论基于信息技术的水闸维护管理

摘 要：水利设施是我国长期经济建设不可或缺的内容，水闸的设置是现代化防洪工程中重要的设施，其关系着人民生命财产安全，在管理上稍有不当极易酿成灾害。因此水闸的维护管理是值得研究的一个重要课题。水闸的维护管理是一种重要的内容，需庞大的人力资源。信息技术为水闸的自动化维护管理提供了有效的手段。本文讨论了水闸维护保养与信息技术的结合，研究了基于信息技术的水闸维护管理系统的构建，对其技术发展进行了展望。

关键词：水闸维护管理;信息技术;路径规划

中图分类号：TV66 文献标识码：A

引言

我国幅员辽阔，水闸分布广阔，各级县市政府因人员不足，所以大多数水闸均交由当地管理。但历年来县市政府因受预算限制，也大多未编列水闸维修及管理经费，造成许多水闸年久失修，功能无法发挥。水闸的维护保养工作具有相当大的工作量，许多典型的故障与失修内容包括：水闸混凝土构造物损坏及不良，闸门扇损坏及不良，闸门操作不良，无闸门维护记录卡，无操作手册等等。近年来因政府公共事务日益繁重，政府机关组织精简，使得人事编制无法扩充，水闸的管理又需庞大的人力资源，为解决政府人事问题的困境及风险分担，水利部开始研究指定水闸管理的相关问题[1]。水闸委托维护管理虽可解决政府在机关组织精简，人事编制无法扩充的困境及风险分担问题，但如果执行不佳，则对于水闸维护管理的质量及灾害的预防难见成效[2]。

日常维护保养工作由维护保养车搭载器材及技术工人由管理站出发依序保养各水闸，如此周期性反复。然而，目前水闸维护保养计划的拟定尚未有一套科学化及系统化的方法，本研究的目的是将信息技术用于水闸的维护管理，提出一套水闸维护保养路径规划模式，以作为进一步发展更精确评估方式的前导性研究。信息技术为水闸的自动化维护管理提供了有效的手段。本文讨论了水闸与信息技术的结合，对其技术发展进行了展望。

水闸的维护管理

我国现有使用的水闸有多种分类，本文中仅讨论四种水闸的维护工作，即手动式、自动式、油压式、电动机式。水闸维护保养中，一般执行内容如下：如果在非汛期（一般在1~4月及12 月）每两星期维护保养一次，而在汛期（一般在5~11 月）中每星期维护保养一次。此外，厂商需要自行设置至少一处的管理站，以备储放各项水闸维护保养的器械。日常维护保养工作由维护保养车搭载器材及技术工人由管理站出发依序保养各水闸，如此周期性反复。本研究中关注的焦点是水闸的维护保养计划的制定，下面我们仅对水闸维护保养工作的内容进行简单介绍，并将其分为四类。第一：第一，手动式。其中包括了检查钢结构：检查各机件是否扭曲、变形、裂缝、生锈及闸门运作是否顺畅。橡胶水封：检查橡胶水封是否老化、变质、缺损。检查压条、固定螺栓是否松动。检查接合处、角隅水封状况是否良好。吊门机：检查油是否足够。检查基座固定螺栓是否松动。确认轨道无杂物。第二，自动式。其中包括了检查钢结构：检查各机件是否扭曲、变形、裂缝、生锈及闸门运作是否顺畅。橡胶水封：检查橡胶水封是否老化、变质、缺损。检查压条、固定螺栓是否松动。检查接合处、角隅水封状况是否良好。第三，油压式。其中包括了检查钢结构：检查各机件是否扭曲、变形、裂缝、生锈及闸门运作是否顺畅。橡胶水封：检查橡胶水封是否老化、变质、缺损。检查压条、固定螺栓是否松动。检查接合处、角隅水封状况是否良好。电气系统：检查各操作按钮、开关、指示灯、警报器等是否正常。检查接线是否破损。检查供电电压、电流、频率等是否正常。驱动系统：检查油压马达、减速机、传动链条等是否运作正常及其油是否充足、固定螺栓是否松动。确认轨道无杂物。确认手动操作设备正常。油压系统：检查各流量阀、方向阀、控制阀、油压马达、油压缸、油压管等之性能是否正常。检查循环油的污染状况及其储量是否在规定值内。检查各固定螺栓是否松动。确认正确的工作压力。第四，电动机式。包括了检查钢结构：检查各机件是否扭曲、变形、裂缝、生锈及闸门运作是否顺畅。橡胶水封：检查橡胶水封是否老化、变质、缺损。检查压条、固定螺栓是否松动。检查接合处、角隅水封状况是否良好。电气系统：检查各操作按钮、开关、指示灯、警报器等是否正常。检查接线是否破损。检查供电电压、电流、频率等是否正常。驱动系统：检查油压马达、减速机、传动链条等是否运作正常及其油是否充足、固定螺栓是否松动。确认轨道无杂物。确认手动操作设备正常。除了上述正规的检查项目之外，对水闸的维护管理还需要清理卡在水闸底部的杂物、树枝及垃圾等。

基于信息技术的水闸维护管理

水闸维护保养问题不同于一般工程的排程问题，是一种典型的车辆路程问题（Vehicle Routing Problem，VRP）[3]。该模式包含下列机制或限制：第一，根据输入的基本数据估计单座水闸所需的维护保养耗时。第二，排定每一天的水闸维护保养路线及顺序。第三，不超过每日工作时间限制且使得每日之工作时数大致相同。第四，符合规范要求的维护保养频率。第五，能迅速重新排定计划以因应突发状况。然而，目前水闸维护保养计划的拟定尚未有一套科学化及系统化的方法，本研究的目的是将信息技术用于水闸的维护管理，提出一套水闸维护保养路径规划模式，以作为进一步发展更精确评估方式的前导性研究。

图1基于信息技术的水闸维护管理系统

车辆路程问题（Vehicle Routing Problem，VRP）由旅行推销员问题演化而来，将路程中加入一个起始站，并将旅行推销员路线切割为若干段。以保养服务车为例，保养服务车每天均由中心出发，行经当天各目标站执行维修保养任务之后回到配送中心，如此周而复始。而水闸维护保养计划则类似于物流配送车的路线规划问题：考虑于特定时段到达维修保养点，为一时窗限制的车辆路程问题（Vehicle Routing Problems with Time Window Constraints，VRPTW）[4]。路程规划系统采用局部的或全局的优化算法，来决定水闸的维护保养顺序，使成为若干段路程以供计划所需。路程的切割依据以每天的总耗时长度为主，考虑使每一段路程经过的水闸维护总耗时和交通时间总和维持一定值为目标，意即每天该组维护保养人员的工作时间大致相等。采用此切割依据为派工优化的考虑。

根据前述分析，可以将水闸维护保养路径规划模式再细分为几个子模块：数据输入子模块、水闸估时子模块、水闸路程规划子模块，以及显示输出子模块。整个系统概观图如图1所示，共区分为四个组件，其中的水闸估时子系统及水闸路程规划子系统为其中的核心。

（一）数据录入子系统

用于本研究中的输入资料，包含水闸的宽度（实数表示，单位：公尺）、水闸的动力构造（编码表示）、水闸的位置（编码表示）、水闸的坐标（X、Y）、完成与否（0、1）。其信息可以由全国水闸注册登记管理系统中获得，如图2所示：

图2 全国水闸注册登记管理系统界面

（二）水闸估时子系统

本研究经初步访谈相关业务人员后，得知单座水闸的维护保养所需耗时主要受到三因素影响：水闸的宽度、水闸的动力构造及水闸位置在水面上下等。三种因素交互影响之下水闸维护保养的预期耗时（Expected Time），以上均假设各因子间互为独立。水闸估时子系统的功能是估计单座水闸所需的维护保养耗时，以供后续的水闸路程规划子系统使用。

关于影响维护单座水闸耗时的因素，由初步访谈相关人员后，得知影响维护单座水闸耗时的因素繁多，诸如：宽度、动力构造、水闸位置、建造年代、当天天候、河川特性等。经过进一步筛选后得知以水闸的宽度、动力构造、位置等三项较为重要，为本研究所采用，原因如下：1. 宽度：愈宽的水闸须维护的面积愈大，耗时愈久。2. 动力构造：如前一节所示的工作内涵，不同的动力构造所需工作复杂度不同。3. 位置：深入水面下的水闸易卡到杂物、树枝或垃圾等，清理颇费时。

（三）水闸路程规划子系统

本子系统雷同于物流车路程问题，包含有车辆行经各水闸之顺序及计算其总路程长度。但有四点不同如述：a.维护保养车辆并非载货补给物料，因此不考虑载货容量；b.水闸维护保养时段并非严格限定，意即不考虑时窗限制；c.单座水闸维护保养耗时差异大，从十几分钟到数小时均有；d.可容许今日预定完成维护保养而因故未完成，但将影响明日或往后之路程。水闸路程规划子系统的功能是依据行车耗时及单座水闸维护耗时之和，排定每日水闸维护保养车的行驶路线。根据水闸估时子系统及水闸路程规划子系统的过程后，可得水闸维护保养路线，并使每天工作时数大致相似。

四、结论

我国幅员辽阔，水闸分布广阔，水闸的维护保养工作具有相当大的工作量，日常维护保养工作由维护保养车搭载器材及技术工人由管理站出发依序保养各水闸，如此周期性反复。然而，目前水闸维护保养计划的拟定尚未有一套科学化及系统化的方法，本研究的目的是将信息技术用于水闸的维护管理，提出一套水闸维护保养路径规划模式，以作为进一步发展更精确评估方式的前导性研究。信息技术为水闸的自动化维护管理提供了有效的手段。本文讨论了水闸与信息技术的结合，对其技术发展进行了展望。

参考文献

姚志洪．信息整合与信息孤岛．医学与工程.2003(5)：10-13．

瞿国庆，江剑，李武林，等．基于Web的水闸自动化管理系统设计明．世界仪表与自动化.2007(4)：53—54．

Li-Chung Chao, Miroslaw J. Skibniewski, 1998, “Fuzzy Logic for Evaluating Alternative Construction Technology”, Journal of Construction Engineering and Management, July/August, pp.297-304.

M. M. Solomon, 1987, “Algorithm for The Vehicle Routing and Scheduling Problems with Time Window Constraints”, Operations Research 35:2, pp.254-256.

作者简介：李波（1985.7），男，上海市奉贤区人，大专，上海市奉贤区河道水闸管理所，助理工程师。