王軍

摘 要：智慧水務(wù)已經(jīng)成為許多國(guó)家和地區(qū)完善水資源科學(xué)管理的有效載體。智慧污水是在當(dāng)前城市水務(wù)信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算的城市污水處理綜合運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)為污水運(yùn)營(yíng)企業(yè)安全管理、生產(chǎn)運(yùn)行、水質(zhì)化驗(yàn)、設(shè)備管理、日常辦公等關(guān)鍵業(yè)務(wù)提供統(tǒng)一業(yè)務(wù)信息管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市排水系統(tǒng)管網(wǎng)的安全運(yùn)行和對(duì)污水的排放智能化協(xié)調(diào)與調(diào)度。該文闡述了智慧排水的內(nèi)涵、層次結(jié)構(gòu)及其在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用進(jìn)展，對(duì)我國(guó)智慧排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)具有一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù) ?智慧排水 ?信息化建設(shè)

中圖分類號(hào)：X7 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-198X（2015）10（c）-0166-02

隨著全球物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算等信息技術(shù)迅速發(fā)展和深入應(yīng)用，“智慧地球”和“智慧城市”的理念在世界范圍內(nèi)悄然興起，許多國(guó)家將城市中的水、電、油、氣、交通等公共服務(wù)資源信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)連接起來(lái)，智能化做出響應(yīng)，以改善政府對(duì)交通的管理、環(huán)境的控制等更好的服務(wù)于市民。

水資源是基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源，智慧水務(wù)，是借助水智能系統(tǒng)形成的水務(wù)管理模式，在常規(guī)的水處理/管理技術(shù)基礎(chǔ)上，借助信息控制融合系統(tǒng)，對(duì)自來(lái)水、污水、中水等各種水處理設(shè)施的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行一元化管理，從而提高城市整體的水循環(huán)經(jīng)營(yíng)效率。智慧水務(wù)一般通過(guò)智慧水網(wǎng)工程予以實(shí)施，使水資源管理部門能夠?qū)┧畯S、污水處理廠、工廠、水路管道網(wǎng)等進(jìn)行有關(guān)水量和水質(zhì)的實(shí)時(shí)最佳控制。

污水處理行業(yè)作為國(guó)家新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，國(guó)家“十二五”規(guī)劃也對(duì)城鎮(zhèn)污水處理提出了更高要求，在行業(yè)監(jiān)管的加強(qiáng)、人工成本的大幅度上升和企業(yè)自身盈利模式固化等多重因素的影響下，污水處理廠建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)的發(fā)展得到重視，污水處理自動(dòng)化、信息互聯(lián)化及智能工業(yè)化技術(shù)的發(fā)展也迫在眉睫。

1 智慧污水概述

1.1 概念及內(nèi)涵

智慧水務(wù)包括水務(wù)信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理和服務(wù)，全新提升水務(wù)管理的效率和效能，實(shí)現(xiàn)更全面的感知，更主動(dòng)的服務(wù)，更整合的資源，更科學(xué)的決策，更自動(dòng)的控制和更及時(shí)的應(yīng)對(duì)。我國(guó)污水處理廠日益增多，且分布廣，傳統(tǒng)的監(jiān)管方式已無(wú)法滿足現(xiàn)在的發(fā)展，效益提高的同時(shí)運(yùn)營(yíng)成本也節(jié)節(jié)攀升，如何高效的監(jiān)管好各廠站，這就給水務(wù)集團(tuán)管理水平提出了更高的要求。智慧污水的建設(shè)使得生產(chǎn)運(yùn)行管理者通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)水務(wù)集團(tuán)對(duì)下屬的各污水處理廠、泵站的關(guān)鍵生產(chǎn)指標(biāo)（進(jìn)出水水量、進(jìn)出水污染物濃度、集水井水位等）、生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)（設(shè)備開(kāi)關(guān)、電流、電壓等）的自動(dòng)采集、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視、智能預(yù)警，加強(qiáng)各級(jí)管理人員對(duì)各廠運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)管力度。依托機(jī)制創(chuàng)新，整合共享生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各類運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)挖掘，組成基于數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用系統(tǒng)，為各污水廠運(yùn)營(yíng)管理提供實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、全廠過(guò)程控制、工藝運(yùn)行模擬、運(yùn)行異常預(yù)警、優(yōu)化運(yùn)行決策等功能，為公司提供整體綜合運(yùn)營(yíng)決策的工藝分析、設(shè)備分析、成本分析、風(fēng)險(xiǎn)分析等功能，支撐污水綜合管理、涉水事務(wù)跨行業(yè)協(xié)調(diào)管理和提供社會(huì)公眾個(gè)性化服務(wù)，從而達(dá)到智慧污水的狀態(tài)。

1.2 建設(shè)目標(biāo)

利用先進(jìn)的信息技術(shù)，使污水運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)更加高效化、生產(chǎn)更加智能化、管理更加精細(xì)化、決策更加科學(xué)化、服務(wù)更加個(gè)性化、從而實(shí)現(xiàn)智慧化。

1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容

大數(shù)據(jù)全數(shù)字化、云平臺(tái)化常態(tài)管理和經(jīng)營(yíng)模式創(chuàng)新是智慧污水設(shè)計(jì)建設(shè)的主要內(nèi)容。智慧污水平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容是對(duì)污水系統(tǒng)機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)資源、信息資源等軟硬件環(huán)境建設(shè)，整合、補(bǔ)充、完善水務(wù)系統(tǒng)統(tǒng)一的水務(wù)數(shù)據(jù)資源環(huán)境和共享交換體系，建設(shè)支持各類應(yīng)用系統(tǒng)和水利、供水、排水部門信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同的公共核心支撐平臺(tái)。建設(shè)內(nèi)容主要包括[1]。

（1）大數(shù)據(jù)全數(shù)字化。

針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有排水系統(tǒng)信息化發(fā)展不均衡、系統(tǒng)功能不完善，應(yīng)用系統(tǒng)缺少統(tǒng)籌規(guī)劃利用程度底、共享程度低等不足[1-2]，大數(shù)據(jù)全數(shù)字化自控系統(tǒng)已經(jīng)不僅僅限于自動(dòng)化，重要的還在于基于污水處理廠運(yùn)營(yíng)管理體制的信息化與智能化技術(shù)應(yīng)用。大數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)踐創(chuàng)新主要體現(xiàn)在工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的大數(shù)據(jù)收集，監(jiān)控操作以及大數(shù)據(jù)管理運(yùn)行維護(hù)的趨勢(shì)分析。主要分三個(gè)方面：①數(shù)據(jù)收集。將單一水廠或數(shù)個(gè)水廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的儀表讀數(shù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)（包含水量、水位、水質(zhì)、電耗、藥耗、設(shè)備狀態(tài)與環(huán)境條件等信息）做遠(yuǎn)程傳輸監(jiān)控，減少人工收集可能的失誤，提高資訊準(zhǔn)確性。②監(jiān)控操作。由中控室與外部連接對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行操控;運(yùn)用監(jiān)控錄像或報(bào)警判斷所需操作模式;利用云計(jì)算平臺(tái)搭配移動(dòng)式設(shè)備，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，人機(jī)合一的現(xiàn)場(chǎng)加遠(yuǎn)端的監(jiān)控模式。③數(shù)據(jù)分析。設(shè)定運(yùn)行數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)，以圖形界面提高直觀比較;水質(zhì)數(shù)據(jù)與運(yùn)行模式和原廢水變化的交叉分析;報(bào)警處理的過(guò)程追蹤與統(tǒng)計(jì)分析未來(lái)故障前兆之預(yù)警。

（2）云平臺(tái)化常態(tài)管理。

大數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求將以服務(wù)方式通過(guò)平臺(tái)的管理得到滿足。利用云計(jì)算的彈性資源等特性，污水處理廠可以通過(guò)多層次信息化平臺(tái)將設(shè)備維護(hù)、企業(yè)資產(chǎn)管理、財(cái)務(wù)ERP、OA平臺(tái)、監(jiān)控平臺(tái)、GIS、采購(gòu)、知識(shí)庫(kù)等不同模塊訊息平臺(tái)有機(jī)銜接到一個(gè)完整的污水管控云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)線上和線下O2O的工作流程對(duì)接，明確職責(zé)分配與考核標(biāo)準(zhǔn)，提高整體效率。利用云計(jì)算平臺(tái)，把所有污水管理的共性功能和服務(wù)聚集成平臺(tái)，利用平臺(tái)便利性提升資訊處理效率，從被動(dòng)維護(hù)轉(zhuǎn)換成主動(dòng)性維護(hù)，提升設(shè)備和污水運(yùn)行設(shè)備的可靠性。

（3）經(jīng)營(yíng)模式創(chuàng)新。

形成“水物聯(lián)網(wǎng)”，從人人互聯(lián)、物物互聯(lián)、產(chǎn)品與服務(wù)互聯(lián)，到公眾與政府互聯(lián)，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與客觀事實(shí)記錄輔佐決策，事先統(tǒng)一污水處理全產(chǎn)業(yè)鏈的風(fēng)險(xiǎn)矩陣參數(shù)定義、評(píng)估方法以及結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)處理原則，轉(zhuǎn)變經(jīng)營(yíng)模式，避免主觀、感觀式判斷，降低無(wú)效損耗、閑置設(shè)備維護(hù)成本，在有限資源基礎(chǔ)下發(fā)揮最大效益。

1.4 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)城市排水系統(tǒng)相比，智慧化的城市排水系統(tǒng)能夠根據(jù)當(dāng)前城市排水系統(tǒng)的運(yùn)行情況預(yù)判將來(lái)一段時(shí)間內(nèi)可能會(huì)發(fā)生的狀況并提供應(yīng)對(duì)策略;根據(jù)所獲取的降雨總量、污水排放數(shù)據(jù)、管網(wǎng)輸送參數(shù)、泵站運(yùn)轉(zhuǎn)以及污水處理廠運(yùn)行情況等實(shí)現(xiàn)各泵站、管網(wǎng)與污水處理廠三者之間的協(xié)調(diào)與控制，達(dá)到排水效果最優(yōu)化的目的。智慧水務(wù)在排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有以下主要特點(diǎn)：（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)智慧排水系統(tǒng)對(duì)城市供排水管道設(shè)施的智能標(biāo)識(shí)監(jiān)控城市排水狀況，有效控制各類污水對(duì)大自然造成的二次污染。（2）動(dòng)態(tài)調(diào)控。對(duì)溢流和內(nèi)澇過(guò)程規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)分析，根據(jù)所獲取的降雨總量、污水排放數(shù)據(jù)、管網(wǎng)輸送參數(shù)、泵站運(yùn)轉(zhuǎn)以及污水處理廠運(yùn)行情況等實(shí)現(xiàn)各泵站、管網(wǎng)與污水處理廠三組直接的協(xié)調(diào)與控制，達(dá)到排水效果最優(yōu)化的目的。（3）及時(shí)排障。利用智能化網(wǎng)絡(luò)有效控制管道老化、施工造成的管道破損等現(xiàn)象，及時(shí)排查和解決，甚至實(shí)現(xiàn)不斷水檢修。

2 智慧水務(wù)在污水系統(tǒng)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

2008年，IBM公司提出了“智慧地球”的理念，隨后在智慧水資源管理方面也做出了深入的探索，并不斷尋求解決方案，通過(guò)協(xié)調(diào)、預(yù)測(cè)、利用三步驟，即利用水資源運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)對(duì)水資源管理進(jìn)行深入分析來(lái)提高日常運(yùn)行管理能力;對(duì)潛在的水資源問(wèn)題及長(zhǎng)期水資源需求進(jìn)行預(yù)測(cè);協(xié)調(diào)水資源健康運(yùn)營(yíng)、以實(shí)現(xiàn)水資源的合理及可持續(xù)利用。IBM公司在哥倫比亞、美國(guó)加利福尼亞州等地開(kāi)發(fā)了智慧水資源管理系統(tǒng)，及信息發(fā)布、多部門數(shù)據(jù)共享、可視化設(shè)備和管網(wǎng)等功能于一體，從而實(shí)現(xiàn)跨部門協(xié)同共享、優(yōu)化調(diào)度、實(shí)時(shí)采集、梳理管網(wǎng)順序等[3]。

我國(guó)江蘇、深圳等地率先開(kāi)展了“智慧水務(wù)”的建設(shè)工作。

無(wú)錫高新水務(wù)有限公司污水收集系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行項(xiàng)目采用先進(jìn)的傳感測(cè)量，組合網(wǎng)絡(luò)控制，并將3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)靈活應(yīng)用于圖像、數(shù)據(jù)傳送，是集成了SCADA技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、無(wú)線通信、數(shù)字視頻等多種技術(shù)的一個(gè)信息發(fā)布和控制平臺(tái)。該平臺(tái)以實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行信息和各遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)分站的設(shè)施屬性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提供統(tǒng)計(jì)報(bào)表，為上層的綜合調(diào)度系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源，為水務(wù)系統(tǒng)建立GIS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)化管理提供支持。

深圳水務(wù)在信息采集方面，已建成雨量站63個(gè)，水文站32個(gè);建成供水水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)站點(diǎn)99個(gè)，可監(jiān)控全市主要供水主干管的PH值、壓力、濁度及總氯，建成10座污水廠水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)站點(diǎn)23個(gè)，整合政府投資和社會(huì)BOT模式新建的8座污水處理廠、1個(gè)再生水廠的17個(gè)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)，將全市污水處理廠的水質(zhì)數(shù)據(jù)（COD、氨氮、HP、總磷等）納入統(tǒng)一監(jiān)管;建成視頻監(jiān)視點(diǎn)118個(gè)，并通過(guò)共享市交通部門的視頻資源，可對(duì)全市中型水庫(kù)、重點(diǎn)海堤、特區(qū)內(nèi)主要河道和城區(qū)易澇易浸點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)水務(wù)數(shù)據(jù)資源“一數(shù)據(jù)一源”;建成數(shù)據(jù)共享及交換平臺(tái)，對(duì)內(nèi)完成與局屬單位間的水雨情數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)和視頻資源的共享與交換;對(duì)外實(shí)現(xiàn)了市氣象局的雨情數(shù)據(jù)交換，與省水利廳、市應(yīng)急指揮中心的視頻資源的共享，并利用深圳市統(tǒng)一建設(shè)的信息資源交換平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了與市監(jiān)察局、市行政服務(wù)大廳、市府辦公廳間的行政審批、信息公開(kāi)數(shù)據(jù)的共享與交換。

3 結(jié)語(yǔ)

雖然目前國(guó)內(nèi)外智慧水務(wù)建設(shè)都發(fā)展很快，但由于水務(wù)基礎(chǔ)信息要素欠缺、各地?cái)?shù)據(jù)中心建設(shè)還處于雛形階段，尚未形成統(tǒng)一的規(guī)劃模式及資源共享平臺(tái)，受各部門業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展不平衡等條件的制約，均對(duì)我國(guó)智慧水務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展帶來(lái)一定阻礙。

數(shù)字化水務(wù)對(duì)于排水系統(tǒng)而言，建立了網(wǎng)絡(luò)化的下屬單位生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)上報(bào)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)下屬單位的遠(yuǎn)程運(yùn)行監(jiān)管。各下屬單位上報(bào)的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)被數(shù)字化系統(tǒng)智能化的匯總和統(tǒng)計(jì)，快速形成企業(yè)整體的生產(chǎn)運(yùn)行各類報(bào)表，為企業(yè)整體運(yùn)營(yíng)管理、決策提供參考數(shù)據(jù)。隨著數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)，將極大的提高下屬單位上報(bào)數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，減輕總部運(yùn)管人員的匯總計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析的工作量，提高企業(yè)運(yùn)行監(jiān)管工作效率，提升企業(yè)整體信息化管理水平。

綜上所述，從管理角度而言，智慧化的排水系統(tǒng)就是從根本上解決排水系統(tǒng)信息孤島問(wèn)題，建立企業(yè)信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，降低成本，輔助污水處理企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)行管理、工藝優(yōu)化調(diào)度、綜合運(yùn)營(yíng)管理的 信息化、智能化和規(guī)范化管理理念。

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