«Электронный город»: Информатизация в водоканалах. ОАО «Нижегородский водоканал»
И.В. Клыков
руководитель проектами
ОАО "Нижегородский водоканал", г. Нижний Новгород
апрель 2014 г.
Нижний Новгород – пятый по численности населения город в России (около 1 300 тыс. чел.), расположенный на слиянии рек Волга и Ока. Заречная часть города (левая) пологая, геодезические отметки варьируются от 75 до 80 м над уровнем моря, Нагорная часть города (правая) имеет сложный рельеф, разница в отметках достигает 140 м.
Водоканал Нижнего Новгорода – один из самых крупных в нашей стране, численность персонала – более 2500 чел., протяженность водопроводных сетей – почти 2000 км, канализации – 1500 км. Дата рождения водоканала – 1847 г.
Проект по информатизации Водоканала начался в 2011 году. На тот момент в Водоканале было несколько программных комплексов по системам водоснабжения и водоотведения: городская ГИС «Дежурный план», ГИС «ИнГео», в которой велась база данных по системам водоснабжения и водоотведения, программа «MikeNET» для гидравлических расчетов. Кроме того, использовались различные дополнительные программы: «ДубльГИС», «1С» для заявок, биллинговая система «Эверест» и т.д. Огромный массив несистематизированной информации хранился в обычных офисных документах MS Word и Excel. Все эти системы эксплуатировались отдельно друг от друга, не было никакой синхронизации или сопряжения - ситуация достаточно ординарная для большинства водоканалов нашей страны. Состояние информатизации было плачевное: рассогласованность информации, непрозрачность, игнорирование отраслевой специфики. К 2011 году, спустя 6 лет от начала работы, в базу данных этих систем было введено не более 10% информации по сетям, причем к этому времени её уже нужно было актуализировать.
В 2011 году в Водоканал пришла новая команда руководителей, которая поставила перед собой достаточно амбициозные задачи: создать «умный» водоканал с «умными» инвестициями. Руководство понимало, что без основы, без электронной модели систем водоснабжения и водоотведения невозможно двигаться дальше, невозможно планировать какие-то долгосрочные инвестиционные программы, внедрять новые технологии и т.д. Был инициирован информационный проект, который назвали «Проект №1 - Гидромодель».
Начали с инвентаризации имевшихся информационных массивов: экспресс-анализы, экспертные оценки. Проведя тщательный анализ существующего в то время рынка информационных платформ, из всего разнообразия программных комплексов мы остановились на двух платформенных решениях : CityCom (ИВЦ «Поток») и Microstation (Bentley). Взвесив все «за» и «против», выбрали CityCom. Три ключевых момента сыграли свою роль при выборе. На тот момент у Bentley не было русифицированного интерфейса, также мы не понимали, смогут ли разработчики адаптироваться под наши условия и «хотелки», ну и третий, достаточно весомый, аргумент - положительный опыт по созданию и внедрению в водоканалах страны систем на базе ИГС «CityCom-ГидроГраф».
За основу мы взяли уже известный подход по формированию единого информационного пространства: мы предполагали, что в этой системе будут, помимо гидравлического расчета и ГИС-компоненты, диспетчерские задачи, сопряжение с биллингом и все, что относится к схемам водоснабжения и водоотведения.
Уже в процессе реализации проекта выяснилась еще одна «счастливая» подробность, подтвердившая правильность выбора. Платформа CityCom позволяет решить проблему секретности схемы водоснабжения, которая возникает при разработке электронных моделей для городов с численностью населения более 300 тыс. чел. Решение обеспечивается возможностью разбиения графической части проекта на «несекретные» фрагменты с численностью населения, не превышающей 300 тыс. чел., при этом гидравлическая расчетная модель системы водоснабжения остается полносвязной и целостной на всю территорию города. Полученные фрагменты схемы (компоненты) практически повторяют административные районы города с некоторыми расхождениями, вызванными нашими «гидравлическими» соображениями.
.jpg)
Рис. 1. Разбиение графической части проекта на «несекретные» фрагменты
В период с конца 2011 года и по настоящее время ведется ежедневная работа по обследованию и паспортизации сетей – проводится описание состояния запорной арматуры и колодцев, конструктивных параметров объектов и т.д., результаты обследований сразу же фиксируются в базе данных ИГС «CityCom-ГидроГраф». Регулярно производятся измерения фактических напоров в контрольных точках, на пожарных гидрантах, измерение суточных расходов на насосных станциях - это необходимо для дальнейшей калибровки гидравлической модели. За два года удалось вычертить и паспортизировать сети водопровода и канализации в полном объеме. В базу данных было введено около 1800 км водопровода и 1500 км канализации с полным описанием не только сетей, но и водопроводных и канализационных насосных станций.
Мы отказались от идеи создания так называемой «укрупненной» гидравлической модели с использованием «фиктивных» узлов и существенных упрощений, а пошли по пути полного описания сетей, вплоть до частных врезок и домовых вводов, совместив гидравлическую модель с паспортизационной в рамках одной программной платформы и единой базы данных, благо ИГС «CityCom-ГидроГраф» эту возможность обеспечивает естественным образом. Такой принцип был выбран осознанно, потому что одной из задач являлась связка с биллинговой системой по адресам зданий, с автоматизированной актуализацией данных модели по нагрузкам потребителей вместо большой и постоянной работы по ручному вводу этих данных. Это необходима для того, чтобы система всегда была в актуальном состоянии, чтобы можно было решать диспетчерские задачи, связанные с отключениями, с информированием абонентов, с планированием новых подключений и т.д.
На сегодняшний день в Нижегородском водоканале используется практически полная комплектация, доступная для ИГС «CityCom-ГидроГраф», установлены специальные модули по обмену данными с биллингом, подсистема диспетчерских данных по архивам, подсистема локализации аварий, учета повреждений и система диспетчерского управления «Заявки».
Рис. 2. Единое информационное пространство ОАО "Нижегородский водоканал" на платформе CityCom
Необходимо отдельно остановиться на задаче внедрения подсистемы «Заявки». Безусловно, это самый сложный модуль и самая сложная задача при внедрении подобных систем. Трудности возникают по разным причинам, но в основном, конечно, они связаны со спецификой диспетчерских служб водоканалов: слишком большая ответственность, слишком сложные системы управления, и какое-то вмешательство в данные системы может привести к катастрофическим последствиями, поэтому здесь, конечно же, нужно действовать аккуратно.
В процессе реализации проекта мы, как, наверное, многие подобные организации, тоже наступили на грабли, решили обойтись какими-то своими разработками, предполагая, что впоследствии сможем их как-то включить в общую систему. Однако сделать этого не удалось, поэтому было принято решение все-таки пойти по проторенному пути и использовать штатные средства CityCom. Мы воспользовались существующими наработками по подсистеме «Заявки», внесли свои пожелания, попросили разработчиков учесть наши структурные особенности и в итоге, в течение 2013 года сумели постепенно, хотя и не без помощи административного ресурса, внедрить «Заявки» в эксплуатацию.
На сегодняшний день у нас все районные диспетчерский службы Водоканала работают в подсистеме «Заявки» на базе ИГС «CityCom-ГидроГраф». По ходу эксплуатации подсистемы приходится менять какие-то изначальные подходы и дорабатывать саму систему, появляются новые желания, новые отчеты. Сейчас уже совершенно очевидно, что невозможно построить систему учета заявок без привязки её к схеме объектов. Наше глубокое убеждение состоит в том, что схема первична, без неё невозможно двигаться куда-то в части решения не только диспетчерских задач, но и многих других содержательных задач, стоящих пред водоканалами.
Рис. 3. Подсистема "Заявки"
Немного о результатах. По канализации получилась достаточно большая схема, количество узлов и участков в модели превышает 130 тысяч, размерность модели системы водопровода - около 70-80 тысяч. Произведена предварительная калибровка, получены первые результаты по гидравлическому моделированию водопроводных сетей Заречной части города. На основании многовариантного моделирования составлен предварительный план по оптимизации работы системы водоснабжения Заречной части. Работа по моделированию и оптимизации режимов продолжается.
В результате моделирования и анализа результатов расчетов было установлено, что система водоснабжения имеет очень серьезный резерв, в этом плане Нижний Новгород – уникальный город, резерв пропускной способности сети больше 300%. Это, с одной стороны, хорошо, а с другой стороны, является источником проблем, так как скорости в большей части сети оказываются меньше нормативных значений. Есть скорости, которые приближены к критическим (0,1 – 0,2 м/с), и это, конечно же, напрямую влияет на качество воды. Причинами такого состояния сетей являются несколько факторов: это закрытая запорная арматура, наличие воздуха в системах, отложения в водоводах. На самом деле, мероприятия по оптимизации работы сетей достаточно прозаичны: нужно устранить эти недостатки, и таким образом мы сможем реализовать то, к чему многие годы команда Водоканала стремится в своих долгосрочных планах, а именно : отказ от объема покупной воды и остановка нескольких насосно-перекачивающих станций.
Помимо устранения выявленных недостатков, предполагается устройство коротких перемычек для того, чтобы перераспределить воду и выровнять давление в Заречной части. Это позволит стабилизировать давление, поднять там, где его недостаточно, при этом порядка 30 повысительных насосных станций мы сможем отключить, тем самым получив экономический эффект. Общий эффект от оптимизации планируется весьма серьезный, при том что затраты окупаются достаточно быстро.
Ну и немного о наших планах и о развитии системы. В процессе эксплуатации ИГС «CityCom-ГидроГраф» мы поняли, что нам необходимо дополнить систему еще несколькими подсистемами. Наши энергетики желают видеть на плане свои электрические сети от всех насосных станций и объектов; управление имуществом захотело вести инвентаризацию в ИГС «CityCom», и это правильно, потому что вся паспортная информация находится здесь; диспетчерская служба тоже продолжает наращивать свои интересы, и все, что касается работ по автоматизации локализации аварий и ведении переключений, мы тоже планируем реализовать уже в 2014 году.
руководитель проектами
ОАО "Нижегородский водоканал", г. Нижний Новгород
апрель 2014 г.
Нижний Новгород – пятый по численности населения город в России (около 1 300 тыс. чел.), расположенный на слиянии рек Волга и Ока. Заречная часть города (левая) пологая, геодезические отметки варьируются от 75 до 80 м над уровнем моря, Нагорная часть города (правая) имеет сложный рельеф, разница в отметках достигает 140 м.
Водоканал Нижнего Новгорода – один из самых крупных в нашей стране, численность персонала – более 2500 чел., протяженность водопроводных сетей – почти 2000 км, канализации – 1500 км. Дата рождения водоканала – 1847 г.
Проект по информатизации Водоканала начался в 2011 году. На тот момент в Водоканале было несколько программных комплексов по системам водоснабжения и водоотведения: городская ГИС «Дежурный план», ГИС «ИнГео», в которой велась база данных по системам водоснабжения и водоотведения, программа «MikeNET» для гидравлических расчетов. Кроме того, использовались различные дополнительные программы: «ДубльГИС», «1С» для заявок, биллинговая система «Эверест» и т.д. Огромный массив несистематизированной информации хранился в обычных офисных документах MS Word и Excel. Все эти системы эксплуатировались отдельно друг от друга, не было никакой синхронизации или сопряжения - ситуация достаточно ординарная для большинства водоканалов нашей страны. Состояние информатизации было плачевное: рассогласованность информации, непрозрачность, игнорирование отраслевой специфики. К 2011 году, спустя 6 лет от начала работы, в базу данных этих систем было введено не более 10% информации по сетям, причем к этому времени её уже нужно было актуализировать.
В 2011 году в Водоканал пришла новая команда руководителей, которая поставила перед собой достаточно амбициозные задачи: создать «умный» водоканал с «умными» инвестициями. Руководство понимало, что без основы, без электронной модели систем водоснабжения и водоотведения невозможно двигаться дальше, невозможно планировать какие-то долгосрочные инвестиционные программы, внедрять новые технологии и т.д. Был инициирован информационный проект, который назвали «Проект №1 - Гидромодель».
Начали с инвентаризации имевшихся информационных массивов: экспресс-анализы, экспертные оценки. Проведя тщательный анализ существующего в то время рынка информационных платформ, из всего разнообразия программных комплексов мы остановились на двух платформенных решениях : CityCom (ИВЦ «Поток») и Microstation (Bentley). Взвесив все «за» и «против», выбрали CityCom. Три ключевых момента сыграли свою роль при выборе. На тот момент у Bentley не было русифицированного интерфейса, также мы не понимали, смогут ли разработчики адаптироваться под наши условия и «хотелки», ну и третий, достаточно весомый, аргумент - положительный опыт по созданию и внедрению в водоканалах страны систем на базе ИГС «CityCom-ГидроГраф».
За основу мы взяли уже известный подход по формированию единого информационного пространства: мы предполагали, что в этой системе будут, помимо гидравлического расчета и ГИС-компоненты, диспетчерские задачи, сопряжение с биллингом и все, что относится к схемам водоснабжения и водоотведения.
Уже в процессе реализации проекта выяснилась еще одна «счастливая» подробность, подтвердившая правильность выбора. Платформа CityCom позволяет решить проблему секретности схемы водоснабжения, которая возникает при разработке электронных моделей для городов с численностью населения более 300 тыс. чел. Решение обеспечивается возможностью разбиения графической части проекта на «несекретные» фрагменты с численностью населения, не превышающей 300 тыс. чел., при этом гидравлическая расчетная модель системы водоснабжения остается полносвязной и целостной на всю территорию города. Полученные фрагменты схемы (компоненты) практически повторяют административные районы города с некоторыми расхождениями, вызванными нашими «гидравлическими» соображениями.
Рис. 1. Разбиение графической части проекта на «несекретные» фрагменты
В период с конца 2011 года и по настоящее время ведется ежедневная работа по обследованию и паспортизации сетей – проводится описание состояния запорной арматуры и колодцев, конструктивных параметров объектов и т.д., результаты обследований сразу же фиксируются в базе данных ИГС «CityCom-ГидроГраф». Регулярно производятся измерения фактических напоров в контрольных точках, на пожарных гидрантах, измерение суточных расходов на насосных станциях - это необходимо для дальнейшей калибровки гидравлической модели. За два года удалось вычертить и паспортизировать сети водопровода и канализации в полном объеме. В базу данных было введено около 1800 км водопровода и 1500 км канализации с полным описанием не только сетей, но и водопроводных и канализационных насосных станций.
Мы отказались от идеи создания так называемой «укрупненной» гидравлической модели с использованием «фиктивных» узлов и существенных упрощений, а пошли по пути полного описания сетей, вплоть до частных врезок и домовых вводов, совместив гидравлическую модель с паспортизационной в рамках одной программной платформы и единой базы данных, благо ИГС «CityCom-ГидроГраф» эту возможность обеспечивает естественным образом. Такой принцип был выбран осознанно, потому что одной из задач являлась связка с биллинговой системой по адресам зданий, с автоматизированной актуализацией данных модели по нагрузкам потребителей вместо большой и постоянной работы по ручному вводу этих данных. Это необходима для того, чтобы система всегда была в актуальном состоянии, чтобы можно было решать диспетчерские задачи, связанные с отключениями, с информированием абонентов, с планированием новых подключений и т.д.
На сегодняшний день в Нижегородском водоканале используется практически полная комплектация, доступная для ИГС «CityCom-ГидроГраф», установлены специальные модули по обмену данными с биллингом, подсистема диспетчерских данных по архивам, подсистема локализации аварий, учета повреждений и система диспетчерского управления «Заявки».
Рис. 2. Единое информационное пространство ОАО "Нижегородский водоканал" на платформе CityCom
Необходимо отдельно остановиться на задаче внедрения подсистемы «Заявки». Безусловно, это самый сложный модуль и самая сложная задача при внедрении подобных систем. Трудности возникают по разным причинам, но в основном, конечно, они связаны со спецификой диспетчерских служб водоканалов: слишком большая ответственность, слишком сложные системы управления, и какое-то вмешательство в данные системы может привести к катастрофическим последствиями, поэтому здесь, конечно же, нужно действовать аккуратно.
В процессе реализации проекта мы, как, наверное, многие подобные организации, тоже наступили на грабли, решили обойтись какими-то своими разработками, предполагая, что впоследствии сможем их как-то включить в общую систему. Однако сделать этого не удалось, поэтому было принято решение все-таки пойти по проторенному пути и использовать штатные средства CityCom. Мы воспользовались существующими наработками по подсистеме «Заявки», внесли свои пожелания, попросили разработчиков учесть наши структурные особенности и в итоге, в течение 2013 года сумели постепенно, хотя и не без помощи административного ресурса, внедрить «Заявки» в эксплуатацию.
На сегодняшний день у нас все районные диспетчерский службы Водоканала работают в подсистеме «Заявки» на базе ИГС «CityCom-ГидроГраф». По ходу эксплуатации подсистемы приходится менять какие-то изначальные подходы и дорабатывать саму систему, появляются новые желания, новые отчеты. Сейчас уже совершенно очевидно, что невозможно построить систему учета заявок без привязки её к схеме объектов. Наше глубокое убеждение состоит в том, что схема первична, без неё невозможно двигаться куда-то в части решения не только диспетчерских задач, но и многих других содержательных задач, стоящих пред водоканалами.
Рис. 3. Подсистема "Заявки"
Немного о результатах. По канализации получилась достаточно большая схема, количество узлов и участков в модели превышает 130 тысяч, размерность модели системы водопровода - около 70-80 тысяч. Произведена предварительная калибровка, получены первые результаты по гидравлическому моделированию водопроводных сетей Заречной части города. На основании многовариантного моделирования составлен предварительный план по оптимизации работы системы водоснабжения Заречной части. Работа по моделированию и оптимизации режимов продолжается.
В результате моделирования и анализа результатов расчетов было установлено, что система водоснабжения имеет очень серьезный резерв, в этом плане Нижний Новгород – уникальный город, резерв пропускной способности сети больше 300%. Это, с одной стороны, хорошо, а с другой стороны, является источником проблем, так как скорости в большей части сети оказываются меньше нормативных значений. Есть скорости, которые приближены к критическим (0,1 – 0,2 м/с), и это, конечно же, напрямую влияет на качество воды. Причинами такого состояния сетей являются несколько факторов: это закрытая запорная арматура, наличие воздуха в системах, отложения в водоводах. На самом деле, мероприятия по оптимизации работы сетей достаточно прозаичны: нужно устранить эти недостатки, и таким образом мы сможем реализовать то, к чему многие годы команда Водоканала стремится в своих долгосрочных планах, а именно : отказ от объема покупной воды и остановка нескольких насосно-перекачивающих станций.
Помимо устранения выявленных недостатков, предполагается устройство коротких перемычек для того, чтобы перераспределить воду и выровнять давление в Заречной части. Это позволит стабилизировать давление, поднять там, где его недостаточно, при этом порядка 30 повысительных насосных станций мы сможем отключить, тем самым получив экономический эффект. Общий эффект от оптимизации планируется весьма серьезный, при том что затраты окупаются достаточно быстро.
Ну и немного о наших планах и о развитии системы. В процессе эксплуатации ИГС «CityCom-ГидроГраф» мы поняли, что нам необходимо дополнить систему еще несколькими подсистемами. Наши энергетики желают видеть на плане свои электрические сети от всех насосных станций и объектов; управление имуществом захотело вести инвентаризацию в ИГС «CityCom», и это правильно, потому что вся паспортная информация находится здесь; диспетчерская служба тоже продолжает наращивать свои интересы, и все, что касается работ по автоматизации локализации аварий и ведении переключений, мы тоже планируем реализовать уже в 2014 году.