李子夢(mèng)

【摘要】? ? 近年來(lái)，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，水務(wù)行業(yè)邁入數(shù)據(jù)信息智能時(shí)代，但是水廠的智慧化建設(shè)仍存在自動(dòng)化基礎(chǔ)弱、新技術(shù)落地難等發(fā)展困境。本文通過(guò)收集智慧水廠研究進(jìn)展及建設(shè)實(shí)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(dòng)化水廠的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，全方位、全過(guò)程實(shí)現(xiàn)信息數(shù)字化、控制自動(dòng)化、決策智能化的一種理想化水廠運(yùn)作模式。同時(shí)筆者認(rèn)為智慧水廠的建設(shè)框架應(yīng)綜合考慮信息技術(shù)和應(yīng)用能力，加強(qiáng)運(yùn)行和決策管理，雙管齊下，搭配多重支持保障系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)智能化、科學(xué)化、精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】? ? 智慧水廠? ? 信息技術(shù)? ? 應(yīng)用能力? ? 運(yùn)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(lái)，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，高新技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)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(shù)的研究應(yīng)用推向高潮。在全行業(yè)智能化的背景下，水務(wù)行業(yè)也邁入了數(shù)據(jù)信息智能時(shí)代。

我國(guó)制水廠的建設(shè)經(jīng)歷了機(jī)械化、自動(dòng)化和數(shù)字化三個(gè)發(fā)展階段，水廠在基礎(chǔ)運(yùn)行和管理效率等方面積累了足夠的經(jīng)驗(yàn)，但是隨著城市的發(fā)展，居民的用水服務(wù)需求不斷升級(jí)，城市供水服務(wù)面臨著新的挑戰(zhàn)。如何把握水務(wù)信息化的機(jī)遇，提升水廠的工業(yè)化和自動(dòng)化水平，保障供水服務(wù)質(zhì)量，成為水司當(dāng)前急需考慮的問(wèn)題。因此近年來(lái)“智慧水務(wù)”、 “智慧水廠”、“數(shù)據(jù)一體化平臺(tái)”等概念炙手可熱，相關(guān)研究與嘗試層出不窮，但水廠的智慧化建設(shè)不是簡(jiǎn)單的技術(shù)堆砌，需要大量的理論研究與實(shí)踐案例，不斷推演，完善，才可以成熟應(yīng)用。水廠的智慧化建設(shè)仍然存在自動(dòng)化基礎(chǔ)弱、新技術(shù)落地難的發(fā)展困境。

筆者通過(guò)調(diào)研、走訪等形式，收集了智慧水廠的研究進(jìn)展及建設(shè)實(shí)踐案例，結(jié)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(shè)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(shè)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(jiǎn)言之，智慧地球的實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)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(jí)計(jì)算機(jī)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)，將生活工作方式精細(xì)化、動(dòng)態(tài)化

2010年，IBM再提出“智慧城市”的發(fā)展愿景，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代移動(dòng)技術(shù)，以數(shù)字化為基礎(chǔ)，實(shí)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(wù)水平。

“智慧水務(wù)”、“智慧水廠”是在“智慧城市”概念上的延伸，目前一些相對(duì)先進(jìn)的自動(dòng)化水廠已經(jīng)可以通過(guò)儀表、傳感器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等在線監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集傳輸，在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存與分析，同時(shí)通過(guò)客戶端進(jìn)行可視化的人機(jī)互動(dòng)。

自動(dòng)化水廠的功能可滿足水廠的基本生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)采集-偏差分析-反饋調(diào)節(jié)”的自動(dòng)控制流程，但這種機(jī)械式的調(diào)節(jié)限制了運(yùn)營(yíng)管理水平的進(jìn)一步提升，在數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)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(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

不少研究人員在摸索智慧水廠的概念時(shí)，都強(qiáng)調(diào)了信息化技術(shù)的應(yīng)用，如邢立遒[1]等人在“智慧水廠的大數(shù)據(jù)管理技術(shù)及應(yīng)用場(chǎng)景淺析”中認(rèn)為智慧水廠是基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人等技術(shù)，采集外部互聯(lián)網(wǎng)訊息，結(jié)合水廠的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律，進(jìn)行生產(chǎn)資料的調(diào)配，最終實(shí)現(xiàn)全面高效管理。

裴佩[2]在“智慧水務(wù)基本理念及其現(xiàn)實(shí)意義思索”中提出，智慧水務(wù)是通過(guò)一些系統(tǒng)，諸如互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等對(duì)城市管網(wǎng)供水系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并借助于數(shù)字技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供排水設(shè)施狀態(tài)的可視化。

杜丹等[3]在“水廠智慧水務(wù)建設(shè)規(guī)劃”中提出水廠的智慧水務(wù)建設(shè)重點(diǎn)在于信息化技術(shù)的建設(shè)，應(yīng)用無(wú)人機(jī)、語(yǔ)音圖像識(shí)別、機(jī)器人等技術(shù)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備一體化控制，最終實(shí)現(xiàn)“一人調(diào)度、總覽全局”的狀態(tài)。

筆者認(rèn)為智慧水廠不僅僅是多重新技術(shù)的疊加與堆砌，還應(yīng)該具有擬人化的能力，如感知能力、記憶思維能力、學(xué)習(xí)能力、自適應(yīng)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(yīng)更強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)、分析與決策功能，借助大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代技術(shù)，增強(qiáng)人機(jī)與環(huán)境的交互作用，從而優(yōu)化運(yùn)行管理，提升服務(wù)質(zhì)量[4]。

綜上，筆者認(rèn)為智慧水廠應(yīng)該是在自動(dòng)化水廠的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，在生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)、調(diào)度、應(yīng)急、安全、決策、管理等全方位、全過(guò)程、各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)字化、控制自動(dòng)化、決策智能化的一種理想化水廠運(yùn)作模式。

二、“智慧水廠”的建設(shè)思路

上文中提到智慧水廠建設(shè)的關(guān)鍵在于先進(jìn)的技術(shù)與擬人化能力的綜合運(yùn)用，采用先進(jìn)的信息技術(shù)有利于數(shù)據(jù)的互通，保證實(shí)時(shí)性與精確性，而擬人化能力的運(yùn)用可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的深度挖掘，提高決策的有效性，進(jìn)而保障水廠運(yùn)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(shè)思路。如杜丹等[3]在“水廠智慧水務(wù)建設(shè)規(guī)劃”中提出智慧水廠的建設(shè)可以運(yùn)用圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、人工智能、自動(dòng)化控制等技術(shù)，建立數(shù)據(jù)中心、水源預(yù)警、加藥、配電、設(shè)備運(yùn)維管理、水廠調(diào)度等多個(gè)智能管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水廠全方位管理。

李震等[5]在“智慧水務(wù)背景下的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”中總結(jié)了水廠在線監(jiān)測(cè)的體系架構(gòu)，即在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，建立“數(shù)據(jù)采集—數(shù)據(jù)傳輸—應(yīng)用展現(xiàn)”三層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水量、水質(zhì)、設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息的全方位監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析處理，進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，提升管理效率。

董珊等[6]在“幾種關(guān)鍵技術(shù)在智慧水廠中的應(yīng)用”一文中介紹了多種可應(yīng)用于智慧水廠建設(shè)的信息技術(shù)，如人工智能、BIM、機(jī)器人巡檢、視屏識(shí)別等。

謝善斌等[7]在“智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)建設(shè)與實(shí)踐”中，也提出了新的方法架構(gòu)：通用平臺(tái)+專題業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。其中通用平臺(tái)主要功能是設(shè)備與數(shù)據(jù)的管理與服務(wù)，專題業(yè)務(wù)應(yīng)用則是將新技術(shù)與專題業(yè)務(wù)應(yīng)用相結(jié)合，發(fā)展數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)、輔助決策的智慧業(yè)務(wù)應(yīng)用。

趙偉等[8]在“智慧水務(wù)構(gòu)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(luò)、資源大數(shù)據(jù)、知識(shí)大融合、業(yè)務(wù)大應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范、硬件支撐為核心”的智慧水務(wù)構(gòu)建架構(gòu)，該架構(gòu)主要運(yùn)用了移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)。

陸繼誠(chéng)[9]在“從自動(dòng)化到智慧化—智慧水廠建設(shè)的新思路”中提出智慧水廠的建設(shè)思路應(yīng)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(shí)現(xiàn)新的目標(biāo)。以此思路為基礎(chǔ)，分析完善水廠的管理體系，提出了包括“智慧生產(chǎn)運(yùn)行、生產(chǎn)管理、原料管理、設(shè)備維護(hù)、辦公、安保、環(huán)境控制、構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)”等多重系統(tǒng)的智慧水廠框架體系。

結(jié)合水廠建設(shè)現(xiàn)狀，筆者認(rèn)為，智慧水廠的建設(shè)思路應(yīng)圍繞生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)、應(yīng)急、決策、管理、調(diào)度、安防等系統(tǒng)，以“工作方式標(biāo)準(zhǔn)化、質(zhì)量控制精細(xì)化、運(yùn)營(yíng)成本最低化、管理模式移動(dòng)化”為目標(biāo)，聚焦生產(chǎn)運(yùn)行和決策管理，雙管齊下，最終實(shí)現(xiàn)管理創(chuàng)新和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)型，讓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為資產(chǎn)，提高企業(yè)管理效率，降低運(yùn)行成本，提升服務(wù)質(zhì)量。

三、“智慧水廠”的應(yīng)用實(shí)踐

智慧水廠不僅僅是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)代替人工管理，更是對(duì)業(yè)務(wù)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(chǎng)變革中，一些企業(yè)抓住機(jī)遇，嘗試新技術(shù)，將智慧化的建設(shè)理念率先應(yīng)用在水廠運(yùn)行管理中。

吳江第一水廠結(jié)合自身管理需要，利用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，建設(shè)了“智慧生產(chǎn)管控一體化平臺(tái)”，提出水量預(yù)測(cè)、智能加藥、工藝停留時(shí)間3個(gè)智能生產(chǎn)模型，從員工、成本、水質(zhì)、資產(chǎn)、管理5個(gè)維度建立在線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水廠的一體化管理[10]。

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

劉明等[12]在“智慧水務(wù)移動(dòng)辦公平臺(tái)的開發(fā)”中介紹了一種新型的移動(dòng)辦公平臺(tái)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將“業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化”和“數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化”有效融合，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)交互和信息展示，完成便攜式移動(dòng)辦公。

筆者通過(guò)調(diào)研走訪了解到目前市場(chǎng)上有很多公司都推出了智慧水務(wù)產(chǎn)品，如上海某機(jī)械設(shè)備有限公司整合了物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)，推出了包括地理信息、物聯(lián)網(wǎng)、工單、大數(shù)據(jù)、運(yùn)行控制、指揮調(diào)度、資產(chǎn)管理等核心應(yīng)用的智慧水務(wù)平臺(tái)。江蘇某水務(wù)公司推出了包括全過(guò)程水質(zhì)監(jiān)控、設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)控、移動(dòng)巡檢、AI業(yè)務(wù)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(wù)管控一體化平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)供水全過(guò)程物聯(lián)智能感知與分析。浙江某水務(wù)公司圍繞生產(chǎn)運(yùn)行、水量調(diào)度、設(shè)備檢修、工程管理、安全生產(chǎn)建設(shè)一體化平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控、智能研判、智能調(diào)度、智能管理、智能運(yùn)維、智能服務(wù)等應(yīng)用體系及多場(chǎng)景應(yīng)用融合。

四、結(jié)束語(yǔ)

在全行業(yè)智能化的背景下，智慧水廠的推進(jìn)勢(shì)在必行，然而受到設(shè)備、技術(shù)、人員素質(zhì)等因素的限制，水廠的智慧化建設(shè)任重而道遠(yuǎn)。在后續(xù)的規(guī)劃建設(shè)中，企業(yè)應(yīng)打破以往的思路，自上而下，做好頂層設(shè)計(jì)，技術(shù)和能力雙管齊下，完善水廠運(yùn)行管理模塊，提升管理效率，最終實(shí)現(xiàn)工作方式標(biāo)準(zhǔn)化、質(zhì)量控制精細(xì)化、運(yùn)營(yíng)成本最低化、管理模式移動(dòng)化，全面提升水廠的服務(wù)能力。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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