智慧水廠(chǎng)發展現狀及建設思考

1 智慧水廠(chǎng)概念

自(zì)從(cóng)2010年(nián)IBM首次正式提出智慧城(chéng)市的概念之後，智慧水務作(zuò)爲其中一部分(fēn)也應運而生(shēng)。智慧水廠(chǎng)作(zuò)爲智慧水務的基礎，近幾年(nián)來(lái)備受關注，但(dàn)是，關于智慧水廠(chǎng)，目前還(hái)沒有一個比較正式、描述比較準确的定義。

智慧水廠(chǎng)是以傳統的自(zì)動化制水技術(shù)爲基礎，通過進一步增“智”，在實現水廠(chǎng)全自(zì)動化運行的基礎上，通過信息通信技術(shù)（ICT）、建模與決策支持系統的集成應用，實現水廠(chǎng)的智慧化運營。在美國(guó)，智慧水廠(chǎng)更側重于“自(zì)動化”、“智能化”和“交互性”。

2 智慧水廠(chǎng)發展現狀及存在問(wèn)題

2.1 發展現狀

經過幾年(nián)的發展，業界基本上形成了一個共識，智慧水廠(chǎng)≠全自(zì)動水廠(chǎng)/無人(rén)水廠(chǎng)。但(dàn)不可(kě)否認，全自(zì)動水廠(chǎng)/無人(rén)水廠(chǎng)是智慧水廠(chǎng)的基礎。

從(cóng)工(gōng)業1.0到工(gōng)業4.0，工(gōng)廠(chǎng)逐漸通過技術(shù)創新不斷提高生(shēng)産力，實現了從(cóng)工(gōng)業化、電氣化到自(zì)動化再到智慧化的發展，水廠(chǎng)的發展也不例外，電、電機(jī)、水泵的發明，使水廠(chǎng)能夠工(gōng)業化、電氣化，而繼電器技術(shù)、PLC的發明，則使自(zì)動化成爲可(kě)能。目前，國(guó)内不少老舊水廠(chǎng)還(hái)走在實現自(zì)動化的路(lù)上，而一些新建水廠(chǎng)則通過先進技術(shù)的應用，已經打造出了初具雛形的智慧水廠(chǎng)，例如(rú)深圳光(guāng)明智慧水廠(chǎng)目前已投入運營，盡管後續還(hái)有待完善。

2.2 智慧水廠(chǎng)建設存在的問(wèn)題

與電力領域相(xiàng)比，水務領域的信息化、智慧化建設一直比較落後，智慧水務是近十年(nián)才逐漸受到政府、企業的重視。

目前智慧水廠(chǎng)的建設企業主要有三類，一是大(dà)型水務集團，他(tā)們擁有強大(dà)的資金實力投資信息化系統研發，也非常熟悉水廠(chǎng)運營，但(dàn)是他(tā)們研發的系統通常都(dōu)是定制化，主要供内部使用；二是傳統制水系統制造商，即爲水廠(chǎng)建設及設備自(zì)控系統施工(gōng)方，他(tā)們了解制水過程，擁有大(dà)量的實際經驗，但(dàn)對智慧水廠(chǎng)方面入門(mén)晚，信息技術(shù)薄弱；三是信息技術(shù)公司，這類企業通常掌握的信息化技術(shù)較爲全面，但(dàn)缺乏水務專業技術(shù)支撐，導緻開發的系統有很多功能成爲“雞肋”。

從(cóng)當前已經建成的智慧水廠(chǎng)來(lái)看(kàn)，通常都(dōu)存在以下幾個問(wèn)題：

（1）缺少頂層設計(jì)：傳統的智慧水廠(chǎng)建設往往根據水廠(chǎng)現狀進行信息化升級，這樣做的優勢是可(kě)以充分(fēn)利用現有資源，但(dàn)缺點在于缺少自(zì)上而下的頂層設計(jì)，雖然結合當下熱(rè)門(mén)的人(rén)工(gōng)智能、大(dà)數據、區塊鏈等技術(shù)，但(dàn)仍然難以實現水廠(chǎng)管理(lǐ)、服務的全面智慧化；

（2）标準不統一：智慧水廠(chǎng)通常由不同企業開發的多個系統組成，每個系統都(dōu)有自(zì)己的标準，不同廠(chǎng)家、不同系統，軟硬件(jiàn)難兼容；

（3）爲“智慧”而“智慧”：軟件(jiàn)智慧化功能很強，但(dàn)是往往沒有結合水廠(chǎng)實際運行模式和軟硬件(jiàn)情況進行設計(jì)，實用性不強。

3 智慧水廠(chǎng)建設思考

3.1 以實用爲核心的智慧水廠(chǎng)系統

從(cóng)自(zì)動化、信息化、數字化概念的發展來(lái)看(kàn)，不同的名稱突顯的隻是不同的技術(shù)實現手段，但(dàn)其應用性的本質是沒有改變的。智慧水廠(chǎng)系統的建設必須以實用爲核心，根據水廠(chǎng)的實際需求進行建設，在解決行業或企業本身(shēn)存在的運行、管理(lǐ)難題基礎上，深度挖掘大(dà)數據價值，通過信息化系統軟件(jiàn)和管理(lǐ)軟件(jiàn)的高度融合，實現水廠(chǎng)整體(tǐ)的智慧化運營。

3.2 建立統一标準

智慧水廠(chǎng)涵蓋生(shēng)産工(gōng)藝、運行保障、原材料管理(lǐ)、設備維護、構築物維護、環境管理(lǐ)、人(rén)員(yuán)管理(lǐ)、安全保障等涉及水廠(chǎng)運行方方面面的一系列系統，這些系統可(kě)能由不同的企業開發，因此需要建立統一的數據标準、協議(yì)标準、接口标準、通信協議(yì)，使所有系統之間的數據可(kě)以整合共享，由此組成的智慧水廠(chǎng)成爲一個有機(jī)整體(tǐ)。

4 智慧水廠(chǎng)建設内容

智慧水廠(chǎng)的建設應從(cóng)底層的基礎硬件(jiàn)出發，向上逐步構建數據處理(lǐ)的智慧大(dà)腦，最後通過多個智慧化應用打造一個完善智慧化水廠(chǎng)。

4.1 第一層：自(zì)動化

水廠(chǎng)工(gōng)藝流程自(zì)動化：從(cóng)取水泵站(zhàn)取水通過管網輸送到水廠(chǎng)進行加藥、混凝、沉澱、過濾、加氯淨化處理(lǐ)後，由供水泵房(fáng)加壓輸送至供水管網的全過程實現自(zì)動化控制，這是實現智慧水廠(chǎng)的硬件(jiàn)基礎。

安防自(zì)動化：通過周界防範系統、視頻安防監控系統、門(mén)禁系統、出入口控制系統等構築的安全防範系統，對水廠(chǎng)建築群及其内部的人(rén)員(yuán)、設備、區域實現安全防範。

環境自(zì)動化：通過構築物監測系統，實現對水廠(chǎng)溫度、濕度、有害氣體(tǐ)、設備接點溫度、水位、煙霧信号、明火(huǒ)信号等環境數據監測，環境參數超标自(zì)動警告及自(zì)動排障功能，警情管控、故障定位等功能。通過自(zì)動綠化養護系統，利用多種定制化灌溉策略，實現定時智能循環澆灌，感應土(tǔ)壤含水量自(zì)動澆水，根據氣象數據、土(tǔ)壤蒸騰量調節灌溉制度；通過植物數據庫和專家系統後台，提出病蟲害防治預案及科(kē)學養護建議(yì)。

4.2 第二層：智慧大(dà)腦

物聯網平台：将現代信息技術(shù)物聯網與水廠(chǎng)深度融合，實現整個智慧水廠(chǎng)從(cóng)計(jì)劃、生(shēng)産、管理(lǐ)、物料、倉儲、采購(gòu)、維修等各個環節所産生(shēng)的各類數據的集中采集、存儲和分(fēn)析，進而從(cóng)大(dà)量數據中挖掘得(de)到有價值的新信息，從(cóng)而促進水廠(chǎng)生(shēng)産管理(lǐ)的創新、提升經營水平和生(shēng)産運作(zuò)效率，是實現智慧水廠(chǎng)的數據基礎。

智能視頻監控平台：采用圖像處理(lǐ)、模式識别和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，通過智能視頻分(fēn)析模塊，借助計(jì)算機(jī)強大(dà)的數據處理(lǐ)能力，自(zì)動對視頻監控畫(huà)面進行快(kuài)速高效的分(fēn)析，判斷監控畫(huà)面中的異常情況，并以最快(kuài)和最佳的方式發出警報或觸發其它動作(zuò)，大(dà)幅提升傳統依賴人(rén)工(gōng)檢查視頻畫(huà)面的效率和效果。

人(rén)工(gōng)智能平台：基于SPARK機(jī)器學習庫和TensorFlow深度學習框架，建立高級智能算法，搭建水廠(chǎng)的知識圖譜和神經網絡結構，讓機(jī)器有能力“思考”，形成具有智慧決策能力的人(rén)工(gōng)智能大(dà)腦。

4.3 第三層：智慧應用

4.3.1 智慧安防

通過人(rén)臉識别、車輛(liàng)識别管理(lǐ)、非法侵入位追蹤、無人(rén)機(jī)巡檢、AR眼鏡監測、遠(yuǎn)程在線設備故障診斷處置、重點區域闖入預警構建水廠(chǎng)全面、立體(tǐ)的安保系統，通過雲計(jì)算、無線覆蓋、移動終端、人(rén)員(yuán)識别、人(rén)員(yuán)定位等技術(shù)手段，通過事(shì)先确定的路(lù)線和活動範圍，規範人(rén)員(yuán)的活動，并提供照(zhào)明、通風(fēng)空調以及說(shuō)明、講解、應急聯絡等服務，保證生(shēng)産安全、人(rén)員(yuán)安全。

4.3.2 智慧生(shēng)産

通過對水廠(chǎng)生(shēng)産過程的數據采集、清洗、存儲、分(fēn)析和輸出展現，實現對水廠(chǎng)數據進行遠(yuǎn)程集中化的水廠(chǎng)運行綜合管理(lǐ)，讓各級管理(lǐ)人(rén)員(yuán)應能通過系統能夠及時、準确、全面、直觀的了解和掌握生(shēng)産狀況。

4.3.3 智慧運營

通過建立水廠(chǎng)運行關鍵績效指标評估機(jī)制，從(cóng)管理(lǐ)質量、能耗分(fēn)析、藥耗分(fēn)析、設備運行效率、環境效益、運行工(gōng)藝參數、績效考核等多個方面定期對自(zì)來(lái)水廠(chǎng)的運行管理(lǐ)狀況進行綜合評定。

4.3.4 智能運維

基于水廠(chǎng)的産生(shēng)運維需求，定制個性化巡檢路(lù)徑，結合巡檢點、設備和傳感器實時數據、視頻監控、機(jī)器人(rén)、AR，實現高效運維巡檢。

4.3.5 設備資産管理(lǐ)

基于先進的資産全生(shēng)命周期管理(lǐ)理(lǐ)論，通過核心台賬對企業中各類設備及資産的生(shēng)命周期進行一元化管理(lǐ)，并有機(jī)結合曆史管理(lǐ)、庫存管理(lǐ)、預算管理(lǐ)、統計(jì)分(fēn)析、工(gōng)作(zuò)流等功能，提供完整的日(rì)常性設備/資産管理(lǐ)平台，同時與IoT及大(dà)數據分(fēn)析等應用技術(shù)進行融合對接，實現設備實時狀态監控，按需維保，預防性維保等高級别應用。

4.3.6 智能監盤

基于水廠(chǎng)智能化建模手段，将運行規程和安全規程知識化，利用智能知識庫協助監盤人(rén)員(yuán)對運行中的各類參數和設備狀态進行監測，并根據重要程度依次将異常預警信号呈現給監盤人(rén)員(yuán)。監盤人(rén)員(yuán)可(kě)以實時監視水廠(chǎng)各工(gōng)藝流程、系統、設備的健康狀态，查看(kàn)故障預警、設備健康狀态和故障報警信息。

4.3.7 智慧辦公

利用雲計(jì)算技術(shù)對辦公業務所需的軟硬件(jiàn)設備進行智能化管理(lǐ)，通過建立個人(rén)辦公、公共信息、行政事(shì)務、公文流轉、知識管理(lǐ)、幫助、系統管理(lǐ)等模塊，實現水廠(chǎng)人(rén)事(shì)管理(lǐ)、财務管理(lǐ)、資産管理(lǐ)、科(kē)研管理(lǐ)等信息化和自(zì)動化。

4.3.8 智慧環境控制

根據不同設備、不同人(rén)員(yuán)的不同需求，通過對水廠(chǎng)照(zhào)明、通風(fēng)、空調等等制定精準的控制策略，并與其他(tā)系統的配合，在滿足人(rén)員(yuán)的舒适性、設備的安全性等前提下，達到節能、減排、減少污染的目的。

4.3.9 智慧養護

根據氣象信息、植物檔案信息，通過自(zì)動澆灌系統、植物管理(lǐ)系統對水廠(chǎng)綠植實現自(zì)動澆灌，并提供養護計(jì)劃，适時安排施肥、修剪等養護工(gōng)作(zuò)。

4.3.10 智慧構築物監測

針對重要構築物，建立構築物健康監測系統，監測構築物應力、變形、沉降等敏感參數，與設計(jì)參數進行比較，實時評估構築物安全狀況。

4.3.11 數字孿生(shēng)

通過BIM、傳感器等技術(shù)，搭建一個高度鏡像化的數字水廠(chǎng)，通過物理(lǐ)信息系統(Cyber-Phyical System,CPS)，實現物理(lǐ)水廠(chǎng)與數字水廠(chǎng)的交互與融合，從(cóng)而實現水廠(chǎng)的透明化管理(lǐ)，全面提升管理(lǐ)效率。

5 總結

智慧水廠(chǎng)建設是一項龐大(dà)而複雜的工(gōng)程，需要站(zhàn)在智慧城(chéng)市的高度，自(zì)上而下做好頂層設計(jì)，再結合水廠(chǎng)的實際情況，分(fēn)步完成各個系統的建設，最終實現智慧水廠(chǎng)的目标，而其成熟的标志就(jiù)是人(rén)工(gōng)幹預越來(lái)越少。