水厂智慧化建设与发展研究
李子梦
【摘要】? ? 近年来，随着大数据、云计算、人工智能、物联网等技术的快速发展，水务行业迈入数据信息智能时代，但是水厂的智慧化建设仍存在自动化基础弱、新技术落地难等发展困境。本文通过收集智慧水厂研究进展及建设实践案例，综合分析智慧水厂的特性和要求，探索提出智慧化水厂的定义：在自动化水厂的基础上，综合运用现代科学技术，全方位、全过程实现信息数字化、控制自动化、决策智能化的一种理想化水厂运作模式。同时笔者认为智慧水厂的建设框架应综合考虑信息技术和应用能力，加强运行和决策管理，雙管齐下，搭配多重支持保障系统，最终实现智能化、科学化、精细化、标准化的发展目标。
【关键词】? ? 智慧水厂? ? 信息技术? ? 应用能力? ? 运行管理
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：
近年来，随着大数据、云计算、人工智能、物联网等技术的快速发展，高新技术在各行业的应用日趋普遍。2010年“智慧城市”概念的提出，更是把新一代信息技术的研究应用推向高潮。在全行业智能化的背景下，水务行业也迈入了数据信息智能时代。
我国制水厂的建设经历了机械化、自动化和数字化三个发展阶段，水厂在基础运行和管理效率等方面积累了足够的经验，但是随着城市的发展，居民的用水服务需求不断升级，城市供水服务面临着新的挑战。如何把握水务信息化的机遇，提升水厂的工业化和自动化水平，保障供水服务质量，成为水司当前急需考虑的问题。因此近年来“智慧水务”、 “智慧水厂”、“数据一体化平台”等概念炙手可热，相关研究与尝试层出不穷，但水厂的智慧化建设不是简单的技术堆砌，需要大量的理论研究与实践案例，不断推演，完善，才可以成熟应用。水厂的智慧化建设仍然存在自动化基础弱、新技术落地难的发展困境。
笔者通过调研、走访等形式，收集了智慧水厂的研究进展及建设实践案例，结合大数据、人工智能等方面的研究成果，综合分析智慧水厂的特性和要求，探索提出智慧化水厂的概念和建设管理思路，为智慧化发展提供思路。
一、“智慧水厂”的定义
探求水厂智慧化建设的路径，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，并将其概括为“3I”：物联化、互联化和智能化。简言之，智慧地球的实现，是通过互联网将各行业联合形成物联网，并借助超级计算机、人工智能等现代信息技术，将生活工作方式精细化、动态化
2010年，IBM再提出“智慧城市”的发展愿景，运用物联网、云计算等新一代移动技术，以数字化为基础，实现信息化、工业化和城镇化的深度融合，优化城市管理和服务水平。
“智慧水务”、“智慧水厂”是在“智慧城市”概念上的延伸，目前一些相对先进的自动化水厂已经可以通过仪表、传感器、无线网络等在线监测设备实现数据的实时采集传输，在后台数据库进行生产数据的储存与分析，同时通过客户端进行可视化的人机互动。
自动化水厂的功能可满足水厂的基本生产需求，实现“数据采集-偏差分析-反馈调节”的自动控制流程，但这种机械式的调节限制了运营管理水平的进一步提升，在数据、信息、知识和决策的融合功能上存在不足，判断的精确性以及数据的挖掘分析能力还远远不够。
不少研究人员在摸索智慧水厂的概念时，都强调了信息化技术的应用，如邢立遒[1]等人在“智慧水厂的大数据管理技术及应用场景浅析”中认为智慧水厂是基于物联网、大数据、机器人等技术，采集外部互联网讯息，结合水厂的实际运行规律，进行生产资料的调配，最终实现全面高效管理。
裴佩[2]在“智慧水务基本理念及其现实意义思索”中提出，智慧水务是通过一些系统，诸如互联网、数据采集、水质监测等对城市管网供水系统进行实时监测，并借助于数字技术，实现供排水设施状态的可视化。
杜丹等[3]在“水厂智慧水务建设规划”中提出水厂的智慧水务建设重点在于信息化技术的建设，应用无人机、语音图像识别、机器人等技术自动采集数据，形成数据库，实现设备一体化控制，最终实现“一人调度、总览全局”的状态。
笔者认为智慧水厂不仅仅是多重新技术的叠加与堆砌，还应该具有拟人化的能力，如感知能力、记忆思维能力、学习能力、自适应能力以及行为决策能力[1]，相比于传统的水厂，智慧水厂系统应更强调系统的学习、分析与决策功能，借助大数据、云计算、人工智能等新一代技术，增强人机与环境的交互作用，从而优化运行管理，提升服务质量[4]。
综上，笔者认为智慧水厂应该是在自动化水厂的基础上，综合运用物联网、云计算、大数据、人工智能等现代科学技术，在生产、运行、维护、调度、应急、安全、决策、管理等全方位、全过程、各环节实现信息数字化、控制自动化、决策智能化的一种理想化水厂运作模式。
二、“智慧水厂”的建设思路
上文中提到智慧水厂建设的关键在于先进的技术与拟人化能力的综合运用，采用先进的信息技术有利于数据的互通，保证实时性与精确性，而拟人化能力的运用可实现数据的深度挖掘，提高决策的有效性，进而保障水厂运行管理的快捷、高效、有序。
在已有的智慧水厂概念的探索中，不少研究人员都提出了新颖的建设思路。如杜丹等[3]在“水厂智慧水务建设规划”中提出智慧水厂的建设可以运用图像识别、语音识别、人工智能、自动化控制等技术，建立数据中心、水源预警、加药、配电、设备运维管理、水厂调度等多个智能管理系统，实现水厂全方位管理。
李震等[5]在“智慧水务背景下的水质在线监测系统”中总结了水厂在线监测的体系架构，即在物联网技术的基础上，建立“数据采集—数据传输—应用展现”三层监测系统，实现水量、水质、设备状态等数据信息的全方位监测，通过数据分析处理，进行实时预警，提升管理效率。
董珊等[6]在“几种关键技术在智慧水厂中的应用”一文中介绍了多种可应用于智慧水厂建设的信息技术，如人工智能、BIM、机器人巡检、视屏识别等。
谢善斌等[7]在“智慧水务信息化系统建设与实践”中，也提出了新的方法架构：通用平台+专题业务应用系统。其中通用平台主要功能是设备与数据的管理与服务，专题业务应用则是将新技术与专题业务应用相结合，发展数据、信息、知识、辅助决策的智慧业务应用。
赵伟等[8]在“智慧水务构建研究”中，以海南为例，提出了以“数据大感知、传输大网络、资源大数据、知识大融合、业务大应用、标准化规范、硬件支撑为核心”的智慧水务构建架构，该架构主要运用了移动互联、云计算、物联网等技术。
陆继诚[9]在“从自动化到智慧化—智慧水厂建设的新思路”中提出智慧水厂的建设思路应该是自上而下的，即：完善管理体系—提高管理效率—提升生产水平—实现新的目标。以此思路为基础，分析完善水厂的管理体系，提出了包括“智慧生产运行、生产管理、原料管理、设备维护、办公、安保、環境控制、构筑物监测”等多重系统的智慧水厂框架体系。
结合水厂建设现状，笔者认为，智慧水厂的建设思路应围绕生产、运行、维护、应急、决策、管理、调度、安防等系统，以“工作方式标准化、质量控制精细化、运营成本最低化、管理模式移动化”为目标，聚焦生产运行和决策管理，双管齐下，最终实现管理创新和数据转型，让数据转化为资产，提高企业管理效率，降低运行成本，提升服务质量。
三、“智慧水厂”的应用实践
智慧水厂不仅仅是利用计算机技术代替人工管理，更是对业务流程的优化和重组，是管理理念和管理方式的变革。在这场变革中，一些企业抓住机遇，尝试新技术，将智慧化的建设理念率先应用在水厂运行管理中。
吴江第一水厂结合自身管理需要，利用大数据、人工智能技术，建设了“智慧生产管控一体化平台”，提出水量预测、智能加药、工艺停留时间3个智能生产模型，从员工、成本、水质、资产、管理5个维度建立在线系统，实现水厂的一体化管理[10]。
邓京楠等[11]在“BIM技术在智慧水厂改扩建中的研究与应用”中介绍了某市政水厂改扩建案例，前期以全专业BIM 模型作为数据基础，校核、优化设计方案，深入挖掘数据的潜力，形成智能化设计产品，后期搭建信息化管理平台控制施工进度，保障成本、质量和安全。
刘明等[12]在“智慧水务移动办公平台的开发”中介绍了一种新型的移动办公平台系统，该系统将“业务数据化”和“数据业务化”有效融合，通过数据分析、实时交互和信息展示，完成便携式移动办公。
笔者通过调研走访了解到目前市场上有很多公司都推出了智慧水务产品，如上海某机械设备有限公司整合了物联网、云计算、大数据、人工智能等前沿技术，推出了包括地理信息、物联网、工单、大数据、运行控制、指挥调度、资产管理等核心应用的智慧水务平台。江苏某水务公司推出了包括全过程水质监控、设备健康状态监控、移动巡检、AI业务模型、安防监控、资产管理、工程管理、系统办公在内的全业务管控一体化平台，可实现供水全过程物联智能感知与分析。浙江某水务公司围绕生产运行、水量调度、设备检修、工程管理、安全生产建设一体化平台，可实现智能监控、智能研判、智能调度、智能管理、智能运维、智能服务等应用体系及多场景应用融合。
四、结束语
在全行业智能化的背景下，智慧水厂的推进势在必行，然而受到设备、技术、人员素质等因素的限制，水厂的智慧化建设任重而道远。在后续的规划建设中，企业应打破以往的思路，自上而下，做好顶层设计，技术和能力双管齐下，完善水厂运行管理模块，提升管理效率，最终实现工作方式标准化、质量控制精细化、运营成本最低化、管理模式移动化，全面提升水厂的服务能力。
参? 考? 文? 献
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[12] 刘明， 许克军， 刘盼等. 智慧水务移动办公平台的开发[J]. 软件工程与应用， 2019， 8（2）： 72-79.
