萬偉 楊卓
摘 要:當(dāng)前凈水廠的建設(shè)與運行管理過程存在著系統(tǒng)信息整合亟需加強、巡檢管理方式有待升級、業(yè)務(wù)協(xié)同工作開展不到位與科學(xué)決策支持工作不完善等問題,物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、5G、BIM、AR/VR等新一代信息技術(shù)的發(fā)展為凈水廠的智慧化運行帶來技術(shù)手段,通過構(gòu)建多技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)與業(yè)務(wù)融合、“人機料法環(huán)”全要素打通、智慧管控平臺為核心的智慧水廠,可實現(xiàn)水廠的全面及時管理,達到出水達標(biāo)、決策科學(xué)、運維便利、節(jié)能降耗、運營增效的業(yè)務(wù)效果,為城市供排水安全保駕護航。
關(guān)鍵詞:智慧水廠;智慧化;建設(shè)架構(gòu);數(shù)據(jù)中臺;業(yè)務(wù)中臺
中圖分類號:TU991.62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號:2096-6903(2022)09-0117-03
0引言
水是生命之源、健康之本。凈水廠是城市運行的基本保障[1],具有一定的政府職能,在智慧城市建設(shè)的過程中,智慧水廠應(yīng)運而生。當(dāng)前水廠在建設(shè)與運行管理過程多存在依賴人工、數(shù)據(jù)孤島、信息孤島等問題。雖然當(dāng)前有各方企業(yè)努力探索,推出大量設(shè)想、產(chǎn)品及解決方案[2],但實現(xiàn)智慧水廠的建設(shè)仍沒有清晰脈絡(luò),未形成共識,需頂層規(guī)劃,探索智慧水廠科學(xué)性、系統(tǒng)性、全生命周期建設(shè)策略。
1項目工程概況
杭州市城北凈水廠工程,選址于杭鋼單元(GS16)控制性詳細規(guī)劃用地范圍內(nèi),320國道西側(cè),劉文路以東,臨一路以南。新建一座設(shè)計規(guī)模為10萬m?/d的凈水廠,其中外管線進廠分配井及尾水出廠管線設(shè)計規(guī)模為20萬m?/d。同時在凈水廠的前端設(shè)污水緩沖調(diào)蓄池,有效容積為2萬m?。
1.1 水廠建設(shè)現(xiàn)狀
當(dāng)前水廠建設(shè)主要存在著系統(tǒng)信息整合亟需加強、巡檢管理方式有待升級、業(yè)務(wù)協(xié)同工作開展不到位與科學(xué)決策支持工作不完善的難題。
1.1.1 系統(tǒng)信息整合亟需加強
很多水廠在早期進行信息化建設(shè)時,往往會選擇外部供應(yīng)商購買設(shè)備、部署應(yīng)用軟件,導(dǎo)致所建設(shè)的信息化系統(tǒng)軟件與自身需求匹配程度不高,無法實現(xiàn)二次開發(fā)、應(yīng)用。隨著水廠自主研發(fā)軟件的上線,與原有老舊軟件間兼容性較差,在設(shè)備運轉(zhuǎn)的過程中無法實現(xiàn)對信息的有效整合,導(dǎo)致數(shù)據(jù)共享、挖掘與應(yīng)用困難。
1.1.2 巡檢管理方式有待升級
當(dāng)前,雖然部分水廠已經(jīng)完成了信息化建設(shè),但其管理方式較傳統(tǒng),未充分利用已建信息化系統(tǒng)。當(dāng)利用傳統(tǒng)巡檢作業(yè)的方式進行設(shè)備管理時,難以實現(xiàn)系統(tǒng)性的實時管控,其實際運維與技術(shù)人員自身技術(shù)水平相關(guān),存在設(shè)備檢驗時無法針對設(shè)備的實際運轉(zhuǎn)狀態(tài)進行有效處理的情況[3]。此外,由于傳統(tǒng)巡檢作業(yè)基于紙面作業(yè)進行數(shù)據(jù)記錄,其人工作業(yè)量大、工作效率低,容易造成管理上的漏洞,難以及時分析與利用數(shù)據(jù)。
1.1.3 業(yè)務(wù)協(xié)同工作開展不到位
水廠各部門開展工作時,其內(nèi)部應(yīng)用軟件往往只適用于自身內(nèi)部工作的開展,部門間數(shù)據(jù)共享實現(xiàn)困難,數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象嚴(yán)重。且在信息傳遞的過程中,各部門只能通過內(nèi)部通訊軟件、電話以及常見的短信進行通訊,這也導(dǎo)致信息傳遞的及時性和可追溯性變差,無法實現(xiàn)跨部門作業(yè),更不能保證協(xié)同業(yè)務(wù)的有效開展,制約水廠現(xiàn)代化建設(shè)目標(biāo)的實現(xiàn)。
1.1.4 科學(xué)決策支持工作不完善
部分水廠已經(jīng)實現(xiàn)了無紙化辦公與自動生產(chǎn)的信息化建設(shè),整體信息功能系統(tǒng)的使用往往都是以信息服務(wù)為主,生產(chǎn)調(diào)度、水源保護等方面的決策類和統(tǒng)計類系統(tǒng)應(yīng)用不足,無法為水廠經(jīng)營生產(chǎn)的科學(xué)決策提供助力。除此以外,水廠運行須保證設(shè)備的實時監(jiān)控與應(yīng)急管理,而當(dāng)前信息化建設(shè)尚未達成此目標(biāo),仍需要大量的人力、物力和財力投入。
智慧水廠是充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計算、5G、BIM、AR/VR等新一代信息技術(shù),通過技術(shù)與業(yè)務(wù)融合方式,將水廠“人機料法環(huán)”全要素打通,最終實現(xiàn)以智慧管控平臺為核心的數(shù)字化運營的水廠,可在解決上述問題的同時,達到出水達標(biāo)、決策科學(xué)、運維便利、節(jié)能降耗、運營增效的業(yè)務(wù)效果,是未來水廠建設(shè)與升級的發(fā)展方向。
1.2 智慧水廠目標(biāo)
通過建設(shè)智慧水廠,最終實現(xiàn)智慧管控、智慧生產(chǎn)、智慧運營、智慧服務(wù)。
智慧管控:使管理者能夠?qū)崟r掌握生產(chǎn)經(jīng)營狀況,以實時管理指令優(yōu)化底層控制,指導(dǎo)生產(chǎn),規(guī)范業(yè)務(wù)流程,提高工作效率,降低管理成本。
智慧生產(chǎn):利用新一代信息通信技術(shù),采集大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù),并對生產(chǎn)的過程和結(jié)果進行深入分析,提升監(jiān)測、預(yù)警、分析研判和綜合智能決策能力。
智慧運營:加強水務(wù)信息化基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源、原物應(yīng)用的整合與成果復(fù)用,實現(xiàn)全面互聯(lián)和充分共享,促進業(yè)務(wù)流程優(yōu)化升級和業(yè)務(wù)模型創(chuàng)新。
智慧服務(wù):依托先進技術(shù),將水廠生產(chǎn)運行成果進行對外展示,融入城市高質(zhì)量公共服務(wù)體系,推廣智能運行管理模式。
1.3 智慧水廠建設(shè)架構(gòu)
智慧水廠建設(shè)構(gòu)架由上自下分為展示層、應(yīng)用層、業(yè)務(wù)中臺層、模型層、數(shù)據(jù)中臺層、數(shù)據(jù)接入層、設(shè)施層、連接層與終端層,如圖1所示。
展示層:建設(shè)展示園區(qū)的生產(chǎn)運營、人員、車輛、設(shè)備設(shè)施、安防、能源、環(huán)境、資產(chǎn)等綜合態(tài)勢的大屏軟硬件及應(yīng)用,同時建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)人駕駛艙(含多角色門戶),用于支撐各級管理層的管理需要。
應(yīng)用層:建設(shè)廠區(qū)管理系統(tǒng),實現(xiàn)廠區(qū)設(shè)備、人、車輛的安全管理;建設(shè)自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)生產(chǎn)工藝段的自動化控制;建設(shè)生產(chǎn)管理系統(tǒng),實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的運行管理、報警管理、值班管理、水質(zhì)管理、能源管理;建設(shè)運營管理系統(tǒng),實現(xiàn)人員管理、設(shè)備管理、調(diào)度管理、安全管理。
業(yè)務(wù)中臺層:建設(shè)包含底圖在內(nèi)的GIS平臺、GIS服務(wù)共享管理平臺、GIS服務(wù)綜合展示平臺、BIM系統(tǒng)、工單系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控及會議系統(tǒng)、規(guī)則引擎及流程引擎系統(tǒng)、AV/VR系統(tǒng)和統(tǒng)一運維管理平臺,用于支撐定位管理、生產(chǎn)控制、運行管理、會議等業(yè)務(wù)更加高效、科學(xué)的開展。
模型層:建設(shè)工藝仿真及數(shù)據(jù)模型,實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的真實仿真、趨勢預(yù)測預(yù)警,并對仿真模型進行評估分析;建設(shè)智能機理模型,實現(xiàn)生產(chǎn)全過程的決策支撐,包括加藥、反沖洗、沉淀池控制等,最終實現(xiàn)整體智能運行;建設(shè)視頻AI模型,提供各種場景長尾算法。
數(shù)據(jù)中臺層:包含數(shù)據(jù)治理工具、數(shù)據(jù)治理服務(wù)、大數(shù)據(jù)分析服務(wù)、BI報表、大數(shù)據(jù)平臺支撐及數(shù)據(jù)倉庫平臺等內(nèi)容,實現(xiàn)智慧水廠全域級數(shù)據(jù)全生命周期的管理,用于支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用、模型分析、AR/VR的大數(shù)據(jù)平臺支撐高效準(zhǔn)確運行。
數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入平臺:物聯(lián)網(wǎng)接入平臺(IoT平臺),包括設(shè)備接入、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)服務(wù)、物聯(lián)展示、訂閱推送、能力開放、用戶管理、日志管理、運維監(jiān)控等內(nèi)容,用于實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入和管理。
ICT基礎(chǔ)設(shè)施層:建設(shè)混合云平臺,對不同業(yè)務(wù)的實際運行需要提供計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源,同時提供云管服務(wù)平臺,支持混合云的高效管理;對廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)資源進行統(tǒng)一的分配和管理,并通過設(shè)置安全隔離區(qū)、網(wǎng)絡(luò)管理區(qū)等保障廠區(qū)網(wǎng)絡(luò)安全;構(gòu)建ICT運維體系,實現(xiàn)ICT基礎(chǔ)設(shè)施的運行監(jiān)控管理、運維流程管理、資產(chǎn)配置管理,并通過主場服務(wù),實現(xiàn)對水廠運維組織保障能力的提升。
邊緣計算層:實現(xiàn)對邊緣計算網(wǎng)關(guān)的管理,并針對不同應(yīng)用場景,開發(fā)針對性的協(xié)議及邊緣計算算法模型。
終端層:包含門禁、攝像機、智慧屏和工藝水質(zhì)數(shù)據(jù)采集設(shè)備等物聯(lián)終端,實現(xiàn)出入管理、安防管理、智慧辦公和智慧運營的需要。
2智慧水廠建設(shè)成效
通過智慧水廠的建設(shè)策劃,為凈水廠的生產(chǎn)運行、水質(zhì)監(jiān)測、設(shè)備管理、自動化運維、安全管理、無人值守提供統(tǒng)一的運維、監(jiān)控、管理與決策平臺,為水務(wù)集團輔助分析決策奠定良好的基礎(chǔ),為企業(yè)管理、節(jié)能降耗、減員增效和精細化管理提供強大的技術(shù)支持,打造國內(nèi)信息化建設(shè)標(biāo)桿。
2.1 智能取水
實現(xiàn)水廠的智能取水。通過智能取水系統(tǒng)實現(xiàn)依據(jù)實際總量需求進行取水量的自動調(diào)控調(diào)節(jié),在取水系統(tǒng)內(nèi)配以相應(yīng)的應(yīng)急投加系統(tǒng),通過模擬計算投藥總量實現(xiàn)預(yù)處理,保障取水系統(tǒng)自動工作時能根據(jù)水質(zhì)的不同進行自動處理,確保滿足基礎(chǔ)供水需求。
2.2 智能給藥
實現(xiàn)水廠的智能給藥。對于水廠而言,自身在制水過程中必須保證對水質(zhì)的及時有效調(diào)控,加藥過程必須匹配水質(zhì)變化情況。通過智能加藥系統(tǒng)的有效應(yīng)用,建立加藥數(shù)學(xué)模型,布設(shè)池底水質(zhì)感應(yīng)系統(tǒng),對水質(zhì)情況進行實時判斷,保證藥劑的精確投加。
2.3 智能消毒
實現(xiàn)水廠的智能消毒。當(dāng)前水廠的消毒工作存在著一定的滯后性,在進行相關(guān)工作開展的過程中,就必須要實現(xiàn)對其干擾因素進行有效處理。通過智能消毒系統(tǒng)的應(yīng)用,根據(jù)消毒藥品的實際特性進行參數(shù)模型的建造,保證多種工藝混合應(yīng)用,根據(jù)模型判斷來實現(xiàn)對整體水質(zhì)的分析,實現(xiàn)科學(xué)自動加氯,同時降低氯的消耗,提高消毒效果。
2.4 智能配電
實現(xiàn)水廠的智能配電。通過對水廠總體耗能參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)以及電能質(zhì)量參數(shù)進行全面的監(jiān)控分析,保證配電設(shè)備正常運轉(zhuǎn),提升配電系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的安全性,通過實現(xiàn)對設(shè)備的遠程控制,降低運營成本。
2.5 智能監(jiān)管
實現(xiàn)水廠的智能監(jiān)管。由于水廠往往建設(shè)規(guī)模較大且設(shè)備眾多,單純依靠人工巡檢和監(jiān)管必然會存在管理死角。通過機械設(shè)備路線規(guī)劃與智能化機器巡檢工作的落實,能夠保證全天候精確無誤的定位巡檢,并利用搖桿方式來實現(xiàn)對設(shè)備的有效檢驗。同時搭載檢驗系統(tǒng),實現(xiàn)對各設(shè)備整體運行情況的全面分析,并通過自動生成檢驗報告進行數(shù)據(jù)上傳,這樣既能夠?qū)崿F(xiàn)滿足檢驗管理的要求,又能夠?qū)崿F(xiàn)在檢驗的過程中第一時間匯總數(shù)據(jù),保證相關(guān)管理人員實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的全面實時分析,進而做好后續(xù)的保障工作。
2.6 智能預(yù)警
實現(xiàn)水廠的智能預(yù)警。為保證智慧水廠的建設(shè)貼合實際需求,通過對大數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行軟件開發(fā),實現(xiàn)對水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)的全面監(jiān)測與收集,利用多維顯示來滿足監(jiān)控畫面的調(diào)控,保證對水質(zhì)的實時分析與水量的實時監(jiān)控。當(dāng)源頭水質(zhì)、水量出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時,就能通過警報提示幫助工作人員盡快找到問題源頭,并實現(xiàn)對其的應(yīng)急處理。
2.7 數(shù)據(jù)利用
實現(xiàn)水廠的數(shù)據(jù)打通。企業(yè)業(yè)務(wù)的支撐平臺就是企業(yè)的數(shù)據(jù)中心,同時也是決策和知識中心。通過規(guī)范編程語言進行統(tǒng)一化技術(shù)構(gòu)架、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),建立數(shù)據(jù)中心,將現(xiàn)有的人力資源及硬件資源進行有效整合。同時,由于數(shù)據(jù)中心的可兼容性和開放性,使得與上級數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)交換的方式更加便利,從而徹底消除信息孤島、數(shù)據(jù)孤島。
3結(jié)語
智慧水廠的建設(shè)能夠滿足智慧城市的發(fā)展,所以為了保證供排水企業(yè)在未來的發(fā)展中能夠更加貼合社會的需要,則必須要確保智能化信息化技術(shù)的全面應(yīng)用,這樣才能在建設(shè)的過程中更加貼合社會的主題。
參考文獻
[1] 衛(wèi)鋒.凈水廠智慧型生產(chǎn)運行專家平臺的構(gòu)想[J].上海建設(shè)科技,2018(2):93-95.
[2] 陸繼誠.從“自動化”到“智慧化”——智慧水廠建設(shè)的新思路[J].給水排水,2017,53(11):1-3.
[3] 徐濤,梁新華,梅春雨.智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)建設(shè)[J].城鄉(xiāng)建設(shè),2020(6):54-55.
[4] 徐偉忠,于紅濤,宋鑫峰,等.水廠生產(chǎn)管理智慧化建設(shè)實踐[J].凈水技術(shù),2019,38(S2):126-129.