1 引言

      在信息化發(fā)展過程中，傳統(tǒng)水務管理體系與模式已經(jīng)無法很好地應對城市供水的諸多需求，并會引發(fā)一些不利問題，對城市供水效率與質(zhì)量均造成影響。智慧水務系統(tǒng)屬于水務信息化發(fā)展的階段，是未來水務的發(fā)展方向，其所發(fā)揮出的優(yōu)勢與作用是毋庸置疑的。從當前智慧水務體系的建設來說，主要依賴于云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、BIM 監(jiān)護信息管理、GIS地理信息系統(tǒng)、3D 打印技術(shù)、VR 技術(shù)、人工智能?；谶@些科學技術(shù)，智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的應用場景越來越豐富，讓水務企業(yè)的生產(chǎn)與運營發(fā)生了較大轉(zhuǎn)變。針對此，須進一步做好智慧水務系統(tǒng)的建設與優(yōu)化工作，切實發(fā)揮好智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的價值。

2 智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的運用價值

      智慧水務系統(tǒng)是新型水務管理系統(tǒng)，本質(zhì)上是無線水務，終端可以隨處可見，借助云計算、射頻識別、物聯(lián)網(wǎng)可以將水廠的各類基礎設施聯(lián)系起來，從而構(gòu)建一個智慧化的水務系統(tǒng)。另外，智慧水務系統(tǒng)可以自動采集數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)的分析，努力讓整個水務系統(tǒng)成為及時反應和統(tǒng)一指揮決策的大腦[1] 。從當前所建設的智慧水務系統(tǒng)來看，可以將精細化管理、智能調(diào)度和供水服務標準化聯(lián)系起來，對水務工作實現(xiàn)智慧管控和動態(tài)化管理?？偟膩碚f，智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的運用價值集中體現(xiàn)在以下方面（見圖1）。

圖1 城市智慧水務系統(tǒng)框圖

①與傳統(tǒng)的水務技術(shù)相比，智慧水務系統(tǒng)可以借助物聯(lián)網(wǎng)將制水過程清晰展示出來，直接地克服了人工監(jiān)控的局限性，在自動化操作與監(jiān)控中可以對水質(zhì)情況實施 24h 的動態(tài)監(jiān)控，方便技術(shù)人員隨時掌握水質(zhì)情況。

②智慧水務系統(tǒng)借助多種科學技術(shù)，改變了傳統(tǒng)水務工作的方式方法，可以讓管網(wǎng)調(diào)度更加科學高效。從管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)操作這一角度來說，工作人員通過打開管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度系統(tǒng)操作平臺，能夠全面清晰地查閱各個區(qū)域的供水與用水情況，并且可以實時監(jiān)測用水量信息。通過分析實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，可以迅速優(yōu)化調(diào)度方案，始終確保用戶用水質(zhì)量。

③在智慧水務系統(tǒng)的幫助下，數(shù)據(jù)采集設備與傳輸設備可以在線監(jiān)測出水務系統(tǒng)的運行情況，同步整合水務管理部門設施，構(gòu)建出“水務物聯(lián)網(wǎng)"。

3 城市智慧水務系統(tǒng)的建設路徑

3.1 總體框架

      城市智慧水務系統(tǒng)包括兩大部分，一是應用層，二是用戶層。用戶層主要包括業(yè)務人員、管理人員與公眾人員，可實現(xiàn)信息的自動化采集，應用層可以對水務業(yè)務實施集成化管理，從整體上來提升城市水務工作的科學性與合理性，城市智慧水務系統(tǒng)的總體框架見表1。

表1 城市智慧水務系統(tǒng)的總體框架

3.2 信息采集傳輸層

      物聯(lián)網(wǎng)是智慧水務系統(tǒng)信息采集傳輸層的核心技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)的支撐下可以借助數(shù)據(jù)采集模塊、網(wǎng)絡設備、現(xiàn)場儀表實時動態(tài)監(jiān)測城市水資源信息，讓城市供水的一切因子互聯(lián)互通，確保城市供水的及時，向著信息化與高效化的方向發(fā)展。

3.3 數(shù)據(jù)層

      在整個城市供水智慧水務系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)層是核心所在，包含著大量的數(shù)據(jù)信息，同時也是智慧水務系統(tǒng)的信息來源。為切實發(fā)揮好智慧水務系統(tǒng)的價值，要著重建設完整的基礎設施與數(shù)據(jù)庫，增強數(shù)據(jù)層的資源整合水平，為水務工作的開展提供良好的基礎條件[3] 。在城市化進程不斷加速的大背景下，在進一步發(fā)展智慧水務系統(tǒng)的過程中，要做好水務業(yè)務的數(shù)據(jù)挖掘工作，將智慧水務系統(tǒng)應用到城市供水中。

3.4 門戶層

      從當前所建設的智慧水務系統(tǒng)來看，門戶層主要可以分為兩種，一種是行業(yè)門戶，另一種是公共信息門戶。內(nèi)部門戶由管理人員直接負責，開展日常的運營與維修工作，同時業(yè)務人員可以借助行業(yè)門戶與其他的業(yè)務人員展開溝通交流，確保各項水務工作均有序展開，增強智慧水務系統(tǒng)的服務能力。值得一提的是，所建立的公共信息門戶能夠為城市用戶的咨詢提供渠道，用戶可以及時且動態(tài)地獲取水務信息，參與水務建設。

3.5 數(shù)據(jù)管理平臺

      之所以要建立數(shù)據(jù)管理平臺，主要的原因是能整理與存儲智慧水務系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)信息，一方面確保水務工作開展，另一方面為相關部門的水務工作開展提供數(shù)據(jù)支撐。從當前智慧水務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理平臺的應用來看，可以從兩個方面來開展數(shù)據(jù)的整合。①通過數(shù)據(jù)整合可以確保數(shù)據(jù)信息的存儲實現(xiàn)完整性，完成數(shù)據(jù)信息的備份與存儲②通過數(shù)據(jù)整合可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集約化管理，存儲空間也可以得到節(jié)約，有利于降低數(shù)據(jù)信息的存儲成本。

4 智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的運用

4.1 發(fā)揮好相關科學技術(shù)的優(yōu)勢

      城市供水有著復雜性與專業(yè)性的特點，要想確保智慧水務系統(tǒng)可以在城市供水中獲得良好的運用，須發(fā)揮好相關科學技術(shù)的優(yōu)勢，不斷增強智慧水務系統(tǒng)的運用效果。

      在應用云計算技術(shù)的過程中，可以謀求改進智慧水務系統(tǒng)的消費模式與服務模式，從之前的“購買軟硬件產(chǎn)品"朝著“提供和購買IT服務"轉(zhuǎn)變。在物聯(lián)網(wǎng)的應用中，要努力將水務業(yè)務與相關的部門和設施連接起來，實現(xiàn)信息交換與通信，帶領水務行業(yè)實現(xiàn)“智慧升級"。

      大數(shù)據(jù)在智慧水務系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，可以更好地整合與處理水務信息，且可以實現(xiàn)水務工作的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理模式與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理模式的結(jié)合，推動智慧水務系統(tǒng)不斷發(fā)展。

      在實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應用中，要將要點放在水污染事件的監(jiān)測上，一方面要實時動態(tài)監(jiān)測供水與排水情況，另一方面要及時排查所潛在的風險，切實實現(xiàn)水質(zhì)信息的實時追蹤。

      GIS地理信息系統(tǒng)在智慧水務系統(tǒng)中也發(fā)揮著較好的作用，尤其是可以對管網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)資源實施數(shù)字化管理與可視化管理[5] 。具體來說，GIS地理信息系統(tǒng)能夠發(fā)揮三維模擬技術(shù)的優(yōu)勢展示地下管線的詳況，克服了以往管網(wǎng)管理過程中存在的重疊度較差與隱蔽性強的局限性。

      人工智能是智慧水務系統(tǒng)得以發(fā)展的關鍵之一，所具備的故障診斷、優(yōu)化設計、智能檢測的功能均是智慧水務系統(tǒng)所缺失的?？梢哉f，在人工智能的幫助下，智慧水務系統(tǒng)在水務領域的應用會越來越廣泛，改變水務企業(yè)的生產(chǎn)理念與運營模式。

4.2 建立供水管理智慧服務平臺

      在運用智慧水務系統(tǒng)的過程中，要考慮使用網(wǎng)絡技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)建立城市供水管理智慧服務平臺，形成數(shù)字化的供水管理體系。通過建立城市供水管理智慧服務平臺，一方面可以實現(xiàn)視頻監(jiān)控和資源共享，另一方面可以為工作人員的水務業(yè)務開展提供諸多便利。需要注意一點，在建立城市供水管理智慧服務平臺時，要對城市居民的實際生活需求多加考慮，借助智慧服務平臺向居民提供更多人性化與便利化的服務[6] 。

4.3 建立信息資源系統(tǒng)

      信息資源系統(tǒng)對智慧水務系統(tǒng)的運用有較大影響，要考慮使用多種科學技術(shù)優(yōu)化信息資源系統(tǒng)，尤其是要使用好物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)。比如，在使用大數(shù)據(jù)技術(shù)的過程中，要做好水務信息的收集與處理，建立基礎信息數(shù)據(jù)庫，不斷增強信息資源系統(tǒng)對智慧水務系統(tǒng)的支撐能力。

4.4 落實智慧水廠運維平臺的建設

      為了讓智慧水務系統(tǒng)可以更加數(shù)字化與智慧化，須融入水廠管理中，落實好智慧水廠運維平臺的建設工作。在建設智慧水廠運維平臺時，要將要點放在三個方面：①數(shù)字三維仿真；②巡檢及設備管理系統(tǒng)；③水廠生產(chǎn)運維管理和能耗監(jiān)測與節(jié)能分析。比如，在巡檢及設備管理系統(tǒng)中，須對水廠運行設備實施動態(tài)化監(jiān)測，掌握動態(tài)化的運行信息，實現(xiàn)完整生命周期的管理[7] 。再比如，開展水廠生產(chǎn)運維管理和能耗監(jiān)測與節(jié)能分析時，需要對水廠的生產(chǎn)經(jīng)營、數(shù)據(jù)建模、過程優(yōu)化、耗能指標、故障診斷開展綜合性處理，始終確保城市供水處于穩(wěn)定和快捷狀態(tài)，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的用水。

5 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

5.1平臺概述

      安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，監(jiān)測主要用能設備能效，保護污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

5.2平臺組成

      AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務后勤部門管理需要。

5.3平臺拓撲圖

5.4平臺子系統(tǒng)

5.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

      對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預警。

      監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

5.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

      水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

5.4.3電動機管理

      馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。快捷、準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

5.4.4能耗管理

      為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

      將所有有關能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

      能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

      能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

5.4.5智能照明控制

      系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到節(jié)能的目的。

5.4.6電氣安全

①電氣火災監(jiān)測：監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

②消防應急照明和疏散指示：根據(jù)預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

③消防設備電源監(jiān)測：監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。

④防火門監(jiān)控系統(tǒng)：防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

5.4.7 環(huán)境監(jiān)測

      污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

5.4.8分布式光伏監(jiān)測

      實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

      平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

5.4.9工藝仿真監(jiān)控

      平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

6 相關平臺部署硬件選型清單

7 結(jié)語

      智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的運用效果與優(yōu)勢是毋庸置疑的，對推進水務工作規(guī)范化、科學化與高效化十分有益。為發(fā)揮出智慧水務系統(tǒng)的優(yōu)勢，要注重相關科學技術(shù)的應用，幫助智慧水務實現(xiàn)信息化，破解水務行業(yè)發(fā)展困局，助力城市智慧水務的發(fā)展。在智慧水廠運維平臺的建設中，要做好智慧水務的規(guī)劃，努力與水廠互聯(lián)互通，實現(xiàn)信息的即時獲取與共享 ，為城市供水發(fā)展奠定良好的基礎條件。

參考文獻

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