基于“廠、站、網(wǎng)”一體化運(yùn)管平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用

文｜王佳 曾曉雪 陳麗芳 何軼銘 瞿云珂

一、引言

傳統(tǒng)水務(wù)數(shù)據(jù)的采集往往是線下人工，或者是Excel表格采集，效率低下且容易出錯(cuò)產(chǎn)生臟亂數(shù)據(jù)。雖然部分水務(wù)企業(yè)已經(jīng)采用數(shù)字化管理模式，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)全過(guò)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化辦公，但各系統(tǒng)之間無(wú)法共享信息，缺乏對(duì)水務(wù)數(shù)據(jù)的深入挖掘和利用。為此錫山水務(wù)搭建了一套“廠、站、網(wǎng)”體化運(yùn)營(yíng)平臺(tái)能夠有效解決各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)無(wú)法有效互通的痛點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化污水處理廠的運(yùn)行、科學(xué)調(diào)度泵站、加強(qiáng)排水管網(wǎng)維護(hù)等措施，從而達(dá)到廠、站、網(wǎng)協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，確?！耙粋€(gè)指令執(zhí)行到位”“一個(gè)平臺(tái)調(diào)度到邊”保障排水系統(tǒng)高效、穩(wěn)定運(yùn)行、提升系統(tǒng)運(yùn)行能力。

二、“廠、站、網(wǎng)”一體化運(yùn)管平臺(tái)在城市供排水中的運(yùn)用價(jià)值

“廠、站、網(wǎng)”一體化運(yùn)管平臺(tái)是新型水務(wù)管理系統(tǒng)，綜合運(yùn)用了云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、BI分析等技術(shù)將企業(yè)的各類基礎(chǔ)設(shè)施有效聯(lián)系起來(lái)，從而構(gòu)建成一個(gè)智慧化的水務(wù)系統(tǒng)。運(yùn)管平臺(tái)可以自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)地深度挖掘。通過(guò)輔助決策，力爭(zhēng)讓整個(gè)水務(wù)系統(tǒng)成為及時(shí)反應(yīng)和統(tǒng)一指揮調(diào)度決策的大腦。從錫山水務(wù)目前的建設(shè)情況來(lái)看，可以將精細(xì)化管理、智能調(diào)度和供排水服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化聯(lián)系起來(lái)，對(duì)水務(wù)工作實(shí)現(xiàn)智慧管控和動(dòng)態(tài)化管理?？偟膩?lái)說(shuō)，“廠、站、網(wǎng)”一體化運(yùn)管平臺(tái)在城市供排水中運(yùn)用的價(jià)值集中體現(xiàn)在以下方面。

（一）優(yōu)化污水處理廠運(yùn)行

一體化運(yùn)管平臺(tái)可以借助物聯(lián)網(wǎng)將污水處理的過(guò)程清晰地展示出來(lái)，直接有效地克服了人工監(jiān)控的局限性，在自動(dòng)化操作與監(jiān)控中可以對(duì)水質(zhì)安全實(shí)施24小時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，方便技術(shù)人員隨時(shí)掌握生產(chǎn)運(yùn)行的實(shí)施情況，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了污水處理廠的少人值守。

（二）科學(xué)合理化地調(diào)度

一體化運(yùn)管平臺(tái)可以借助物聯(lián)網(wǎng)、BI分析等技術(shù)手段，完全改變傳統(tǒng)水務(wù)的工作方法，可以讓調(diào)度更加科學(xué)高效。從優(yōu)化調(diào)度這一角度來(lái)看，可以通過(guò)管控調(diào)度中心平臺(tái)及管網(wǎng)GIS模塊，管理人員能夠清晰地查閱各個(gè)區(qū)域的泵站運(yùn)行狀況以及管網(wǎng)運(yùn)行情況，并且可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水量信息。通過(guò)分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，充分調(diào)動(dòng)泵站主動(dòng)調(diào)序功能，并迅速優(yōu)化調(diào)度方案，實(shí)現(xiàn)用科學(xué)地調(diào)度來(lái)代替經(jīng)驗(yàn)地調(diào)度，主動(dòng)地預(yù)防代替事后的補(bǔ)救，將突發(fā)事件帶來(lái)的傷害降到最低。

（三）科學(xué)運(yùn)營(yíng)的智能管網(wǎng)

管網(wǎng)智慧化地運(yùn)營(yíng)，能高效安全地提升信息處理和信息資源整合能力，更科學(xué)地提升監(jiān)測(cè)、預(yù)警、分析、預(yù)測(cè)和決策能力，實(shí)現(xiàn)更全面靈活的管網(wǎng)與管網(wǎng)、管網(wǎng)與人、人與人的互聯(lián)互通和相互感知能力，從而更好地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、處理問(wèn)題、決策執(zhí)行和解決問(wèn)題。

（四）綜合化管理，輔助決策實(shí)施

在一體化運(yùn)管平臺(tái)運(yùn)行下，數(shù)據(jù)采集設(shè)備與傳輸設(shè)備可以在線監(jiān)測(cè)出水務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行整體情況，同步整合各個(gè)業(yè)務(wù)部門資源，實(shí)現(xiàn)企業(yè)一體化管理，實(shí)現(xiàn)“一張圖”就能做到對(duì)重點(diǎn)業(yè)務(wù)板塊做到有效預(yù)警，輔助整體決策實(shí)施。

三、“廠、站、網(wǎng)”一體化運(yùn)管平臺(tái)建設(shè)路徑

為了進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)錫山水務(wù)一體化發(fā)展，依托城市水務(wù)一體化改革目標(biāo)，同時(shí)緊密圍繞錫山水務(wù)集團(tuán)生產(chǎn)管理、運(yùn)行維護(hù)和聯(lián)合調(diào)度的切實(shí)業(yè)務(wù)需求，對(duì)集團(tuán)“十四五”水務(wù)一體化規(guī)劃發(fā)展框架進(jìn)行針對(duì)性部署，形成了“廠、站、網(wǎng)”一體化運(yùn)營(yíng)平臺(tái)搭建的整體思路，打造“一個(gè)中心，三個(gè)平臺(tái)”的總體架構(gòu)，即一個(gè)綜合大數(shù)據(jù)管理中心；一個(gè)污水處理廠大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)，一個(gè)綜合管控調(diào)度平臺(tái)，一個(gè)管網(wǎng)GIS平臺(tái)。構(gòu)建了錫山水務(wù)智慧水務(wù)管理體系，全面覆蓋N個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。

其中a={a1,a2,…,aN}為所有用戶當(dāng)前策略選擇，wm為信道帶寬，|Ii|表示集合Ii中元素的個(gè)數(shù).

依據(jù)區(qū)域“一張圖”的管理模式,高效快速地得到水廠、泵站、管網(wǎng)等相關(guān)信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)地分析。同時(shí)對(duì)主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)的液位、水質(zhì)指標(biāo)等進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)視,實(shí)現(xiàn)廠站網(wǎng)之間的綜合調(diào)度管理,通過(guò)控制算法和調(diào)度模型的實(shí)際運(yùn)行效果,尋找最佳控制方案。在自動(dòng)預(yù)警預(yù)報(bào)模型以及協(xié)同調(diào)度模型的基礎(chǔ)上, 給出緊急突發(fā)情況下整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度方案,最大限度地減少損失。

（一）綜合大數(shù)據(jù)管理中心

為了與水務(wù)一體化改革步驟相協(xié)調(diào)，構(gòu)建了與集團(tuán)運(yùn)營(yíng)管理體系相適應(yīng)的綜合大數(shù)據(jù)管理中心?！耙粡垐D”的錫山排水體系大數(shù)據(jù)管理中心主要涵蓋了錫山水務(wù)集團(tuán)子公司、污水處理廠、管網(wǎng)泵站、正源檢測(cè)、企業(yè)排水、農(nóng)村污水等基本情況，將水源、水廠、泵站、管網(wǎng)、水質(zhì)等核心數(shù)據(jù)集中在公司大數(shù)據(jù)管理中心，使生產(chǎn)調(diào)度實(shí)現(xiàn)透明化、數(shù)字化，提高了精細(xì)化管理水平。

通過(guò)核心數(shù)據(jù)匯集（包括水廠、泵站、管網(wǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)），加速信息資源整合應(yīng)用，提高數(shù)據(jù)管理效率，促進(jìn)數(shù)據(jù)價(jià)值充分釋放。

（二）污水處理廠大數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺(tái)

錫山水務(wù)大數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺(tái)全流程管控污水處理的各個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)污水廠基本信息管理、在線監(jiān)測(cè)、工藝圖管理等業(yè)務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理廠的運(yùn)維管理。

1. 基本信息管理

對(duì)污水處理廠進(jìn)行管理，主要包括污水處理廠名稱、位置、服務(wù)區(qū)域、處理能力、 污水處理工藝、運(yùn)營(yíng)規(guī)模、運(yùn)營(yíng)制度等的管理。該模塊包含污水處理廠基本信息管理、進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)、物耗信息、進(jìn)出水量、設(shè)備報(bào)警信息及泵站實(shí)時(shí)液位及流量等功能。

2.污水廠在線監(jiān)測(cè)

對(duì)污水處理廠進(jìn)水口和出水口的水質(zhì)、水量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以可視化的形式對(duì)各類指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，同時(shí)可以對(duì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)生的報(bào)警事件進(jìn)行查看，將報(bào)警信息以工單形式發(fā)送給一線工作人員。該模塊包含實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能、報(bào)警事件查看等功能。除此之外，各個(gè)污水廠模塊都可通過(guò)點(diǎn)擊“視頻監(jiān)控”查看該模塊相關(guān)視頻監(jiān)控以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的管理。

3.污水廠工藝圖

錫山水務(wù)目前有7個(gè)污水處理廠，每個(gè)污水處理廠的工藝都各不相同，工藝圖頁(yè)面主要展示各污水廠的工藝流程，平臺(tái)頁(yè)面中間為放大工藝圖視圖。

本文就錫山水務(wù)云林污水處理廠做重點(diǎn)介紹。云林廠大數(shù)據(jù)監(jiān)控中心分析了MBR膜池、臭氧、氣浮池、生化池等工藝流程；如MBR膜池頁(yè)面，主要分析了MBR抽吸泵運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行頻率及流量，MBR風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況及MBR靜壓式流量分析；如臭氧頁(yè)面，主要展示冷卻蒸發(fā)設(shè)備及內(nèi)循環(huán)泵運(yùn)行狀態(tài)，臭氧系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及臭氧濃度，污泥回流泵累計(jì)運(yùn)行時(shí)間趨勢(shì)。所有工藝圖均可點(diǎn)擊下鉆，可選擇某一污水廠工藝圖卡片進(jìn)行詳細(xì)查看，以實(shí)現(xiàn)對(duì)全工藝流程的精細(xì)管控。

（三）綜合管控調(diào)度平臺(tái)

1.管控調(diào)度中心

管網(wǎng)系統(tǒng)中的需水量實(shí)時(shí)發(fā)生變化，用水高峰時(shí)段管網(wǎng)壓力普遍降低，而夜間用水低峰時(shí)段管網(wǎng)壓力普遍增高。因此，為降低漏損、節(jié)能降耗，需針對(duì)不同時(shí)段的需求科學(xué)地調(diào)節(jié)管網(wǎng)中的泵站出廠壓力與流量，在滿足用戶正常用水的前提下最大限度降低能耗。

傳統(tǒng)的泵站調(diào)度運(yùn)行主要依靠經(jīng)驗(yàn)，組合方式單一，調(diào)節(jié)范圍有限，難以保證水泵在所有時(shí)段內(nèi)高效運(yùn)行，易造成能源浪費(fèi)，影響供排水安全。因此，開(kāi)發(fā)管控調(diào)度系統(tǒng)以指導(dǎo)泵站優(yōu)化調(diào)度非常有必要。泵站優(yōu)化調(diào)度以泵站出口流量和壓力為基礎(chǔ)，結(jié)合智能算法，以能耗最低為目標(biāo)函數(shù)，在滿足供排水流量與壓力的前提下，優(yōu)化搭配泵站內(nèi)部定速泵的開(kāi)停與調(diào)速泵的調(diào)速比，使水泵始終保持在高效段運(yùn)行。

2.和對(duì)講調(diào)度管控平臺(tái)

為配合管控調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)更好地調(diào)度指揮，錫山水務(wù)上線使用了和對(duì)講調(diào)度管控平臺(tái)，該平臺(tái)提供基于地圖定位的可視化調(diào)度功能。尤其是突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，可準(zhǔn)確地與調(diào)度管控中心聯(lián)絡(luò)，報(bào)告事由或險(xiǎn)情以及現(xiàn)場(chǎng)情況，以便調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)快速應(yīng)對(duì)處置。平臺(tái)可提供集群對(duì)講、可視化指揮調(diào)度、實(shí)時(shí)定位、位置共享、圖片/視頻傳輸?shù)榷喾N業(yè)務(wù)功能相融合，較好的配合錫山水務(wù)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合調(diào)度的各項(xiàng)工作。

（四）管網(wǎng)GIS平臺(tái)

為解決管網(wǎng)水質(zhì)二次污染影響、管網(wǎng)漏損問(wèn)題以及爆管突發(fā)事件出現(xiàn)時(shí)輔助維修信息化水平不足等問(wèn)題，錫山水務(wù)設(shè)計(jì)了基于GIS的管網(wǎng)系統(tǒng)。通過(guò)地圖接口將管網(wǎng)信息映射于地理圖層上，準(zhǔn)確、高效地展示出管網(wǎng)的點(diǎn)、線、面及空間等數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)精細(xì)化、可視化展示。

同時(shí)，還通過(guò)多功能管網(wǎng)機(jī)器人，對(duì)城區(qū)保留管網(wǎng)和已完成管網(wǎng)進(jìn)行內(nèi)部探測(cè)，檢查有無(wú)管道滲漏、管壁裂痕、切口錯(cuò)位、管裂變形等問(wèn)題，以便及時(shí)對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行修復(fù)與維護(hù)。

除此之外，搭建了管網(wǎng)運(yùn)維管理平臺(tái)以及排水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。一方面對(duì)道路信息、管段信息、管網(wǎng)統(tǒng)計(jì)、管道信息等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)進(jìn)行有效管理，包括管道缺陷的程度、缺陷的種類、缺陷距離、缺陷影像、修復(fù)的狀態(tài)等維度。另一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)排水管網(wǎng)低洼點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，包括對(duì)各個(gè)站點(diǎn)的設(shè)備狀態(tài)、固定井深數(shù)據(jù)、液位、電量、信號(hào)等數(shù)據(jù)做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

城市管網(wǎng)分布密集、錯(cuò)綜復(fù)雜且埋藏于地底。GIS管網(wǎng)平臺(tái)能夠有效地解決人工搜尋方式排查管網(wǎng)缺陷的這一痛點(diǎn)，不僅節(jié)省了不少的時(shí)間和精力，還能為供排水管理提供權(quán)威、可靠和統(tǒng)一的決策支持，實(shí)現(xiàn)快速、有效地指引巡檢人員施工和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)降本增效的同時(shí)很好地避免了因搶修不及時(shí)，造成二次事故的風(fēng)險(xiǎn)。

四、總結(jié)

錫山水務(wù)“廠、站、網(wǎng)”一體化建設(shè)項(xiàng)目，能有效解決各系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行缺乏互聯(lián)互通的痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)“廠、站、網(wǎng)”的生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度的全生命周期地管控。能夠解決供排水高峰期間存在局部泵站超負(fù)荷運(yùn)行等痛點(diǎn)，幫助管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)保證低水位運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)供排水設(shè)施“智能監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)運(yùn)行、科學(xué)調(diào)度、全程管控、節(jié)能減排”，保障水務(wù)運(yùn)維精準(zhǔn)化、管理科學(xué)化、決策智慧化。

智慧水務(wù)系統(tǒng)在城市供排水中的優(yōu)勢(shì)是毋庸置疑的，對(duì)推進(jìn)水務(wù)工作規(guī)范化、科學(xué)化與高效化十分有益。錫山水務(wù)為充分發(fā)揮智慧水務(wù)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，注重與相關(guān)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用落地，搭建“廠、站、網(wǎng)”一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)信息化轉(zhuǎn)型，破解水務(wù)行業(yè)發(fā)展困局，助力城市供排水更精細(xì)更智能，保障城市供排水安全，鞏固和提升水環(huán)境整治成果，讓人民群眾擁有更多的獲得感和幸福感。