淤積模型進行深隧淤積預(yù)測，通過建立規(guī)范化應(yīng)急預(yù)案制度對已知風(fēng)險進行識別、分析、處置、記錄，保障系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行。當(dāng)部分管段出現(xiàn)淤積時，運營人員可根據(jù)聯(lián)合調(diào)度方案、調(diào)度指令及淤積沖刷方案進行系統(tǒng)的線上調(diào)度調(diào)整，提高深隧流量計流速，來進行淤積沖刷（見圖6）。

（6）數(shù)據(jù)管理模塊能對獲取的各類生產(chǎn)、經(jīng)濟指標(biāo)數(shù)據(jù)，進行分類統(tǒng)計分析（見圖7），按照周期自動生成各類運營報表，通過對這些指標(biāo)進行橫縱向?qū)Ρ确治?，為項目生產(chǎn)運行提供決策依據(jù)。

（7）人員管理模塊主要內(nèi)容包括項目運營人員的培訓(xùn)及績效管理。培訓(xùn)管理主要根據(jù)人員線下培訓(xùn)、新員工入職培訓(xùn)制定培訓(xùn)計劃，以培訓(xùn)成果為切入點，結(jié)構(gòu)化管理思路，實現(xiàn)線上、線下雙重數(shù)據(jù)疊加反饋，為后續(xù)人員培訓(xùn)成果評分提供數(shù)據(jù)依據(jù)。績效管理主要通過建設(shè)人員績效考核指標(biāo)庫，設(shè)定指標(biāo)考核占比系數(shù)，按檔案管理思路對人員培訓(xùn)記錄、職業(yè)證書、人員工單完成情況、績效/積分成績等進行歸納匯總，排名對比，為人員績效考核、職稱能級調(diào)整提供數(shù)據(jù)支撐。

（8）系統(tǒng)管理模塊主要通過嚴(yán)格的權(quán)限管理功能，采取多種措施防止內(nèi)部人員對系統(tǒng)軟硬件資源、數(shù)據(jù)的非法利用。系統(tǒng)需提供統(tǒng)一身份認(rèn)證，便于系統(tǒng)管理，提高口令認(rèn)證系統(tǒng)的安全性，實現(xiàn)不同應(yīng)用系統(tǒng)間的口令的統(tǒng)一。用戶的各個角色在登錄到系統(tǒng)之后，可以按照不同角色的需求和關(guān)注項定義，設(shè)置個性化定制界面，用戶在首頁就可以看到其所關(guān)注的功能點的最新數(shù)據(jù)（見圖8）。

4.2 平臺應(yīng)用

（1）保障措施。大東湖深隧智慧運營管控平臺作為項目運營期的主要管理工具，承載著項目生產(chǎn)管理、資產(chǎn)管理、績效考核、應(yīng)急處置等多種功能。為保障平臺功能的真正實現(xiàn)，項目公司制定了《智慧運營平臺運行管理辦法》，對平臺的使用進行制度化的規(guī)范，并將平臺的使用率等指標(biāo)同項目公司員工的績效考核掛鉤，通過專項培訓(xùn)、使用考核等多種方式提高運營人員使用技能，避免平臺在項目運營期成為“擺設(shè)”，建而不用。此外，項目公司計劃在智慧運營平臺投入使用一年后，會根據(jù)平臺實際使用情況，對平臺進行功能升級改造，以完善系統(tǒng)功，提高平臺的友好度及使用率。

（2）效益分析。大東湖深隧智慧管控平臺利用先進的信息化技術(shù)，對項目生產(chǎn)運行進行智慧管控，通過收集、調(diào)度服務(wù)區(qū)域污水，統(tǒng)一傳輸送到下游污水廠進行集中處理，解決目前現(xiàn)狀污水處理廠處理能力不足、尾水不達標(biāo)排放的問題，有效保護了城市中心湖泊和港渠水質(zhì)，有利于水環(huán)境水質(zhì)目標(biāo)的實現(xiàn)，社會環(huán)境效益突出。平臺的建成投用實現(xiàn)了整個深隧系統(tǒng)的自動化和智慧化運行維護，降低了項目運行維護成本，提高了運行管理效率，單位水運營成本僅為0.13元/m3，經(jīng)濟效益突出。