珠三角水資源配置工程東莞配套松山湖水廠

一期工程智慧水廠項目

東莞市水務集團供水有限公司

上海昊滄系統(tǒng)控制技術有限責任公司

北京市市政工程設計研究總院有限公司

在“數(shù)字中國”建設的浪潮下，國家“十四五”規(guī)劃對數(shù)字化和水務行業(yè)的新發(fā)展提出明確要求，水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型已成為必然趨勢。數(shù)字水務作為數(shù)字經(jīng)濟的重要組成部分，是提升公共服務、社會治理數(shù)字化與智能化水平的關鍵。在“生態(tài)文明”理念和“碳中和”目標的指引下，城鎮(zhèn)涉水事務的建設、運營與服務綜合能力亟待提升。水務產(chǎn)業(yè)化發(fā)展仍處于初級階段，亟需構建數(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"的經(jīng)濟社會循環(huán)，助力水務行業(yè)運營、管理、服務模式的數(shù)字化升級與創(chuàng)新。

珠三角水資源配置工程是國務院要求加快建設的重大水利工程，也是粵港澳大灣區(qū)建設規(guī)劃的重要水利基礎設施。東莞配套松山湖水廠一期工程的建設，對東莞市經(jīng)濟社會發(fā)展意義重大。松山湖水廠以打造“國內(nèi)一流，國際領先”的智慧水廠為目標，聚焦品質(zhì)提升、精細化管理、環(huán)境優(yōu)化和新技術應用，旨在實現(xiàn)精細化過程控制、低碳安全運行，增強運營管控能力，提升水司核心競爭力，同時為東莞水務集團智慧水廠集群建設樹立標桿。

本項目由上海昊滄系統(tǒng)控制技術有限責任公司建設，北京市市政工程設計研究總院有限公司負責設計，東莞市水務集團供水有限公司負責運行管理。建設內(nèi)容涵蓋智慧運營管控平臺、智能工藝及控制優(yōu)化運行系統(tǒng)、大屏顯示系統(tǒng)、無線覆蓋及人員定位系統(tǒng)、超融合基礎設施、機械健康診斷系統(tǒng)等。

1. 總體架構

東莞供水公司制定了“1+3+N+3”的智慧水廠業(yè)務總體規(guī)劃，在智慧水務管理的先進架構中，“1個平臺”擔當核心樞紐，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各體系與系統(tǒng)運轉(zhuǎn)，保障信息高效流通與決策精準快速。“3個體系”分別對應不同管理職能與業(yè)務訴求，是智慧水務管理的穩(wěn)固三大支柱。“N個系統(tǒng)”依據(jù)特定業(yè)務流程與功能需求精心打造，借由智能化手段顯著提升運作效率與安全水平。“4個目標”精準錨定智慧水務管理的終極追求：實現(xiàn)智慧賦能、確保安全可控、達成高效節(jié)能、踐行綠色低碳。

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

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

平臺層:采用微服務分布式架構，打造組件化資源包，實現(xiàn)業(yè)務能力重用，提高系統(tǒng)擴展性和并發(fā)能力。

業(yè)務層:遵循多租戶、“統(tǒng)一認證、分權分域”原則，提供智慧運管管控平臺、高級控制系統(tǒng)和口袋水廠等系統(tǒng)服務單元。

用戶層:支持桌面端、移動端、大屏的數(shù)據(jù)交互，利用websocket技術保證數(shù)據(jù)實時性，通過RSA非對稱算法加密重要數(shù)據(jù)，確保信息安全。

2. 系統(tǒng)和平臺

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

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

設備：建立設備全生命周期臺賬，記錄設備保養(yǎng)、維修、備件更換等信息。

安全：整合安全檢查、隱患整改、應急管理等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)智能化、精細化安全管理。

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

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

3. 典型應用場景

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，集成水廠的建筑、設備、管網(wǎng)等設施，利用三維可視化手段，精準地在數(shù)字空間中再現(xiàn)了水廠的運營流程及全要素信息，實現(xiàn)水廠的立體直觀展示與日常管理的智能化，保障運行的科學性、高效性、安全性及智慧化水平。

3.2. 智能加藥

分析進水水質(zhì)參數(shù)與藥劑投加量關系，建立加藥模型，根據(jù)水質(zhì)參數(shù)自動計算藥劑投加量，并通過校正自學習模塊優(yōu)化，提高出水水質(zhì)穩(wěn)定性，減少藥劑浪費。

分析進水水質(zhì)參數(shù)與藥劑投加量之間的關系，建立加藥模型，根據(jù)各種進水水質(zhì)參數(shù)如流量、濁度、溫度、PH、余氯等自動計算出相應的藥劑投加量。并通過校正自學習模塊，以沉后濁度作為評估指標，分析本次投加是否需要校正以及作為新樣本訓練模型。進一步提高出水水質(zhì)穩(wěn)定性，減少藥劑浪費。

3.3. 進出水水量智能調(diào)度

結(jié)合水廠歷史數(shù)據(jù)和實時變化，動態(tài)預測未來全天進、出水量，并控制進、出水量設定值和水泵運行頻率，穩(wěn)定清水池液位，實現(xiàn)水泵泵組聯(lián)動控制，避免出現(xiàn)水泵超載啟動、電機故障、水泵損壞、水錘擾動等情況，保障水廠和供水系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

3.4. 水泵性能優(yōu)化運行

持續(xù)監(jiān)控水泵性能，與標準性能對比，計算水泵效率并合理分配運行任務，使水泵運行在最佳效率點，達到節(jié)能降耗、延長使用壽命的目的。

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，工作人員響應后，系統(tǒng)統(tǒng)計規(guī)則使用情況，負責人據(jù)此持續(xù)優(yōu)化規(guī)則。

3.6. 機械健康診斷

集數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、健康評估等功能于一體，實時監(jiān)測設備運行狀態(tài)，利用數(shù)據(jù)分析和智能算法評估設備健康狀況，實現(xiàn)故障早期預警和精準診斷，保證相關生產(chǎn)設備的安全、高效、長周期的優(yōu)質(zhì)運行。

3.7. 智能監(jiān)盤及預警

對水廠運行參數(shù)和設備運行狀態(tài)進行數(shù)據(jù)建模和智能監(jiān)控，構建模型并通過健康量化指標實時監(jiān)盤，自動識別異常并預警，降低運行人員工作強度，提高工作效率和設備安全性。

3.8. 口袋水廠運營

打破空間限制，通過移動APP實現(xiàn)隨時隨地掌握生產(chǎn)和設備運行情況，采用流程化移動作業(yè)，保障規(guī)范化運營。

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)學模型，實時計算并動態(tài)調(diào)整混凝劑投加量。該系統(tǒng)能實時監(jiān)測數(shù)據(jù)并自動調(diào)整加藥量，具備智能學習功能，支持遠程訪問控制，突破傳統(tǒng)加藥模式，解決了加藥精度差和水質(zhì)波動大的難題，為水廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了可復用技術框架。

2. 水量智能平衡調(diào)度

基于水廠歷史進出水量數(shù)據(jù)和清水池液位實時監(jiān)測，運用大數(shù)據(jù)技術和機器學習算法，建立預測模型，精確預測未來全天進、出廠水量，并進行靈活調(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，減少了對人工經(jīng)驗的依賴，為水量調(diào)度提供了科學依據(jù)。

3. 水泵智能控制優(yōu)化運行

通過精確計算水泵實際運行效率，依據(jù)效率科學分配泵組運行任務，結(jié)合變頻調(diào)速技術按需調(diào)頻，實現(xiàn)節(jié)能降耗。同時，利用高級監(jiān)控與預測性維護系統(tǒng)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和機器學習技術，預測設備維護需求，提前預警潛在故障，減少設備磨損及突發(fā)故障，延長設備使用壽命，提升了水泵系統(tǒng)在復雜工況下的運行效率，還降低了長期運營成本。

4. 機械健康診斷

利用算法模型和多信息融合技術，深入理解機組設備特性，分析故障機理，識別故障模式，對設備數(shù)據(jù)進行智能分析，精準評估設備運行狀態(tài)，自動識別故障特征頻率，快速定位故障源，實現(xiàn)預知維修，根據(jù)設備實際狀態(tài)制定最佳維修周期，避免傳統(tǒng)定期維修的盲目性，降低備品備件費用，提高設備完好率。

5. 智慧巡檢

通過BIM漫游、攝像頭及巡檢點結(jié)合，對應的巡檢點顯示對應視頻及對應設備參數(shù)及儀表數(shù)據(jù)，實現(xiàn)人員遠程巡檢，減少人員巡檢頻次，提高人員效率，降低運維成本。

6. 故障應急協(xié)助

打破空間及個人能力局限，一鍵遠程求助專家，借助視頻通話、凍屏、標注、資料共享等功能，快速定位問題點，進一步拓寬人員技術水平。

7. MR（混合現(xiàn)實）所見即真實

采用MR技術，合并現(xiàn)實和虛擬世界，在移動端實現(xiàn)水廠模型、業(yè)務數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)和互動，為展示、匯報、協(xié)作提供強有力的支持。

1. 采用可擴展易運維的系統(tǒng)架構，先靈活后固化的建設路徑

在系統(tǒng)建設初期，全面梳理業(yè)務流程，定制開發(fā)符合本地實際的運營系統(tǒng)。打破過去工作的思維定式，采用先靈活后固化的方式，設計可自定義配置的系統(tǒng)滿足初期業(yè)務需求，隨著業(yè)務發(fā)展逐步固化，提高系統(tǒng)運行效率。同時考慮到業(yè)務的拓展及遠期規(guī)劃，系統(tǒng)要具備良好的擴展性，支持業(yè)務拓展和新接口接入，適應未來發(fā)展。

2. 統(tǒng)一信息共享

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

3. 綠色低碳運營

通過智慧水廠建設，利用數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)、人工智能、算法模型等先進技術對生產(chǎn)全流程進行在線監(jiān)督與控制，確保出廠水質(zhì)穩(wěn)定達標，為企業(yè)和公眾提供優(yōu)質(zhì)服務。同時，踐行“雙碳目標”，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)平臺的建設，實現(xiàn)“大屏”觀趨勢、“中屏”管業(yè)務、“小屏”做執(zhí)行，為管理決策者、業(yè)務板塊負責人以及一線員工在同一平臺實現(xiàn)三個不同維度的業(yè)務管理需求。

利用數(shù)字化工具革新傳統(tǒng)管理手段，實現(xiàn)人員、設備以及業(yè)務全在線，基于一個平臺實現(xiàn)“三屏”數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能分析、報表/報告的智能生成、設備/工藝的智能預警、人員的智能監(jiān)督等智慧化管理方式，大大提升工作效率。最終以標準化、科學化以及智慧化的方式對水廠踐行數(shù)智化的新型管理模式。

5. 加強智慧水務運營團隊組建

智慧水廠運營需要具備綜合素質(zhì)的團隊，合理配置各專業(yè)人才，通過培訓和輪崗提升成員綜合技能。在人才不足時，適當引入專業(yè)技術人才，并建立完善的人才培養(yǎng)體系。