北京城市排水集團高工翟家驥11月8日在CIOAE2017帶來了“智慧引領(lǐng) 融合創(chuàng)新 ‘智慧水廠’”的報告，為大家詳細介紹了智慧水廠的思想、演化、設(shè)計等內(nèi)容。
國外：水務(wù)管理 “智慧化”宗旨不盡相同
美國：側(cè)重于“智能”，強調(diào)“自動化、交互性、智能化”
據(jù)翟家驥介紹，2015年北京排水集團赴美國考察。“2015年10月集團赴美國培訓(xùn)團組考察報告”中指出，美國水廠自動化運行程度高：
水廠自控系統(tǒng)可以遠程登錄監(jiān)視和控制，節(jié)省水廠值班和巡視人員工作強度。
水質(zhì)在線儀表安裝較多，在工藝環(huán)節(jié)的進水、中間過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PLC直接進行自動控制。
水廠人員可以在異地遠程對水廠進行控制，實現(xiàn)無人值守。
“2015年10月集團赴美國培訓(xùn)團組考察報告”中指出，Regional San水廠設(shè)備管理系統(tǒng)有以下幾個特點：
一是在系統(tǒng)應(yīng)用上，設(shè)備基礎(chǔ)信息、臺賬內(nèi)容與設(shè)備實際參數(shù)完全一致。
二是設(shè)備維護內(nèi)容里對重要的轉(zhuǎn)動設(shè)備有定期的狀態(tài)監(jiān)測記錄，從而指導(dǎo)和調(diào)整設(shè)備維修和維護，并形成初步的預(yù)防性維修和維護體系。
三是在維修模塊中，可以點擊相應(yīng)設(shè)備的維修菜單，可以生成設(shè)備狀態(tài)趨勢分析圖，歷史維護和維修情況列表，再下一級還可以查詢到維護部位、操作人員以及維修的詳實記錄，包括維修成本。
美國在水務(wù)管理方面特點是：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。
2009年5月，由一個名為水創(chuàng)新聯(lián)盟的私人組織創(chuàng)建的基金會率先提出“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)提出了三個關(guān)鍵詞：自動化、交互性、智能化。
智能水網(wǎng)在美國的發(fā)展大致可分為四個主要方向：
基于先進的計量基礎(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)合檢測平臺；
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題，是供水領(lǐng)域的理念
在歷經(jīng)2004-2007年嚴重水資源短缺危機后，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)，主要儲水設(shè)施的儲水率下降到17%，加速了智慧水務(wù)工程建設(shè)的進程，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)計特征：水域聯(lián)通、水源分區(qū)、管道化輸水。
運行目標：
多元化：將氣候適應(yīng)性提高25%；
聯(lián)通性：覆蓋23000km2，保證飲用水無所不至；
安全性：安全保障25年。
國內(nèi)：政策導(dǎo)向+行業(yè)引領(lǐng)
1、水污染防治行動計劃（水十條）于2015年4月16日正式發(fā)布
第四條，強化科技支撐。完善環(huán)保技術(shù)評價體系，加強共享平臺建設(shè)，推廣示范先進適用技術(shù)；要整合現(xiàn)有科技資源，加強基礎(chǔ)研究和前瞻技術(shù)研發(fā)；規(guī)范環(huán)保產(chǎn)業(yè)市場，加快發(fā)展環(huán)保服務(wù)業(yè)，推進先進適用技術(shù)和裝備的產(chǎn)業(yè)化。
2、國家十三五信息化規(guī)劃
2016年12月7日召開的國務(wù)院常務(wù)會議，審議通過了《“十三五”國家信息化規(guī)劃》。規(guī)劃明確我國將加快信息化發(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，對推動“中國制造2025”和“雙創(chuàng)”帶來積極影響，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)（提標改造）；
提高運營效益（成本收益分析）；
科學精細化管理作為發(fā)展的重點空間；
實現(xiàn)科學化管理、科學化調(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，“智慧”理念成為水務(wù)行業(yè)實現(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
核心內(nèi)容
思想群體
1
智能設(shè)備（采集+遠傳）
儀表、設(shè)備廠家
2
實現(xiàn)了廠站遠程控制
自動化廠商
3
用信息系統(tǒng)實現(xiàn)廠務(wù)管理（設(shè)備資產(chǎn)、人員、維修維護等）
水務(wù)信息化廠商
4
實現(xiàn)了移動化應(yīng)用
水務(wù)信息化廠商
5
引入了模型軟件，模擬水廠運行場景
模型廠商、高校、科研機構(gòu)
6
以上都有
最終用戶
水廠智慧化演變
水廠運行面臨的問題有：進水水質(zhì)水量分析、關(guān)鍵指標工藝分析、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個階段：
1、工業(yè)自動化階段
自動化：SCADA系統(tǒng)
2、兩化融合階段
自動化：SCADA系統(tǒng)
信息化：管理系統(tǒng)
3、互聯(lián)網(wǎng)+階段
自動化：SCADA系統(tǒng)
信息化：管理系統(tǒng)
互聯(lián)網(wǎng)+：移動終端
4、物聯(lián)網(wǎng)階段
自動化：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)+：移動終端
5、智能化階段
自動化：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
智能化：專家診斷
互聯(lián)網(wǎng)+：移動終端
6、自我學習階段
自動化：物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)
智慧化：自我學習
互聯(lián)網(wǎng)+：泛在交互
其中，前3個階段屬于早期的水廠管理，主要依賴人工填報，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、展現(xiàn)、業(yè)務(wù)流程、IT資源物理邊界清晰。后3個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、復(fù)雜算法、機器學習、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。
水廠信息化進程經(jīng)歷了3個階段：
1、2009年 生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及水廠在線監(jiān)測系統(tǒng)
特點：生產(chǎn)數(shù)據(jù)指標化、標準化；生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集規(guī)范化；生產(chǎn)信息統(tǒng)計及時準確；水廠在線監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠。
2、2013年 生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)
特點：生產(chǎn)運行情況分析；特許經(jīng)營（即政府花錢購買服務(wù)）情況分析；多維度靈活查詢；移動化管理。
3、2017年 廠網(wǎng)一體化管理
特點：廠網(wǎng)一體信息展現(xiàn)；旱季、雨中運行方案；水廠檢修維護水量調(diào)配。
據(jù)翟家驥介紹，7.21大雨后，北京所有的管網(wǎng)都交給排水集團進行管理。廠網(wǎng)一體其中一個好處是可以實現(xiàn)跨區(qū)域調(diào)水。
水廠信息化有以下優(yōu)點：
開展生產(chǎn)數(shù)據(jù)指標化、標準化工作，在線監(jiān)測和生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，確保數(shù)據(jù)來源唯一、準確推進“兩化融合”，實現(xiàn)生產(chǎn)運行遠程監(jiān)控，快速發(fā)現(xiàn)和處置生產(chǎn)異常。
輔助生產(chǎn)運行決策，開展運行、成本、計劃、設(shè)備等各專題數(shù)據(jù)分析，提升生產(chǎn)精細化管控能力。
對廠、站等關(guān)鍵節(jié)點的水量、水質(zhì)進行監(jiān)測、分析、判斷，對關(guān)鍵節(jié)點的閘站設(shè)備進行監(jiān)控，實現(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
北京排水集團水廠運行經(jīng)驗豐富，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。將多年運行水廠的經(jīng)驗、方式、方法以信息化的方式進一步固化。以“智慧”理念構(gòu)建水廠運行決策支持系統(tǒng)。
智慧水廠運行支持系統(tǒng)
兩大組成：專家系統(tǒng)、工藝參數(shù)挖掘分析系統(tǒng)。
全新方法：知識庫、故障樹算法、自學習算法、預(yù)測預(yù)警算法、大數(shù)據(jù)分析方法。
三個方向：運行管理經(jīng)驗查詢、水質(zhì)超標推、工藝參數(shù)分析。
智慧水廠運行支持系統(tǒng)，適用于水廠各級運行管理人員，提供污水處理問題解決方案，輔助提高人員運行管理水平。
項目實施計劃
1、確定智慧水廠的建設(shè)目標，開展前期調(diào)研，主要包括：
梳理水廠工藝難點、管理難點、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)營協(xié)議等文檔性資料進行信息化存檔。
收集水廠運行問題資料，包括故障處置信息、應(yīng)急預(yù)案等，形成知識庫，為智慧工廠的知識庫后臺積累規(guī)則。
整理水廠運行的歷史數(shù)據(jù)，為模型及預(yù)測做數(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)自動化程度，自動采集儀表覆蓋度，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)采集及存儲方式、存數(shù)空間、數(shù)據(jù)交換對接方式等，按照系統(tǒng)需要進行生產(chǎn)數(shù)據(jù)標準化。
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)有工作問題，確定信息化要解決的問題。
調(diào)研未來工作目標，確定建設(shè)總體規(guī)模，合理劃分項目建設(shè)期。
確定系統(tǒng)安全防護框架、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、通訊規(guī)約、數(shù)據(jù)庫類型、軟件架構(gòu)、部署方式、開發(fā)語言等。
組織項目采購、實施，確保系統(tǒng)建設(shè)滿足進度要求。
調(diào)研現(xiàn)有集團內(nèi)部用戶對已上線的生產(chǎn)管理系統(tǒng)使用問題并調(diào)整現(xiàn)狀生產(chǎn)系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，數(shù)據(jù)存儲方式，協(xié)調(diào)跨部門系統(tǒng)的應(yīng)用協(xié)同。
