城鎮(zhèn)水務(wù)智慧化探索與實(shí)踐專欄
從2012年《關(guān)于開展國家智慧城市試點(diǎn)工作的通知》提出開展智慧城市建設(shè)，到2021年《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展"十四五"規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出構(gòu)建智慧水利體系。智慧水務(wù)已然成為城市水務(wù)行業(yè)發(fā)展的必然趨勢和熱點(diǎn)內(nèi)容，并不斷應(yīng)對著氣候變化、人口增長、城市化進(jìn)程、老化的基礎(chǔ)設(shè)施等因素帶來的水資源管理挑戰(zhàn)。根據(jù)《城鎮(zhèn)水務(wù)2035年行業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》解釋，智慧水務(wù)是通過新一代信息技術(shù)與水務(wù)技術(shù)的深度融合，充分發(fā)掘數(shù)據(jù)價值和邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)水務(wù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的控制智能化、數(shù)據(jù)資源化、管理精確化、決策智慧化，保障水務(wù)設(shè)施安全運(yùn)行，使水務(wù)業(yè)務(wù)運(yùn)營更高效、管理更科學(xué)和服務(wù)更優(yōu)質(zhì)。在城市供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和水環(huán)境建設(shè)過程中，智慧水務(wù)建設(shè)涵蓋了基礎(chǔ)設(shè)施平臺、技術(shù)平臺、業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺、決策支持系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)體系、網(wǎng)絡(luò)安全體系等內(nèi)容。不僅實(shí)現(xiàn)了水務(wù)企業(yè)生產(chǎn)效率的提高、運(yùn)營成本的降低，還有助于增強(qiáng)用戶體驗(yàn)、減少環(huán)境污染。
近年來，包含物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、人工智能在內(nèi)的智慧水務(wù)技術(shù)不斷更新迭代，初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的重塑和利用。同時，隨著典型項(xiàng)目案例的落地實(shí)施與行業(yè)引領(lǐng)，智慧水務(wù)市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，時刻改變著行業(yè)格局。在此大背景大趨勢下，《給水排水》聯(lián)合中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會智慧水務(wù)專業(yè)委員會、中國土木工程學(xué)會水工業(yè)分會、中國勘察設(shè)計協(xié)會水系統(tǒng)工程與技術(shù)分會開展了智慧水務(wù)專題征稿活動，并于2022年開始，持續(xù)開展水務(wù)智慧化平臺設(shè)計、管網(wǎng)和水廠系統(tǒng)優(yōu)化、城市水環(huán)境智慧化建設(shè)等方向的內(nèi)容報導(dǎo)，深入推動數(shù)字化協(xié)同發(fā)展，推進(jìn)智慧化生態(tài)文明建設(shè)。懇請各位同仁不吝賜稿，基于此專題研究共同探討行業(yè)新趨勢新思維。
導(dǎo) 讀
智慧化建設(shè)已在生態(tài)工程、給水工程、管網(wǎng)工程等市政工程中廣泛應(yīng)用，但由于再生水廠內(nèi)業(yè)務(wù)復(fù)雜、信息感知不夠透徹，導(dǎo)致再生水廠的智慧化建設(shè)發(fā)展嚴(yán)重滯后。參考國內(nèi)外智慧水務(wù)的發(fā)展及技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合北京某再生水廠的實(shí)際需求，通過將常用的一體化平臺拆分為多個小平臺，對水廠各階段需達(dá)到的智慧水務(wù)目標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)方案規(guī)劃及建設(shè)。在搭建過程中提出了適用于該廠智慧水務(wù)系統(tǒng)的評價標(biāo)準(zhǔn)并驗(yàn)證了建設(shè)成效。以實(shí)際水廠為例，提出并詳細(xì)介紹了未來我國污水處理廠智慧水務(wù)的建設(shè)方法、步驟、實(shí)施重點(diǎn)及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。
污水處理廠是人類社會得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，隨著污水處理行業(yè)在運(yùn)營管理、工藝設(shè)計等方面已經(jīng)達(dá)到瓶頸，運(yùn)行人員對廠內(nèi)動態(tài)的透徹感知和精細(xì)化管控提出了全面需求。而廠內(nèi)運(yùn)行產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)作為污水處理廠的重要數(shù)字資產(chǎn)可有效輔助運(yùn)行人員優(yōu)化及完善水廠的精細(xì)化生產(chǎn)運(yùn)行策略。因此受到了運(yùn)行人員前所未有的重視。在技術(shù)方面，信息技術(shù)如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算、大數(shù)據(jù)等智慧技術(shù)的不斷發(fā)展，為滿足水廠自動化、信息化、智慧化管控提供了硬件條件。在政策方面，《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》中對市政設(shè)施建設(shè)智慧化提出了更明確的要求，即實(shí)現(xiàn)污水設(shè)施信息化、賬冊化、推行污水體系中數(shù)據(jù)智能化聯(lián)動和動態(tài)更新。
相較于我國，歐美國家的在污水處理行業(yè)及其自動化、智能化方面起步相對較早，目前已在水廠自動化及智能化領(lǐng)域積累了大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。以美國芝加哥Stickney廠為例，其監(jiān)控系統(tǒng)高度自動化，控制系統(tǒng)通過計算對設(shè)備狀態(tài)及工藝進(jìn)行優(yōu)化，形成自動采集、自動判斷、自動調(diào)整和自動控制四位一體的運(yùn)行模式。荷蘭Amsterdam West廠則在智能化基礎(chǔ)上進(jìn)行了智慧化的探索，形成了廠內(nèi)數(shù)據(jù)庫及決策支持平臺，通過預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)，不僅可任意調(diào)取數(shù)據(jù)，還可對數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出、對比分析，基本實(shí)現(xiàn)無人值守。
實(shí)踐證明，智慧水務(wù)平臺的形成可消除現(xiàn)在水廠中信息孤島的困境。通過建立設(shè)備儀表離線填報的一體化平臺，運(yùn)營人員可對所獲廠內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，定位成本損失，控制服務(wù)成本，有針對性優(yōu)化運(yùn)營管理手段，挖掘新的獲益增長點(diǎn)；同時，運(yùn)行人員可通過該平臺及時發(fā)現(xiàn)工藝問題并處理，保障高效運(yùn)營，提高業(yè)務(wù)安全穩(wěn)定性；對于工藝優(yōu)化人員, 可通過該平臺達(dá)到對水廠的透徹感知，從常規(guī)經(jīng)驗(yàn)判斷的運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)驗(yàn)理論相結(jié)合的運(yùn)行模式。
本文以北京市朝陽區(qū)某水廠為例，詳細(xì)闡述以污水處理廠最終賦智為導(dǎo)向，設(shè)計智慧水務(wù)平臺并實(shí)施建設(shè)的過程，并從業(yè)務(wù)組成、組織構(gòu)建和實(shí)施重點(diǎn)等角度提出了智慧水務(wù)建設(shè)要點(diǎn), 強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)在業(yè)務(wù)場景中應(yīng)用，推動我國再生水廠數(shù)字化智慧水務(wù)的落地實(shí)踐。
01智慧水務(wù)的發(fā)展概況
1.1 智慧化基本要素及發(fā)展瓶頸
根據(jù)高德納公司對世界范圍內(nèi)40家位于行業(yè)前沿水務(wù)公司的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)絕大部分公司對智慧水務(wù)的部署均停留在僅發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)或數(shù)采網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)階段，或剛引入自控或數(shù)據(jù)分析工具的機(jī)會階段。Dodge 數(shù)據(jù)公司分析了智慧水務(wù)相關(guān)技術(shù)在美國水務(wù)公司中的應(yīng)用程度，發(fā)現(xiàn)資產(chǎn)信息和移動化技術(shù)已被廣泛應(yīng)用至美國水務(wù)公司，大部分水務(wù)公司嘗試工藝方面的數(shù)字孿生技術(shù)，但暫無任何一家公司能完成基于數(shù)字技術(shù)的運(yùn)營決策支持及自如使用數(shù)字資產(chǎn)。BLACK等認(rèn)為這可能是數(shù)據(jù)量大，且無效數(shù)據(jù)多、數(shù)據(jù)清洗方法不確定、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)不成熟等原因造成的。
目前對水廠實(shí)現(xiàn)智慧化的各個過程劃分方法并不統(tǒng)一，中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會根據(jù)水廠實(shí)施成果進(jìn)程，將智慧水務(wù)分為四個階段：智能感知、智能控制、智能管理和智慧決策；IWA則根據(jù)水務(wù)智慧設(shè)計的復(fù)雜程度，將智慧水廠分為交易型、過渡型和動態(tài)流動型三個階段。還可根據(jù)引進(jìn)的技術(shù)的順序，將智慧水務(wù)分為自動化、信息化、數(shù)字化、智能化及智能體五個階段。盡管不同機(jī)構(gòu)對智慧水務(wù)建設(shè)的各個階段劃分方法不同，但通過對建設(shè)階段定義進(jìn)行按序合并或拆分，均可歸入數(shù)字化、智能化及智慧化三個階段（如表1所示）。根據(jù)對部分在建智慧項(xiàng)目的水廠進(jìn)行了解，發(fā)現(xiàn)智慧化程度不同的各項(xiàng)目所面臨的瓶頸差異較大。
表1 智慧水務(wù)實(shí)施程度及其特征

（1）水廠信息化。在該階段，水廠須完善廠內(nèi)信息化的基礎(chǔ)建設(shè)，我國大部分水廠的智慧化建設(shè)也暫處于該階段。水廠信息化建設(shè)的瓶頸為耗資較大，大量資金用于購買硬件設(shè)備、配置物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，及維持信息化服務(wù)的運(yùn)行。此外，僅停留在信息化建設(shè)的污水處理廠，其收益回報周期長且回報率低，因此對于規(guī)模較小或營收能力較差的水廠，資金門檻過高成為限制其實(shí)現(xiàn)信息化的主要瓶頸。
（2）水廠智能化。水廠智能化是指廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)部分或者全部設(shè)備的智能控制、運(yùn)行工單的自動派發(fā)、簡單報警的提示等，用機(jī)器替代部分運(yùn)行人員功能。
在該階段，水廠可根據(jù)信息基礎(chǔ)建設(shè)所獲的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的智能控制應(yīng)用。但這一階段的應(yīng)用瓶頸主要在于水廠協(xié)同能力欠缺，使得可智能化應(yīng)用的業(yè)務(wù)深度與廣度拓展嚴(yán)重不足。
（3）水廠智慧化。在水廠信息化相對完善的基礎(chǔ)上，通過人工智能決策智慧的植入可以實(shí)現(xiàn)水廠的智慧化。具體方法為，在水廠智慧化階段可采集到大量運(yùn)行數(shù)據(jù)。在對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理和有效信息提取之后，并通過引入大數(shù)據(jù)、人工智能學(xué)習(xí)及工藝水質(zhì)模型等技術(shù)手段，建立信息間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，將所獲得的智慧輔助決策關(guān)系及智慧結(jié)論加以表達(dá)與展示。但水廠智慧化因其在數(shù)據(jù)采集、處理、應(yīng)用的方法不明確以及在水務(wù)行業(yè)的應(yīng)用場景不夠具體，目前存在較大應(yīng)用瓶頸。
1.2 智慧水務(wù)技術(shù)現(xiàn)狀
為逐步實(shí)施上述階段，智慧水務(wù)平臺的搭建依賴于計算機(jī)輔助技術(shù)（IT）和業(yè)務(wù)技術(shù)（OT）這兩方面的技術(shù)。計算機(jī)輔助技術(shù)包括：數(shù)據(jù)的采集、通訊、儲存、調(diào)用與搜索；數(shù)據(jù)庫的建立與備份；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化處理，數(shù)據(jù)關(guān)系分析技術(shù)，異常值清洗技術(shù)、缺省值插入技術(shù)及數(shù)據(jù)展示技術(shù)等。業(yè)務(wù)技術(shù)主要包括相關(guān)事件監(jiān)測與統(tǒng)計、事件間關(guān)聯(lián)分析、事件預(yù)防預(yù)警、事件診斷與響應(yīng)、策略優(yōu)化等。
由于國外在智慧水務(wù)方向起步較早，目前已有國外公司可提供該領(lǐng)域的成熟計算機(jī)輔助技術(shù)，但較少有針對污水處理廠內(nèi)部運(yùn)行的服務(wù)架構(gòu)軟件，在實(shí)際實(shí)施中，信息技術(shù)人員常用開源程序進(jìn)行二次編寫以完成使用目的。業(yè)務(wù)技術(shù)則可分為機(jī)理理論推導(dǎo)和大數(shù)據(jù)分析兩部分。其中，基于機(jī)理理論推導(dǎo)的技術(shù)包括出水水質(zhì)預(yù)測技術(shù)，數(shù)字孿生技術(shù)，精確加藥或曝氣技術(shù)，基于生物模型的過程參數(shù)控制技術(shù)、基于k-ε湍流模型等流態(tài)模型的二沉池出水SS值預(yù)測技術(shù)等。對于理論模型無法涉及或理論模型偏差較大的業(yè)務(wù)場景，則采用大數(shù)據(jù)分析方法，開發(fā)基于模擬量特征值識別的穩(wěn)定出水水質(zhì)的運(yùn)行策略及根據(jù)圖形特征或聲波特征識別的運(yùn)營故障甄別技術(shù)等。
在智慧水務(wù)的需求下，我國部分基礎(chǔ)條件較好的污水處理水廠已著手開展智慧水務(wù)的試點(diǎn)建設(shè)并取得一定進(jìn)展。其中，廣州瀝滘污水處理廠可在智慧系統(tǒng)完成巡檢管理功能；北京市青龍河污水處理廠建設(shè)了提供智慧加藥及精確曝氣功能的智慧運(yùn)行平臺；上海竹園污水處理廠的智慧水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)目前已在規(guī)劃中，該廠將引入圖像識別及聲音識別技術(shù)，用于設(shè)備故障的檢測。
02智慧水務(wù)的設(shè)計與建設(shè)實(shí)踐
以北京市某再生水廠的智慧水務(wù)平臺搭建為例，闡述智慧水務(wù)平臺建設(shè)的步驟、技術(shù)難點(diǎn)及所獲成果。
2.1 搭建方法
由于各廠的差異性，智慧水務(wù)平臺的搭建需結(jié)合再生水廠自身需求，僅靠通過向軟件公司、硬件設(shè)備公司及網(wǎng)絡(luò)通訊服務(wù)商購買服務(wù)甚至直接向全套產(chǎn)品供應(yīng)商購買整個系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)該廠搭建智慧水務(wù)系統(tǒng)的目的，故軟件與硬件的連結(jié)及業(yè)務(wù)技術(shù)與計算機(jī)輔助技術(shù)的配合均需在再生水廠的切實(shí)需求下定制完成。
2.1.1 明確再生水廠建設(shè)需求
根據(jù)再生水廠對智慧化的程度、需求方面及工期預(yù)算安排協(xié)商出具體需求。該水廠的智慧水務(wù)服務(wù)對象包括廠內(nèi)管理人員、廠內(nèi)生產(chǎn)人員、持有該水廠的集團(tuán)運(yùn)營人員，集團(tuán)工藝工程師，對智慧水務(wù)提出的需求包括角色認(rèn)證、信息展示、智能控制、生產(chǎn)運(yùn)維和決策支持五個方向。另外該水廠的建設(shè)周期較長,且工期要求較緊張，廠內(nèi)智慧化建設(shè)需與和土建、設(shè)備等施工同步實(shí)施，并分步提交廠內(nèi)的信息化、智能化和智慧化建設(shè)階段性成果?；诖诵枨螅搹S搭建的智慧平臺由單廠感知平臺、單廠智能平臺、單廠工控平臺、單廠移動平臺、集團(tuán)端管理平臺與智慧決策服務(wù)平臺共同組成，如圖1所示。

圖1 再生水廠智慧水務(wù)平臺組成
其中廠內(nèi)的基本數(shù)字信息由單廠感知平臺獲取，并發(fā)送至單廠智能平臺進(jìn)行簡單加工。部分?jǐn)?shù)據(jù)向廠內(nèi)管理人員和廠內(nèi)生產(chǎn)人員展示，另一部分?jǐn)?shù)據(jù)通過工控平臺直接參與廠內(nèi)自動化智能控制。廠內(nèi)管理人員和廠內(nèi)生產(chǎn)人員根據(jù)單廠智能平臺所展示的信息，進(jìn)行線下維修、巡檢、填報等工作，而移動平臺提供了更加便捷的端口，保障廠內(nèi)人員可在4 G網(wǎng)絡(luò)條件下接入平臺。隨后部分?jǐn)?shù)據(jù)通過智能平臺向集團(tuán)端管理平臺發(fā)送并備份，使得集團(tuán)端運(yùn)營人員及工藝工程師實(shí)時掌握水廠內(nèi)的動態(tài)，同時選取合適的數(shù)據(jù)發(fā)送至智慧決策服務(wù)平臺，完成數(shù)據(jù)診斷與建模計算。
該智慧化平臺將常規(guī)的一體化信息展示與管理交互平臺拆分為單廠智能平臺和集團(tuán)端管理平臺，并以數(shù)據(jù)流動的方向?qū)蓚€平臺鏈接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接入、匯集、共享、儲存、分享、清洗、挖掘和展示。其中，單廠智能平臺主要實(shí)現(xiàn)水廠內(nèi)信息化和智能化運(yùn)行，而集團(tuán)端管理平臺則實(shí)現(xiàn)水廠信息化和智慧化管理。這種拆分平臺的構(gòu)建方法可加快建設(shè)速度，方便不同角色在智慧水務(wù)中的權(quán)限劃分，同時避免了在平臺建設(shè)中不斷對同一界面的迭代優(yōu)化及調(diào)整，增加了用戶對平臺的信任感。單廠智能平臺與集團(tuán)端管理平臺分別如圖2和圖3所示。

圖2 單廠智能平臺主界面

圖3 集團(tuán)端管理平臺主界面
2.1.2 搭建總體框架
在平臺結(jié)構(gòu)方面，由于數(shù)字資產(chǎn)是整個智慧水務(wù)平臺運(yùn)行的基礎(chǔ)，故以數(shù)據(jù)為核心搭建再生水廠智慧水務(wù)結(jié)構(gòu)?；谒畯S內(nèi)數(shù)據(jù)的流動方向，從數(shù)據(jù)獲取層起自下而上搭建智慧水務(wù)平臺，依次包括：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)交互層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)應(yīng)用層，包含智慧水務(wù)所有的數(shù)據(jù)行為（見圖4）。

圖4 智慧水務(wù)結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)采集層，即數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施層的硬件部分,承擔(dān)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集功能。該層的組成包括水質(zhì)測定儀、流量計、壓力計、PLC（Programmable Logic Controller）采集系統(tǒng)等，將處理過程中的信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，對于部分難以在線自動采集的數(shù)據(jù)可采用人工補(bǔ)錄的形式，將這部分信息匯入數(shù)據(jù)庫，完成數(shù)據(jù)的采集。
數(shù)據(jù)交互層，為整個智慧水務(wù)的通用平臺，其主要功能是提供數(shù)據(jù)中心、數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)服務(wù)，其組成包括系統(tǒng)服務(wù)器、儲存硬盤、網(wǎng)絡(luò)資源、通訊資源、防火墻以及植入的操作系統(tǒng)、和數(shù)據(jù)庫管理調(diào)用系統(tǒng)等。
數(shù)據(jù)處理層，是所獲數(shù)據(jù)在業(yè)務(wù)場景下處理的平臺。主要包括將智慧技術(shù)與污水處理廠的業(yè)務(wù)場景進(jìn)行結(jié)合，并在符合工藝邏輯和實(shí)際運(yùn)行規(guī)律情況下，運(yùn)行水質(zhì)預(yù)測算法、設(shè)備報警邏輯、運(yùn)營反饋工單、生產(chǎn)統(tǒng)計規(guī)則的配套算法。最終將人工智能技術(shù)對復(fù)雜事件決策、計算機(jī)學(xué)習(xí)和實(shí)時數(shù)據(jù)計算作為智慧決策支撐手段，甚至是自動決策的智慧手段，以減輕現(xiàn)有污水處理廠相關(guān)工作人員的決策負(fù)擔(dān)，提高再生水廠生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定程度。
數(shù)據(jù)應(yīng)用層直接對接該平臺的用戶端。由于數(shù)據(jù)來源多，覆蓋業(yè)務(wù)廣，某一數(shù)據(jù)可能在多個場景下重復(fù)應(yīng)用，故根據(jù)應(yīng)用目的對數(shù)據(jù)進(jìn)行分流，使數(shù)據(jù)分別向決策支持系統(tǒng)、運(yùn)行控制系統(tǒng)、運(yùn)維管理系統(tǒng)、廠間橫向?qū)Ρ确治鱿到y(tǒng)流動。同時，在上述四項(xiàng)內(nèi)容上，需分別對數(shù)據(jù)進(jìn)行展示、反饋、交互、分析應(yīng)用呈現(xiàn)。
2.1.3 實(shí)施流程
對于新建水廠項(xiàng)目，智慧水務(wù)的規(guī)劃須在建設(shè)設(shè)計期提出。由于智慧水務(wù)的成功搭建及運(yùn)行對用電、通訊、外部環(huán)境均有要求，故在土建建設(shè)階段，就須對智慧水務(wù)中硬件設(shè)備預(yù)留相應(yīng)設(shè)備位置及間隔距離、絕緣環(huán)境、不間斷電源及網(wǎng)絡(luò)接口。在設(shè)備選型階段，為滿足數(shù)據(jù)采集的時間間隔要求或設(shè)備變頻智能控制要求等，須對預(yù)處理設(shè)備、取樣設(shè)備、測定儀表、變頻泵、變頻風(fēng)機(jī)及可自控閥門等進(jìn)行對應(yīng)選擇。在本案例中，由于在水廠規(guī)劃初期同步開展了智慧水務(wù)設(shè)計，廠內(nèi)關(guān)鍵管路的閥門均選用電動閥，鼓風(fēng)機(jī)、提升泵、加藥泵等核心設(shè)備均選用變頻規(guī)格，故后期實(shí)施智能加藥和精確曝氣技術(shù)時，無須重新更改設(shè)備，降低了智慧水務(wù)平臺的建設(shè)成本。對于再生水廠改造項(xiàng)目，智慧水務(wù)運(yùn)行平臺的建設(shè)則受到更多約束。尤其某些老舊廠區(qū)，智慧水務(wù)的實(shí)施將意味著大量儀表的采購及安裝。對于無法滿足安裝要求的水處理構(gòu)筑物還須進(jìn)行改建并重新對設(shè)備儀表布點(diǎn)等。
遵循設(shè)計在實(shí)施前、單獨(dú)調(diào)試在互聯(lián)調(diào)試前、獨(dú)立工作多點(diǎn)開工的原則，可分步實(shí)施智慧水務(wù)的建設(shè)。各建設(shè)順序依次為：進(jìn)場條件建設(shè)，信息化主體建設(shè)、智能化主體建設(shè)、智能化零星工程建設(shè)、智慧化主體建設(shè)、智慧水務(wù)優(yōu)化建設(shè)，具體如圖5所示。

圖5 智慧水務(wù)建設(shè)順序
2.2 實(shí)施重點(diǎn)
智慧水務(wù)平臺成功運(yùn)行的前提是服務(wù)對象須為數(shù)字化水廠，故水廠的完全數(shù)字化是成功實(shí)施智慧水務(wù)的重要基礎(chǔ)。水廠數(shù)字化的工作內(nèi)容包括對廠內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理及提取，根據(jù)數(shù)據(jù)來源，可將水廠內(nèi)數(shù)據(jù)分為靜態(tài)數(shù)據(jù)與動態(tài)數(shù)據(jù)，動態(tài)數(shù)據(jù)中又可分為在線數(shù)據(jù)和離線數(shù)據(jù)（見表2）。
表2 數(shù)字水廠中數(shù)據(jù)來源及分類

在對水廠數(shù)字化的過程中，需根據(jù)不同的數(shù)據(jù)性質(zhì)預(yù)留對應(yīng)的數(shù)據(jù)源接口，同時為動態(tài)數(shù)據(jù)做出動態(tài)調(diào)配余量，合理預(yù)留系統(tǒng)的數(shù)據(jù)冗余度。此外在提取數(shù)據(jù)的同時，還需根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行梳理，如數(shù)據(jù)的時間、空間位置、數(shù)據(jù)單位、數(shù)據(jù)來源特性等。數(shù)據(jù)的梳理將直接參與后續(xù)數(shù)據(jù)清洗、應(yīng)用與挖掘過程。以即時COD去除率這一指標(biāo)為例，由于再生水廠內(nèi)的水力停留時間不可忽視，故在計算COD去除效率時，需根據(jù)實(shí)際水力停留時間推算出該出水時刻所對應(yīng)的進(jìn)水時刻，并通過在線儀表找出該進(jìn)水時刻下的實(shí)際數(shù)據(jù)，此時對COD去除效率進(jìn)行計算，才可保證計算指標(biāo)的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，故COD濃度數(shù)據(jù)的時間屬性將在計算過程中十分重要。
2.3 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)及效果
根據(jù)本案例中智慧水務(wù)的建設(shè)及應(yīng)用目的，對智慧水務(wù)平臺的建設(shè)提出了評價體系作為該平臺的優(yōu)化方向，該評價體系應(yīng)包括信息化水平及數(shù)據(jù)使用水平兩組評價指標(biāo)，具體采用的指標(biāo)如表3所示。
表3 智慧水務(wù)平臺評價指標(biāo)

該評價體系有效地將對智慧水務(wù)的性能評價由定性評價精確為定量評價，且從智慧平臺的基礎(chǔ)建設(shè)到智慧服務(wù)都提出了具體要求。評價指標(biāo)的提出，反向明確了智慧水務(wù)建設(shè)過程中構(gòu)建體系框架、指標(biāo)選擇及建立算法的優(yōu)化方向。
在集團(tuán)端智慧平臺與單廠信息平臺的聯(lián)動運(yùn)維下，廠內(nèi)生產(chǎn)記錄工單線下填報轉(zhuǎn)為線上記錄，日常水質(zhì)報表一鍵生成，歷史數(shù)據(jù)可滿足秒級、分鐘級、小時級別的調(diào)取及搜索。在智慧算法的保障支撐下，水廠原設(shè)計日處理水量為20 000 m3/d，現(xiàn)已達(dá)到28000 m3/d；該水廠噸水電耗降為0.41~0.48 kW·h；自智慧水務(wù)平臺上線后穩(wěn)定運(yùn)行7個月，分鐘級出水指標(biāo)從未超標(biāo)。
03結(jié)語
智慧水務(wù)作為信息技術(shù)與傳統(tǒng)水務(wù)融合的新興領(lǐng)域，在實(shí)施過程中仍面臨著方法缺乏理論指導(dǎo)、業(yè)務(wù)缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)缺乏模型介入等問題。通過對北京市朝陽區(qū)某再生水廠智慧水務(wù)平臺建設(shè)的回顧，本文總結(jié)了智慧水務(wù)平臺建設(shè)過程中的經(jīng)驗(yàn)及方法，強(qiáng)調(diào)了信息技術(shù)在業(yè)務(wù)場景中應(yīng)用，推動了數(shù)字化智慧水務(wù)的落地與發(fā)展。
對原文有修改。原文標(biāo)題：再生水廠運(yùn)營數(shù)字化轉(zhuǎn)型的賦智方案及工程實(shí)踐；作者：許雪喬、劉杰、林甲、李傳舉；作者單位：北京首創(chuàng)生態(tài)環(huán)保集團(tuán)股份有限公司?？窃凇督o水排水》2022年第1期“城鎮(zhèn)水務(wù)智慧化探索與實(shí)踐專欄”專欄。