珠三角水資源配置工程?hào)|莞配套松山湖水廠

一期工程智慧水廠項(xiàng)目

東莞市水務(wù)集團(tuán)供水有限公司

上海昊滄系統(tǒng)控制技術(shù)有限責(zé)任公司

北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司

在“數(shù)字中國(guó)”建設(shè)的浪潮下，國(guó)家“十四五”規(guī)劃對(duì)數(shù)字化和水務(wù)行業(yè)的新發(fā)展提出明確要求，水務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為必然趨勢(shì)。數(shù)字水務(wù)作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，是提升公共服務(wù)、社會(huì)治理數(shù)字化與智能化水平的關(guān)鍵。在“生態(tài)文明”理念和“碳中和”目標(biāo)的指引下，城鎮(zhèn)涉水事務(wù)的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與服務(wù)綜合能力亟待提升。水務(wù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展仍處于初級(jí)階段，亟需構(gòu)建數(shù)字化產(chǎn)業(yè)鏈，打通"水安全、水資源、水生態(tài)、水景觀、水環(huán)境、水管理、水經(jīng)濟(jì)"的經(jīng)濟(jì)社會(huì)循環(huán)，助力水務(wù)行業(yè)運(yùn)營(yíng)、管理、服務(wù)模式的數(shù)字化升級(jí)與創(chuàng)新。

珠三角水資源配置工程是國(guó)務(wù)院要求加快建設(shè)的重大水利工程，也是粵港澳大灣區(qū)建設(shè)規(guī)劃的重要水利基礎(chǔ)設(shè)施。東莞配套松山湖水廠一期工程的建設(shè)，對(duì)東莞市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展意義重大。松山湖水廠以打造“國(guó)內(nèi)一流，國(guó)際領(lǐng)先”的智慧水廠為目標(biāo)，聚焦品質(zhì)提升、精細(xì)化管理、環(huán)境優(yōu)化和新技術(shù)應(yīng)用，旨在實(shí)現(xiàn)精細(xì)化過程控制、低碳安全運(yùn)行，增強(qiáng)運(yùn)營(yíng)管控能力，提升水司核心競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)為東莞水務(wù)集團(tuán)智慧水廠集群建設(shè)樹立標(biāo)桿。

本項(xiàng)目由上海昊滄系統(tǒng)控制技術(shù)有限責(zé)任公司建設(shè)，北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)，東莞市水務(wù)集團(tuán)供水有限公司負(fù)責(zé)運(yùn)行管理。建設(shè)內(nèi)容涵蓋智慧運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)、智能工藝及控制優(yōu)化運(yùn)行系統(tǒng)、大屏顯示系統(tǒng)、無線覆蓋及人員定位系統(tǒng)、超融合基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)械健康診斷系統(tǒng)等。

1. 總體架構(gòu)

東莞供水公司制定了“1+3+N+3”的智慧水廠業(yè)務(wù)總體規(guī)劃，在智慧水務(wù)管理的先進(jìn)架構(gòu)中，“1個(gè)平臺(tái)”擔(dān)當(dāng)核心樞紐，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各體系與系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，保障信息高效流通與決策精準(zhǔn)快速。“3個(gè)體系”分別對(duì)應(yīng)不同管理職能與業(yè)務(wù)訴求，是智慧水務(wù)管理的穩(wěn)固三大支柱。“N個(gè)系統(tǒng)”依據(jù)特定業(yè)務(wù)流程與功能需求精心打造，借由智能化手段顯著提升運(yùn)作效率與安全水平。“4個(gè)目標(biāo)”精準(zhǔn)錨定智慧水務(wù)管理的終極追求：實(shí)現(xiàn)智慧賦能、確保安全可控、達(dá)成高效節(jié)能、踐行綠色低碳。

感知層:基于HBase的分布式時(shí)間序列存儲(chǔ)，接入生產(chǎn)設(shè)備、儀器儀表等數(shù)據(jù)，兼容多種設(shè)備協(xié)議，并新增部分感知層設(shè)備，打破信息孤島，提升數(shù)據(jù)查詢效率。

數(shù)據(jù)層:為上層平臺(tái)提供算力、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)支撐和運(yùn)行環(huán)境，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、高效運(yùn)行。

平臺(tái)層:采用微服務(wù)分布式架構(gòu)，打造組件化資源包，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)能力重用，提高系統(tǒng)擴(kuò)展性和并發(fā)能力。

業(yè)務(wù)層:遵循多租戶、“統(tǒng)一認(rèn)證、分權(quán)分域”原則，提供智慧運(yùn)管管控平臺(tái)、高級(jí)控制系統(tǒng)和口袋水廠等系統(tǒng)服務(wù)單元。

用戶層:支持桌面端、移動(dòng)端、大屏的數(shù)據(jù)交互，利用websocket技術(shù)保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，通過RSA非對(duì)稱算法加密重要數(shù)據(jù)，確保信息安全。

2. 系統(tǒng)和平臺(tái)

通過信息化建設(shè)，系統(tǒng)性解決了水廠信息孤島、數(shù)據(jù)分析能力不足、運(yùn)維困難等問題。

生產(chǎn)：通過智能網(wǎng)關(guān)采集自控PLC數(shù)據(jù)，同步至手機(jī)端及業(yè)務(wù)系統(tǒng)，方便查看數(shù)據(jù)、報(bào)表、告警等信息；通過生產(chǎn)巡視檢查降低各類隱患。

設(shè)備：建立設(shè)備全生命周期臺(tái)賬，記錄設(shè)備保養(yǎng)、維修、備件更換等信息。

安全：整合安全檢查、隱患整改、應(yīng)急管理等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)智能化、精細(xì)化安全管理。

化驗(yàn)室：規(guī)范數(shù)據(jù)錄入、藥劑檢測(cè)、數(shù)據(jù)分析等工作，提高化驗(yàn)室工作效率和管理水平。

輔助決策：建立科學(xué)辦公流程，綜合運(yùn)用數(shù)據(jù)，為設(shè)備故障診斷、生產(chǎn)調(diào)度等提供輔助決策支持。

3. 典型應(yīng)用場(chǎng)景

3.1. 數(shù)字孿生水廠

依托BIM模型、物聯(lián)網(wǎng)及數(shù)字孿生技術(shù)，集成水廠的建筑、設(shè)備、管網(wǎng)等設(shè)施，利用三維可視化手段，精準(zhǔn)地在數(shù)字空間中再現(xiàn)了水廠的運(yùn)營(yíng)流程及全要素信息，實(shí)現(xiàn)水廠的立體直觀展示與日常管理的智能化，保障運(yùn)行的科學(xué)性、高效性、安全性及智慧化水平。

3.2. 智能加藥

分析進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)與藥劑投加量關(guān)系，建立加藥模型，根據(jù)水質(zhì)參數(shù)自動(dòng)計(jì)算藥劑投加量，并通過校正自學(xué)習(xí)模塊優(yōu)化，提高出水水質(zhì)穩(wěn)定性，減少藥劑浪費(fèi)。

分析進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)與藥劑投加量之間的關(guān)系，建立加藥模型，根據(jù)各種進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)如流量、濁度、溫度、PH、余氯等自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的藥劑投加量。并通過校正自學(xué)習(xí)模塊，以沉后濁度作為評(píng)估指標(biāo)，分析本次投加是否需要校正以及作為新樣本訓(xùn)練模型。進(jìn)一步提高出水水質(zhì)穩(wěn)定性，減少藥劑浪費(fèi)。

3.3. 進(jìn)出水水量智能調(diào)度

結(jié)合水廠歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)變化，動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)未來全天進(jìn)、出水量，并控制進(jìn)、出水量設(shè)定值和水泵運(yùn)行頻率，穩(wěn)定清水池液位，實(shí)現(xiàn)水泵泵組聯(lián)動(dòng)控制，避免出現(xiàn)水泵超載啟動(dòng)、電機(jī)故障、水泵損壞、水錘擾動(dòng)等情況，保障水廠和供水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4. 水泵性能優(yōu)化運(yùn)行

持續(xù)監(jiān)控水泵性能，與標(biāo)準(zhǔn)性能對(duì)比，計(jì)算水泵效率并合理分配運(yùn)行任務(wù)，使水泵運(yùn)行在最佳效率點(diǎn)，達(dá)到節(jié)能降耗、延長(zhǎng)使用壽命的目的。

3.5. 智慧決策保障生產(chǎn)

專家自定義診斷規(guī)則，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則判斷并生成工單，推薦故障原因和處置方案，工作人員響應(yīng)后，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)規(guī)則使用情況，負(fù)責(zé)人據(jù)此持續(xù)優(yōu)化規(guī)則。

3.6. 機(jī)械健康診斷

集數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷、健康評(píng)估等功能于一體，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，利用數(shù)據(jù)分析和智能算法評(píng)估設(shè)備健康狀況，實(shí)現(xiàn)故障早期預(yù)警和精準(zhǔn)診斷，保證相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的安全、高效、長(zhǎng)周期的優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。

3.7. 智能監(jiān)盤及預(yù)警

對(duì)水廠運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)建模和智能監(jiān)控，構(gòu)建模型并通過健康量化指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)盤，自動(dòng)識(shí)別異常并預(yù)警，降低運(yùn)行人員工作強(qiáng)度，提高工作效率和設(shè)備安全性。

3.8. 口袋水廠運(yùn)營(yíng)

打破空間限制，通過移動(dòng)APP實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地掌握生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)行情況，采用流程化移動(dòng)作業(yè)，保障規(guī)范化運(yùn)營(yíng)。

1. 混凝劑智能投加控制

基于“前饋+模型+反饋”多參數(shù)控制模式，結(jié)合多種水質(zhì)參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)時(shí)計(jì)算并動(dòng)態(tài)調(diào)整混凝劑投加量。該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并自動(dòng)調(diào)整加藥量，具備智能學(xué)習(xí)功能，支持遠(yuǎn)程訪問控制，突破傳統(tǒng)加藥模式，解決了加藥精度差和水質(zhì)波動(dòng)大的難題，為水廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了可復(fù)用技術(shù)框架。

2. 水量智能平衡調(diào)度

基于水廠歷史進(jìn)出水量數(shù)據(jù)和清水池液位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，建立預(yù)測(cè)模型，精確預(yù)測(cè)未來全天進(jìn)、出廠水量，并進(jìn)行靈活調(diào)整，確保清水池液位穩(wěn)定，提高了供水系統(tǒng)的整體效率和穩(wěn)定性，減少了對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)的依賴，為水量調(diào)度提供了科學(xué)依據(jù)。

3. 水泵智能控制優(yōu)化運(yùn)行

通過精確計(jì)算水泵實(shí)際運(yùn)行效率，依據(jù)效率科學(xué)分配泵組運(yùn)行任務(wù)，結(jié)合變頻調(diào)速技術(shù)按需調(diào)頻，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。同時(shí)，利用高級(jí)監(jiān)控與預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，預(yù)測(cè)設(shè)備維護(hù)需求，提前預(yù)警潛在故障，減少設(shè)備磨損及突發(fā)故障，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提升了水泵系統(tǒng)在復(fù)雜工況下的運(yùn)行效率，還降低了長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)成本。

4. 機(jī)械健康診斷

利用算法模型和多信息融合技術(shù)，深入理解機(jī)組設(shè)備特性，分析故障機(jī)理，識(shí)別故障模式，對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，精準(zhǔn)評(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)識(shí)別故障特征頻率，快速定位故障源，實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修，根據(jù)設(shè)備實(shí)際狀態(tài)制定最佳維修周期，避免傳統(tǒng)定期維修的盲目性，降低備品備件費(fèi)用，提高設(shè)備完好率。

5. 智慧巡檢

通過BIM漫游、攝像頭及巡檢點(diǎn)結(jié)合，對(duì)應(yīng)的巡檢點(diǎn)顯示對(duì)應(yīng)視頻及對(duì)應(yīng)設(shè)備參數(shù)及儀表數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人員遠(yuǎn)程巡檢，減少人員巡檢頻次，提高人員效率，降低運(yùn)維成本。

6. 故障應(yīng)急協(xié)助

打破空間及個(gè)人能力局限，一鍵遠(yuǎn)程求助專家，借助視頻通話、凍屏、標(biāo)注、資料共享等功能，快速定位問題點(diǎn)，進(jìn)一步拓寬人員技術(shù)水平。

7. MR（混合現(xiàn)實(shí)）所見即真實(shí)

采用MR技術(shù)，合并現(xiàn)實(shí)和虛擬世界，在移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)水廠模型、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)和互動(dòng)，為展示、匯報(bào)、協(xié)作提供強(qiáng)有力的支持。

1. 采用可擴(kuò)展易運(yùn)維的系統(tǒng)架構(gòu)，先靈活后固化的建設(shè)路徑

在系統(tǒng)建設(shè)初期，全面梳理業(yè)務(wù)流程，定制開發(fā)符合本地實(shí)際的運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)。打破過去工作的思維定式，采用先靈活后固化的方式，設(shè)計(jì)可自定義配置的系統(tǒng)滿足初期業(yè)務(wù)需求，隨著業(yè)務(wù)發(fā)展逐步固化，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。同時(shí)考慮到業(yè)務(wù)的拓展及遠(yuǎn)期規(guī)劃，系統(tǒng)要具備良好的擴(kuò)展性，支持業(yè)務(wù)拓展和新接口接入，適應(yīng)未來發(fā)展。

2. 統(tǒng)一信息共享

建立統(tǒng)一的信息共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)不同部門和單位之間的數(shù)據(jù)對(duì)接和信息共享。可以借助互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，打破信息孤島，提高整體水務(wù)管理的協(xié)同性和效率。

3. 綠色低碳運(yùn)營(yíng)

通過智慧水廠建設(shè)，利用數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)、人工智能、算法模型等先進(jìn)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)全流程進(jìn)行在線監(jiān)督與控制，確保出廠水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，為企業(yè)和公眾提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。同時(shí)，踐行“雙碳目標(biāo)”，深挖節(jié)能減排潛力，打造綠色低碳水廠。

4. 數(shù)智化新型管理模式

通過智慧水廠系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“大屏”觀趨勢(shì)、“中屏”管業(yè)務(wù)、“小屏”做執(zhí)行，為管理決策者、業(yè)務(wù)板塊負(fù)責(zé)人以及一線員工在同一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)三個(gè)不同維度的業(yè)務(wù)管理需求。

利用數(shù)字化工具革新傳統(tǒng)管理手段，實(shí)現(xiàn)人員、設(shè)備以及業(yè)務(wù)全在線，基于一個(gè)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)“三屏”數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能分析、報(bào)表/報(bào)告的智能生成、設(shè)備/工藝的智能預(yù)警、人員的智能監(jiān)督等智慧化管理方式，大大提升工作效率。最終以標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化以及智慧化的方式對(duì)水廠踐行數(shù)智化的新型管理模式。

5. 加強(qiáng)智慧水務(wù)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)組建

智慧水廠運(yùn)營(yíng)需要具備綜合素質(zhì)的團(tuán)隊(duì)，合理配置各專業(yè)人才，通過培訓(xùn)和輪崗提升成員綜合技能。在人才不足時(shí)，適當(dāng)引入專業(yè)技術(shù)人才，并建立完善的人才培養(yǎng)體系。