水廠智慧化建設與發(fā)展研究

李子夢

【摘要】? ? 近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術的快速發(fā)展，水務行業(yè)邁入數(shù)據(jù)信息智能時代，但是水廠的智慧化建設仍存在自動化基礎弱、新技術落地難等發(fā)展困境。本文通過收集智慧水廠研究進展及建設實踐案例，綜合分析智慧水廠的特性和要求，探索提出智慧化水廠的定義：在自動化水廠的基礎上，綜合運用現(xiàn)代科學技術，全方位、全過程實現(xiàn)信息數(shù)字化、控制自動化、決策智能化的一種理想化水廠運作模式。同時筆者認為智慧水廠的建設框架應綜合考慮信息技術和應用能力，加強運行和決策管理，雙管齊下，搭配多重支持保障系統(tǒng)，最終實現(xiàn)智能化、科學化、精細化、標準化的發(fā)展目標。

【關鍵詞】? ? 智慧水廠? ? 信息技術? ? 應用能力? ? 運行管理

Research of Intelligent Construction and Development of Water works

Li Zimeng

（Shanghai Pudong Veolia Water Co.， Ltd.， Shanghai 200127， China）

Abstract： In recent years， with the rapid development of big data， cloud computing， artificial intelligence， Internet of things and other technologies， the water industry has entered the era of data and information intelligence. However， the intelligent construction of water plants still has some development difficulties， such as weak automation foundation and difficult implementation of new technologies. Through collecting the research progress and construction practice cases of smart water plant， this paper comprehensively analyzes the characteristics and requirements of smart water， and explores and puts forward the definition of smart water plant： an ideal water plant operation mode， which is based on the automatic water plant， comprehensively uses modern science and technology， realizes information digitization， control automation and decision intelligence in all aspects and the whole process. At the same time， the author thinks that the construction framework of smart water plant should comprehensively consider the information technology and application ability， strengthen the operation and decision-making management， work together with multiple support systems， and finally achieve the development goal of intelligence， science， refinement and standardization.

Keywords： Intelligent waterworks; Information technology; Application ability; Operation management

引言：

近年來，隨著大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術的快速發(fā)展，高新技術在各行業(yè)的應用日趨普遍。2010年“智慧城市”概念的提出，更是把新一代信息技術的研究應用推向高潮。在全行業(yè)智能化的背景下，水務行業(yè)也邁入了數(shù)據(jù)信息智能時代。

我國制水廠的建設經(jīng)歷了機械化、自動化和數(shù)字化三個發(fā)展階段，水廠在基礎運行和管理效率等方面積累了足夠的經(jīng)驗，但是隨著城市的發(fā)展，居民的用水服務需求不斷升級，城市供水服務面臨著新的挑戰(zhàn)。如何把握水務信息化的機遇，提升水廠的工業(yè)化和自動化水平，保障供水服務質量，成為水司當前急需考慮的問題。因此近年來“智慧水務”、 “智慧水廠”、“數(shù)據(jù)一體化平臺”等概念炙手可熱，相關研究與嘗試層出不窮，但水廠的智慧化建設不是簡單的技術堆砌，需要大量的理論研究與實踐案例，不斷推演，完善，才可以成熟應用。水廠的智慧化建設仍然存在自動化基礎弱、新技術落地難的發(fā)展困境。

筆者通過調(diào)研、走訪等形式，收集了智慧水廠的研究進展及建設實踐案例，結合大數(shù)據(jù)、人工智能等方面的研究成果，綜合分析智慧水廠的特性和要求，探索提出智慧化水廠的概念和建設管理思路，為智慧化發(fā)展提供思路。

一、“智慧水廠”的定義

探求水廠智慧化建設的路徑，首先需要清楚什么是“智慧化”。2008年，IBM首次提出“智慧地球”的概念，并將其概括為“3I”：物聯(lián)化、互聯(lián)化和智能化。簡言之，智慧地球的實現(xiàn)，是通過互聯(lián)網(wǎng)將各行業(yè)聯(lián)合形成物聯(lián)網(wǎng)，并借助超級計算機、人工智能等現(xiàn)代信息技術，將生活工作方式精細化、動態(tài)化

2010年，IBM再提出“智慧城市”的發(fā)展愿景，運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代移動技術，以數(shù)字化為基礎，實現(xiàn)信息化、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的深度融合，優(yōu)化城市管理和服務水平。

“智慧水務”、“智慧水廠”是在“智慧城市”概念上的延伸，目前一些相對先進的自動化水廠已經(jīng)可以通過儀表、傳感器、無線網(wǎng)絡等在線監(jiān)測設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集傳輸，在后臺數(shù)據(jù)庫進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的儲存與分析，同時通過客戶端進行可視化的人機互動。

自動化水廠的功能可滿足水廠的基本生產(chǎn)需求，實現(xiàn)“數(shù)據(jù)采集-偏差分析-反饋調(diào)節(jié)”的自動控制流程，但這種機械式的調(diào)節(jié)限制了運營管理水平的進一步提升，在數(shù)據(jù)、信息、知識和決策的融合功能上存在不足，判斷的精確性以及數(shù)據(jù)的挖掘分析能力還遠遠不夠。

不少研究人員在摸索智慧水廠的概念時，都強調(diào)了信息化技術的應用，如邢立遒[1]等人在“智慧水廠的大數(shù)據(jù)管理技術及應用場景淺析”中認為智慧水廠是基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機器人等技術，采集外部互聯(lián)網(wǎng)訊息，結合水廠的實際運行規(guī)律，進行生產(chǎn)資料的調(diào)配，最終實現(xiàn)全面高效管理。

裴佩[2]在“智慧水務基本理念及其現(xiàn)實意義思索”中提出，智慧水務是通過一些系統(tǒng)，諸如互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集、水質監(jiān)測等對城市管網(wǎng)供水系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，并借助于數(shù)字技術，實現(xiàn)供排水設施狀態(tài)的可視化。

杜丹等[3]在“水廠智慧水務建設規(guī)劃”中提出水廠的智慧水務建設重點在于信息化技術的建設，應用無人機、語音圖像識別、機器人等技術自動采集數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)設備一體化控制，最終實現(xiàn)“一人調(diào)度、總覽全局”的狀態(tài)。

筆者認為智慧水廠不僅僅是多重新技術的疊加與堆砌，還應該具有擬人化的能力，如感知能力、記憶思維能力、學習能力、自適應能力以及行為決策能力[1]，相比于傳統(tǒng)的水廠，智慧水廠系統(tǒng)應更強調(diào)系統(tǒng)的學習、分析與決策功能，借助大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代技術，增強人機與環(huán)境的交互作用，從而優(yōu)化運行管理，提升服務質量[4]。

綜上，筆者認為智慧水廠應該是在自動化水廠的基礎上，綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代科學技術，在生產(chǎn)、運行、維護、調(diào)度、應急、安全、決策、管理等全方位、全過程、各環(huán)節(jié)實現(xiàn)信息數(shù)字化、控制自動化、決策智能化的一種理想化水廠運作模式。

二、“智慧水廠”的建設思路

上文中提到智慧水廠建設的關鍵在于先進的技術與擬人化能力的綜合運用，采用先進的信息技術有利于數(shù)據(jù)的互通，保證實時性與精確性，而擬人化能力的運用可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的深度挖掘，提高決策的有效性，進而保障水廠運行管理的快捷、高效、有序。

在已有的智慧水廠概念的探索中，不少研究人員都提出了新穎的建設思路。如杜丹等[3]在“水廠智慧水務建設規(guī)劃”中提出智慧水廠的建設可以運用圖像識別、語音識別、人工智能、自動化控制等技術，建立數(shù)據(jù)中心、水源預警、加藥、配電、設備運維管理、水廠調(diào)度等多個智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)水廠全方位管理。

李震等[5]在“智慧水務背景下的水質在線監(jiān)測系統(tǒng)”中總結了水廠在線監(jiān)測的體系架構，即在物聯(lián)網(wǎng)技術的基礎上，建立“數(shù)據(jù)采集—數(shù)據(jù)傳輸—應用展現(xiàn)”三層監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)水量、水質、設備狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息的全方位監(jiān)測，通過數(shù)據(jù)分析處理，進行實時預警，提升管理效率。

董珊等[6]在“幾種關鍵技術在智慧水廠中的應用”一文中介紹了多種可應用于智慧水廠建設的信息技術，如人工智能、BIM、機器人巡檢、視屏識別等。

謝善斌等[7]在“智慧水務信息化系統(tǒng)建設與實踐”中，也提出了新的方法架構：通用平臺+專題業(yè)務應用系統(tǒng)。其中通用平臺主要功能是設備與數(shù)據(jù)的管理與服務，專題業(yè)務應用則是將新技術與專題業(yè)務應用相結合，發(fā)展數(shù)據(jù)、信息、知識、輔助決策的智慧業(yè)務應用。

趙偉等[8]在“智慧水務構建研究”中，以海南為例，提出了以“數(shù)據(jù)大感知、傳輸大網(wǎng)絡、資源大數(shù)據(jù)、知識大融合、業(yè)務大應用、標準化規(guī)范、硬件支撐為核心”的智慧水務構建架構，該架構主要運用了移動互聯(lián)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術。

陸繼誠[9]在“從自動化到智慧化—智慧水廠建設的新思路”中提出智慧水廠的建設思路應該是自上而下的，即：完善管理體系—提高管理效率—提升生產(chǎn)水平—實現(xiàn)新的目標。以此思路為基礎，分析完善水廠的管理體系，提出了包括“智慧生產(chǎn)運行、生產(chǎn)管理、原料管理、設備維護、辦公、安保、環(huán)境控制、構筑物監(jiān)測”等多重系統(tǒng)的智慧水廠框架體系。

結合水廠建設現(xiàn)狀，筆者認為，智慧水廠的建設思路應圍繞生產(chǎn)、運行、維護、應急、決策、管理、調(diào)度、安防等系統(tǒng)，以“工作方式標準化、質量控制精細化、運營成本最低化、管理模式移動化”為目標，聚焦生產(chǎn)運行和決策管理，雙管齊下，最終實現(xiàn)管理創(chuàng)新和數(shù)據(jù)轉型，讓數(shù)據(jù)轉化為資產(chǎn)，提高企業(yè)管理效率，降低運行成本，提升服務質量。

三、“智慧水廠”的應用實踐

智慧水廠不僅僅是利用計算機技術代替人工管理，更是對業(yè)務流程的優(yōu)化和重組，是管理理念和管理方式的變革。在這場變革中，一些企業(yè)抓住機遇，嘗試新技術，將智慧化的建設理念率先應用在水廠運行管理中。

吳江第一水廠結合自身管理需要，利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術，建設了“智慧生產(chǎn)管控一體化平臺”，提出水量預測、智能加藥、工藝停留時間3個智能生產(chǎn)模型，從員工、成本、水質、資產(chǎn)、管理5個維度建立在線系統(tǒng)，實現(xiàn)水廠的一體化管理[10]。

鄧京楠等[11]在“BIM技術在智慧水廠改擴建中的研究與應用”中介紹了某市政水廠改擴建案例，前期以全專業(yè)BIM 模型作為數(shù)據(jù)基礎，校核、優(yōu)化設計方案，深入挖掘數(shù)據(jù)的潛力，形成智能化設計產(chǎn)品，后期搭建信息化管理平臺控制施工進度，保障成本、質量和安全。

劉明等[12]在“智慧水務移動辦公平臺的開發(fā)”中介紹了一種新型的移動辦公平臺系統(tǒng)，該系統(tǒng)將“業(yè)務數(shù)據(jù)化”和“數(shù)據(jù)業(yè)務化”有效融合，通過數(shù)據(jù)分析、實時交互和信息展示，完成便攜式移動辦公。

筆者通過調(diào)研走訪了解到目前市場上有很多公司都推出了智慧水務產(chǎn)品，如上海某機械設備有限公司整合了物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術，推出了包括地理信息、物聯(lián)網(wǎng)、工單、大數(shù)據(jù)、運行控制、指揮調(diào)度、資產(chǎn)管理等核心應用的智慧水務平臺。江蘇某水務公司推出了包括全過程水質監(jiān)控、設備健康狀態(tài)監(jiān)控、移動巡檢、AI業(yè)務模型、安防監(jiān)控、資產(chǎn)管理、工程管理、系統(tǒng)辦公在內(nèi)的全業(yè)務管控一體化平臺，可實現(xiàn)供水全過程物聯(lián)智能感知與分析。浙江某水務公司圍繞生產(chǎn)運行、水量調(diào)度、設備檢修、工程管理、安全生產(chǎn)建設一體化平臺，可實現(xiàn)智能監(jiān)控、智能研判、智能調(diào)度、智能管理、智能運維、智能服務等應用體系及多場景應用融合。

四、結束語

在全行業(yè)智能化的背景下，智慧水廠的推進勢在必行，然而受到設備、技術、人員素質等因素的限制，水廠的智慧化建設任重而道遠。在后續(xù)的規(guī)劃建設中，企業(yè)應打破以往的思路，自上而下，做好頂層設計，技術和能力雙管齊下，完善水廠運行管理模塊，提升管理效率，最終實現(xiàn)工作方式標準化、質量控制精細化、運營成本最低化、管理模式移動化，全面提升水廠的服務能力。

參? 考? 文? 獻

[1] 邢立遒， 劉洪波. 智慧水廠的大數(shù)據(jù)管理技術及應用前景淺析[J].中國管理信息化， 2015，18（12）： 46.

[2] 裴佩. 智慧水務基本理念及其現(xiàn)實意義思索[J]. 工作探索， 2019， （23）： 105.

[3] 杜丹， 趙建明. 水廠智慧水務建設規(guī)劃[J]. 供水技術， 2017， 11（6）： 62-64.

[4] 黃雁翔， 熊沁. 5G時代智慧科技館的探索與實踐[J]. 科普研究， 2020， （06）：21.

[5] 李震， 宛如意. 智慧水務背景下的水質在線監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 電子測試， 2018， （9）： 97-99.

[6] 董姍， 廖曉歡. 幾種關鍵技術在智慧水廠中應用[J].居業(yè)，2019，（04）：97.

[7] 謝善斌， 袁杰， 侯金霞. 智慧水務信息化系統(tǒng)建設與實踐[J]. 給水排水， 2018， 44（4）： 134-140.

[8] 趙偉， 陳奔， 楊晴等. 智慧水務構建研究[J]. 信息化， 2019， 6（16）： 51-54.

[9] 陸繼誠. 從“自動化”到“智慧化”——智慧水廠建設的新思路[J]. 給水排水， 2017， 43（11）： 1-3.

[10] 徐偉忠， 于紅濤， 宋鑫峰等. 水廠生產(chǎn)管理智慧化建設實踐[J]. 凈水技術， 2019， 38（S2）： 126-129.

[11] 鄧京楠， 羅惠云， 王宇婷. BIM技術在智慧水廠改擴建中的研究與應用[J]. 凈水技術， 2019，38（10）： 8-15.

[12] 劉明， 許克軍， 劉盼等. 智慧水務移動辦公平臺的開發(fā)[J]. 軟件工程與應用， 2019， 8（2）： 72-79.