通航建筑物功能恢复决策技术研究

王文革 杨海斌

摘  要：基于监测数据，结合通航建筑物用途、分类、结构，以及通航建筑物的维修保养手册、标准规范等内容，对通航建筑物分类、结构、部件、部件属性、属性内容、量化内容等进行有效梳理后设计出数据结构，在采用信息化技术搭建研发的通航建筑物功能恢复决策系统中，通过相关数据管理功能构建维护维修保养矩阵，并结构化存储维修保养矩阵数据，决策系统结合维修保养矩阵数据和实时监测数据生成维修保养建议， 为通航建筑物功能恢复提供决策支持，并提升决策水平。

关键词：通航建筑物;船闸;维修保养矩阵;数据结构化;信息化管理;编码

中图分类号：U643  文献标识码：A

内河航运是综合交通运输体系的重要组成部分，加快内河航道建设，大力发展内河航运，推动港航融合发展，实现水力资源的综合利用，就是贯彻落实运输结构转型升级、实现绿色低碳发展的重要举措。

以江苏省谏壁船闸为例，截至2020年12月31日，谏壁船闸船舶通过量突破1.94亿t，再创历史新高。2020年全年，谏壁船闸共开放套闸22 689闸次。船舶通过量1.94亿t，同比增长5%;货物通过量1.18亿 t，同比增长3.5%。从这组数据中我们可以看到，保障船闸运行效率、减少船舶积压、保持安全高效运行对推动地方经济、发展我国内河航运事业有重大意义。

国内内河航道基础设施普遍存在服役状态监测能力弱、安全预警防控能力差等突出问题，主要制约因素在于内河航道基础设施面临复杂环境，其监测预警的重大共性关键技术尚未取得突破，国家重点研发计划任务相关执行单位正在积极攻克各类内河航道设施，包括航标、整治建筑物、通航建筑物等的监测方法，形成内河航道设施服役状态的在线智能监测技术，据此建立内河航道设施的服役状态预警模型，研发内河航道设施功能恢复的决策技术，来增强我国内河航道设施的智能监测预警能力及决策水平。

1 数据结构梳理

通航建筑物是用于克服集中水位落差或地形障碍而升降或通过船舶的水工设施，又称过船建筑物。通航建筑物按功能可分为升降船舶的建筑物和通过船舶的建筑物。升降船舶的建筑物又可分为船闸与升船机两种基本型式。现代过船建筑物应用最多的是船闸，其次是升船机。

以船闸为例，通过分析江苏省地方标准船闸维护规程[1]得知，船闸结构主要分为闸门、阀门、启闭机、电气、水工建筑物及其附属设施等大类。每个大类结构下根据当前大类结构的特性细分出很多部件小类结构。

以闸门为例，闸门按其类型可分为升卧闸门、横拉闸门、三角闸门、人字闸门等。

以横拉闸门为例，横拉闸门下包含了门体、推拉牵引装置、链条、吊杆、销轴、侧向导轮、固定螺栓螺母、轨道、轨床、轨道压板及螺栓等部件结构，每个小类部件结构都具有运行观测属性，属性的内容根据部件结构特性细分出很多属性的内容。

以横拉闸门为例，横拉闸门运行观测属性的内容包含了运行平稳、运行不平稳、有漏水、无漏水、运行有抖动、运行无抖动、运行有异常声响、运行无异常声响、启闭时间在规定范围内、启闭时间不在规定范围内等。

横拉闸门不光只具有运行观测属性，还同时具有维修保养属性，维修保养属性的内容包括了挡水面板及其他钢构件局部变形严重或开裂部位应采取矫正、补强等措施修复等。

从横拉闸门维修保养属性的内容可以看出，这些属性内容可以細分到每个运行的小类结构部件中，因为每个运行的小类结构部件都具有运行观测属性，而每个运行观测属性的内容都会有与其对应的维修保养属性的内容。还可以将运行观测属性的内容按度量范围进一步细化，如裂口长度可量化出几种范围，每种范围将有对应的维修保养属性内容，即横拉闸门门体运行观测结果为局部开裂有漏水，采集裂口长度等量化数据或形变量化数据，那么对应的维修保养属性内容中就会有挡水面板局部开裂部位、形变部位的量化范围是什么，采取矫正、修补、补强或直接更换门体等措施进行修复。

通过以上对横拉闸门的举例分析后就可以得出维修保养矩阵的数据结构及其关系型存储结构，通过信息化技术设计构建出数据结构后就可以实现对船闸、闸门、横拉闸门、门体、运行观测属性，属性内容、维修保养内容进行数据树形结构化、关系化存储，从而构建出通航建筑物的维修保养矩阵。

2 信息化管理

通过信息化技术搭建研发通航建筑物功能恢复决策系统可对通航建筑物的维修保养矩阵数据可进行信息化的维护管理。系统可按前后分离架构实现系统业务功能。服务端可采用如java等进行构建，前端页面可采用如vue.js等进行构建，关系型数据存储可采用开源的数据库中间件，如mysql等构建。

系统中可通过部件管理进行通航建筑物的分类、结构、部件进行树形结构化维护。即先维护通航建筑物的大类，如船闸、升船机、引航道等。然后在每个大类下维护主体结构，如船闸下可维护闸门、阀门、启闭机、电气、水工建筑物及其附属设施等结构。结构下可维护部件，如闸门可维护门体、推拉牵引装置、链条、吊杆、销轴、侧向导轮、固定螺栓螺母、轨道、轨床、轨道压板及螺栓等部件结构。部件结构下还存在更细分类的部件时可在部件下继续维护子部件结构，直至最小级别的部件结构数据维护完成。

通过部件属性管理进行运行观测属性、属性内容、量化观测内容进行运行观测属性内容的树形结构化维护。即先维护部件的运行观测属性，如闸门运行观测属性包扩运行时状态、开启时状态、关闭时状态等，其状态分别对应的属性内容包括运行平稳、运行不平稳、有漏水、无漏水、运行有抖动、运行无抖动、运行有异常声响、运行无异常声响、启闭时间在规定范围内、启闭时间不在规定范围内等。在漏水属性内容下可细分出量化观测内容，如裂口长度20  cm左右，裂口长度50 cm左右、裂口长度100 cm左右等。再如局部形变半径20 cm左右，局部形变半径50 cm左右、局部形变半径100 cm左右等。量化观测内容由部件的特性决定，每个运行的部件都存在多种量化观测内容，量化观测内容维护的越详细越好。

通过维修保养属性管理进行部件属性及内容、量化观测内容，内容的维修保养措施、工艺等进行字典关系化维护。即为每一个属性内容、量化观测内容都维护详细的维修保养措施、工艺等。

维修保养措施如闸门的挡水面板及其他钢构件局部变形严重或开裂部位应采取矫正、补强等措施修复;构件表面局部锈蚀部位应进行清理并重新补漆;焊缝及其热影响区出现裂纹、脱焊等缺陷部位应进行清理并补焊;钢护木出现破损应修复或更换;工作桥面板、扶手栏杆等变形严重或损坏的应矫正或更换，锈蚀部位应进行清理并重新补漆;运转轴与滑动轴承之间应配合紧密，运转自如，对磨损严重、间隙过大导致运行不平稳的应进行拆解检测;轴类出现裂纹，应予以更换;轴类工作表面出现啃伤、镀铬层脱落，应予以更换;轴类最大磨损量超过1 mm，应予以更换;轴承类出现裂纹，应予以更换;轴承类与轴之间出现黏着磨损，应予以更换;轴承类最大磨损量超过2 mm，应予以更换;滚轮类出现裂纹，应予以更换;滚轮类踏面磨损超过5 mm，应予以更换;止水橡皮磨损严重、发生撕裂，止水压板变形损坏，影响安全使用的应予以更换;润滑泵元件损坏或严重磨损，应予以更换[1]等。

修理工艺如阀门修理前应清理检修平台，确保支垫梁、锁定装置及起吊装置的安全可靠，做好人身安全保护;吊杆宜采用从上到下的顺序逐节拆卸，吊杆拆卸完毕可将门体锁定至检修平台，如需要更换滚轮及底止水等，应将阀门完全吊入检修平台并支承固定好;门体及轨道槽中的杂物与水生物应予以清理，清理时不得破坏原构件的保护层;初步判断止水、滚轮、镶面板等零部件的老化、磨损及完好性，对需要修复或更换的零部件进行拆卸并清洗，拆卸时不得破坏零部件原有使用功能，清洗时应彻底 ;拆卸清洗后的零部件应进行编号、测量并记录，记录资料应进行专业分析;止水件更换时，止水件螺栓孔应与门体原孔位配钻;主侧滚轮、轴及轴承的修复与更换应成套进行;可拆卸镶面板更换时应检查限位键，限位键锈蚀应一并更换;需要更换的或已修复的零部件应进行检测和及时保护，各参数应满足设计要求，并在有效时限内进行安装;阀门吊入门槽前，宜按从下到上的顺序逐节进行解锁与吊杆安装;阀门安装完毕应进行全过程运行观测[1]等。

在进行通航建筑物结构部件维护时，要按一定规则将结构部件进行编码，即每个需要运行观测的部件都要具有唯一的编码值，同时还要为部件的运行观测属性内容、量化观测内容进行编码，即部件的实时监测数据中的部件编码、运行观测属性内容编码与系统中维修保养矩阵数据中的部件编码、运行观测属性内容编码相对应后系统才能匹配到维修保养矩阵数据中的维修保养措施、工艺等数据，即得到预期的维修保养建议内容。编码规则及编码内容需要监测数据提供方与系统服务提供方共同商讨确定，以便双方可以完成有效数据交互业务。

系统提供接口服务，接收到部件的实时监测数据后结合维修保养矩阵数据生成维修保养建议， 各部件运行觀测属性、属性内容、量化观测内容及内容的维修保养措施、工艺等数据维护的越全面、详尽，得到的维修保养建议越清晰明确，越能提升通航建筑物功能恢复的决策水平。

3 结 语

信息化技术在我们的生活中越来越普遍、普及，其最大的特性是有效地提升了生产力水平，通过信息化技术构建的信息化系统，可直接将原始低效的纸质人工作业替换为信息化数字作业，通过信息化系统提供的业务功能，我们只需动动手即可快速在系统中维护各类业务数据。同时，系统还提供了特定的业务接口，接口获取到有效数据后即可按特定逻辑执行并快速输出执行结果，接口调用方得到执行结果后即可完成特定业务功能。

但是对通航建筑物、建筑物的分类、结构、结构的部件、部件的运行属性、属性内容、量化观测内容、维修保养属性内容等的梳理、确定，编码规则商讨确定等工作是不可避免要花费大量人工成本的，而且这部分工作是信息化技术无法替代的，因为信息化技术只是被动执行者，不存在主观意识更无法主观臆断。这部分工作的结论则可通过基于信息化技术实现的系统进行数据信息化维护管理和存储。

通航建筑物功能恢复决策技术实现离不开信息化技术的支撑，无论是用户界面构建、系统架构搭建、业务功能开发还是数据存储以及系统运维，都离不开信息化技术。信息化技术种类繁多，需根据业务场景、特性等选择适合的技术架构进行系统搭建、研发、运维。

参考文献

[1]  DB32/T 3310-2017，船闸维护规程[S].

[2]周振红，方朝阳，李步娟等. 葛洲坝船闸安全信息管理系统软件开发[J].武汉大学学报（工学版），2001，34（4）.

[3] 丁 悦.内河船闸系船钩损坏原因分析及修复技术[J].施工技术，2007，36.

基金项目：国家重点研发计划资助项目（ 2018YFB1600400）

作者简介：

王文革，高级工程师，从事通信、信息化相关行业，（ E-mail）wwenge@cttictj.cn

杨海斌，工程师，从事信息化相关行业，（E-mail）yhaibin@cttictj.cn