北京城市排水集團(tuán)高工翟家驥11月8日在CIOAE2017帶來(lái)了“智慧引領(lǐng) 融合創(chuàng)新 ‘智慧水廠’”的報(bào)告，為大家詳細(xì)介紹了智慧水廠的思想、演化、設(shè)計(jì)等內(nèi)容。

 

國(guó)外：水務(wù)管理 “智慧化”宗旨不盡相同

美國(guó)：側(cè)重于“智能”，強(qiáng)調(diào)“自動(dòng)化、交互性、智能化”

據(jù)翟家驥介紹，2015年北京排水集團(tuán)赴美國(guó)考察。“2015年10月集團(tuán)赴美國(guó)培訓(xùn)團(tuán)組考察報(bào)告”中指出，美國(guó)水廠自動(dòng)化運(yùn)行程度高：

水廠自控系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程登錄監(jiān)視和控制，節(jié)省水廠值班和巡視人員工作強(qiáng)度。

水質(zhì)在線儀表安裝較多，在工藝環(huán)節(jié)的進(jìn)水、中間過(guò)程和出水均安有流量、DO、氨氮、硝酸鹽等儀表，根據(jù)在線水質(zhì)變化通過(guò)PLC直接進(jìn)行自動(dòng)控制。

水廠人員可以在異地遠(yuǎn)程對(duì)水廠進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

“2015年10月集團(tuán)赴美國(guó)培訓(xùn)團(tuán)組考察報(bào)告”中指出，Regional San水廠設(shè)備管理系統(tǒng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

一是在系統(tǒng)應(yīng)用上，設(shè)備基礎(chǔ)信息、臺(tái)賬內(nèi)容與設(shè)備實(shí)際參數(shù)完全一致。

二是設(shè)備維護(hù)內(nèi)容里對(duì)重要的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備有定期的狀態(tài)監(jiān)測(cè)記錄，從而指導(dǎo)和調(diào)整設(shè)備維修和維護(hù)，并形成初步的預(yù)防性維修和維護(hù)體系。

三是在維修模塊中，可以點(diǎn)擊相應(yīng)設(shè)備的維修菜單，可以生成設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)分析圖，歷史維護(hù)和維修情況列表，再下一級(jí)還可以查詢到維護(hù)部位、操作人員以及維修的詳實(shí)記錄，包括維修成本。

美國(guó)在水務(wù)管理方面特點(diǎn)是：健全的水務(wù)管理體制，行政區(qū)域管理與流域管理相結(jié)合，完善的法律調(diào)控體系，高度重視水資源的節(jié)約與保護(hù)。

2009年5月，由一個(gè)名為水創(chuàng)新聯(lián)盟的私人組織創(chuàng)建的基金會(huì)率先提出“智能水網(wǎng)倡議”。該概念的初始發(fā)展階段，引領(lǐng)者群體主要是由包括IBM、西門(mén)子、蘇伊士等在內(nèi)的一些涉水事務(wù)及信息化技術(shù)大型企業(yè)共同組成。IBM公司將智能水網(wǎng)作為其“智能地球”概念的重要組成部分，并為智能水網(wǎng)提出了三個(gè)關(guān)鍵詞：自動(dòng)化、交互性、智能化。

智能水網(wǎng)在美國(guó)的發(fā)展大致可分為四個(gè)主要方向：

基于先進(jìn)的計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施建立水管理系統(tǒng)（AMI）；

基于水資源管理設(shè)施和智能電網(wǎng)的優(yōu)化能源使用方案；

水質(zhì)和水量的聯(lián)合檢測(cè)平臺(tái)；

水資源高效管理系統(tǒng)的構(gòu)建。

澳大利亞：旨在解決水資源保障問(wèn)題，是供水領(lǐng)域的理念

在歷經(jīng)2004-2007年嚴(yán)重水資源短缺危機(jī)后，澳大利亞初次提出了“智慧水務(wù)”的概念，隨后澳大利亞發(fā)生歷史上最大的旱災(zāi)，主要儲(chǔ)水設(shè)施的儲(chǔ)水率下降到17%，加速了智慧水務(wù)工程建設(shè)的進(jìn)程，其典型案例包括SEQ智慧水務(wù)工程、維多利亞智慧水務(wù)和寬灣智慧水務(wù)工程等。

設(shè)計(jì)特征：水域聯(lián)通、水源分區(qū)、管道化輸水。

運(yùn)行目標(biāo)：

多元化：將氣候適應(yīng)性提高25%；

聯(lián)通性：覆蓋23000km2，保證飲用水無(wú)所不至；

安全性：安全保障25年。

 

國(guó)內(nèi)：政策導(dǎo)向+行業(yè)引領(lǐng)

1、水污染防治行動(dòng)計(jì)劃（水十條）于2015年4月16日正式發(fā)布

第四條，強(qiáng)化科技支撐。完善環(huán)保技術(shù)評(píng)價(jià)體系，加強(qiáng)共享平臺(tái)建設(shè)，推廣示范先進(jìn)適用技術(shù)；要整合現(xiàn)有科技資源，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究和前瞻技術(shù)研發(fā)；規(guī)范環(huán)保產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)，加快發(fā)展環(huán)保服務(wù)業(yè)，推進(jìn)先進(jìn)適用技術(shù)和裝備的產(chǎn)業(yè)化。

2、國(guó)家十三五信息化規(guī)劃

2016年12月7日召開(kāi)的國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議，審議通過(guò)了《“十三五”國(guó)家信息化規(guī)劃》。規(guī)劃明確我國(guó)將加快信息化發(fā)展，提升數(shù)據(jù)資源利用效率和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化水平，對(duì)推動(dòng)“中國(guó)制造2025”和“雙創(chuàng)”帶來(lái)積極影響，提高群眾生活品質(zhì)。

3、污水處理企業(yè)/水務(wù)企業(yè)本身

依靠原有的“人治”及“手工作業(yè)”不能滿足現(xiàn)有的需求；

提升處理水質(zhì)（提標(biāo)改造）；

提高運(yùn)營(yíng)效益（成本收益分析）；

科學(xué)精細(xì)化管理作為發(fā)展的重點(diǎn)空間；

實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理、科學(xué)化調(diào)度、規(guī)范化的業(yè)務(wù)流程。

 

水務(wù)行業(yè)主流“智慧”思想

近年來(lái)，“智慧”理念成為水務(wù)行業(yè)實(shí)現(xiàn)管理能力提升的關(guān)鍵因素，該理念主要體現(xiàn)在以下方面。

 

序號(hào)	核心內(nèi)容	思想群體
1	智能設(shè)備（采集+遠(yuǎn)傳）	儀表、設(shè)備廠家
2	實(shí)現(xiàn)了廠站遠(yuǎn)程控制	自動(dòng)化廠商
3	用信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廠務(wù)管理（設(shè)備資產(chǎn)、人員、維修維護(hù)等）	水務(wù)信息化廠商
4	實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)化應(yīng)用	水務(wù)信息化廠商
5	引入了模型軟件，模擬水廠運(yùn)行場(chǎng)景	模型廠商、高校、科研機(jī)構(gòu)
6	以上都有	最終用戶

水廠智慧化演變

水廠運(yùn)行面臨的問(wèn)題有：進(jìn)水水質(zhì)水量分析、關(guān)鍵指標(biāo)工藝分析、監(jiān)督與考核、污泥處置、成本控制、新技術(shù)新設(shè)備應(yīng)用以及技術(shù)人員素養(yǎng)等。

水廠智慧化的演變主要分為6個(gè)階段：

1、工業(yè)自動(dòng)化階段

自動(dòng)化：SCADA系統(tǒng)

2、兩化融合階段

自動(dòng)化：SCADA系統(tǒng)

信息化：管理系統(tǒng)

3、互聯(lián)網(wǎng)+階段

自動(dòng)化：SCADA系統(tǒng)

信息化：管理系統(tǒng)

互聯(lián)網(wǎng)+：移動(dòng)終端

4、物聯(lián)網(wǎng)階段

自動(dòng)化：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

信息化：管理系統(tǒng)，離線、在線模型

互聯(lián)網(wǎng)+：移動(dòng)終端

5、智能化階段

自動(dòng)化：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

智能化：專(zhuān)家診斷

互聯(lián)網(wǎng)+：移動(dòng)終端

6、自我學(xué)習(xí)階段

自動(dòng)化：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

智慧化：自我學(xué)習(xí)

互聯(lián)網(wǎng)+：泛在交互

其中，前3個(gè)階段屬于早期的水廠管理，主要依賴人工填報(bào)，系統(tǒng)形態(tài)中心化核心是數(shù)據(jù)管理，主要包括采集、查詢、統(tǒng)計(jì)、展現(xiàn)、業(yè)務(wù)流程、IT資源物理邊界清晰。后3個(gè)階段屬于智能化的成熟階段，系統(tǒng)形態(tài)去中心化核心是智能交互，主要包括：數(shù)據(jù)挖掘、建立知識(shí)、復(fù)雜算法、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能交互、IT資源云化。翟家驥指出，減少人工干預(yù)是智能化的成熟階段。

水廠信息化進(jìn)程經(jīng)歷了3個(gè)階段：

1、2009年 生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及水廠在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

特點(diǎn)：生產(chǎn)數(shù)據(jù)指標(biāo)化、標(biāo)準(zhǔn)化；生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集規(guī)范化；生產(chǎn)信息統(tǒng)計(jì)及時(shí)準(zhǔn)確；水廠在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠。

2、2013年 生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)

特點(diǎn)：生產(chǎn)運(yùn)行情況分析；特許經(jīng)營(yíng)（即政府花錢(qián)購(gòu)買(mǎi)服務(wù)）情況分析；多維度靈活查詢；移動(dòng)化管理。

3、2017年 廠網(wǎng)一體化管理

特點(diǎn)：廠網(wǎng)一體信息展現(xiàn)；旱季、雨中運(yùn)行方案；水廠檢修維護(hù)水量調(diào)配。

據(jù)翟家驥介紹，7.21大雨后，北京所有的管網(wǎng)都交給排水集團(tuán)進(jìn)行管理。廠網(wǎng)一體其中一個(gè)好處是可以實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域調(diào)水。

水廠信息化有以下優(yōu)點(diǎn)：

開(kāi)展生產(chǎn)數(shù)據(jù)指標(biāo)化、標(biāo)準(zhǔn)化工作，在線監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，確保數(shù)據(jù)來(lái)源唯一、準(zhǔn)確推進(jìn)“兩化融合”，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，快速發(fā)現(xiàn)和處置生產(chǎn)異常。

輔助生產(chǎn)運(yùn)行決策，開(kāi)展運(yùn)行、成本、計(jì)劃、設(shè)備等各專(zhuān)題數(shù)據(jù)分析，提升生產(chǎn)精細(xì)化管控能力。

對(duì)廠、站等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的水量、水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析、判斷，對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的閘站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)和流域間的水量調(diào)控，提升城市污水收集、處理系統(tǒng)的能力。

 

“智慧水廠”總體設(shè)計(jì)

北京排水集團(tuán)水廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。將多年運(yùn)行水廠的經(jīng)驗(yàn)、方式、方法以信息化的方式進(jìn)一步固化。以“智慧”理念構(gòu)建水廠運(yùn)行決策支持系統(tǒng)。

智慧水廠運(yùn)行支持系統(tǒng)

兩大組成：專(zhuān)家系統(tǒng)、工藝參數(shù)挖掘分析系統(tǒng)。

全新方法：知識(shí)庫(kù)、故障樹(shù)算法、自學(xué)習(xí)算法、預(yù)測(cè)預(yù)警算法、大數(shù)據(jù)分析方法。

三個(gè)方向：運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)查詢、水質(zhì)超標(biāo)推、工藝參數(shù)分析。

智慧水廠運(yùn)行支持系統(tǒng)，適用于水廠各級(jí)運(yùn)行管理人員，提供污水處理問(wèn)題解決方案，輔助提高人員運(yùn)行管理水平。

項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃

1、確定智慧水廠的建設(shè)目標(biāo)，開(kāi)展前期調(diào)研，主要包括：

梳理水廠工藝難點(diǎn)、管理難點(diǎn)、現(xiàn)有工作流程的優(yōu)化空間。

健全完善水廠基礎(chǔ)資料，包括水廠的基礎(chǔ)信息、設(shè)備檔案信息、特許經(jīng)營(yíng)協(xié)議等文檔性資料進(jìn)行信息化存檔。

收集水廠運(yùn)行問(wèn)題資料，包括故障處置信息、應(yīng)急預(yù)案等，形成知識(shí)庫(kù)，為智慧工廠的知識(shí)庫(kù)后臺(tái)積累規(guī)則。

整理水廠運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，為模型及預(yù)測(cè)做數(shù)據(jù)積累。

調(diào)研設(shè)備及控制層，梳理水廠現(xiàn)有的采集數(shù)據(jù)及廠區(qū)自動(dòng)化程度，自動(dòng)采集儀表覆蓋度，根據(jù)建設(shè)需要確定是否新增改造儀表。

基于現(xiàn)有水廠的數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)方式、存數(shù)空間、數(shù)據(jù)交換對(duì)接方式等，按照系統(tǒng)需要進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。

調(diào)研廠區(qū)的網(wǎng)絡(luò)通信能力，包括現(xiàn)有的覆蓋能力，傳輸能力，在符合工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全要求的前提下，確定組網(wǎng)方式。

2、確定智慧水廠的信息化建設(shè)方式，主要包括：

調(diào)研現(xiàn)有工作問(wèn)題，確定信息化要解決的問(wèn)題。

調(diào)研未來(lái)工作目標(biāo)，確定建設(shè)總體規(guī)模，合理劃分項(xiàng)目建設(shè)期。

確定系統(tǒng)安全防護(hù)框架、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、通訊規(guī)約、數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)型、軟件架構(gòu)、部署方式、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言等。

組織項(xiàng)目采購(gòu)、實(shí)施，確保系統(tǒng)建設(shè)滿足進(jìn)度要求。

調(diào)研現(xiàn)有集團(tuán)內(nèi)部用戶對(duì)已上線的生產(chǎn)管理系統(tǒng)使用問(wèn)題并調(diào)整現(xiàn)狀生產(chǎn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，協(xié)調(diào)跨部門(mén)系統(tǒng)的應(yīng)用協(xié)同。