污水處理廠智慧水務(wù)解決方案探析

劉甜田

（中交生態(tài)環(huán)保投資有限公司，北京 100013）

在中國目前的環(huán)保壓力與水務(wù)發(fā)展的新形勢下，智慧水務(wù)應(yīng)運而生。2017年2月頒布的《中共中央國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》針對城市管理工作特別提出了要“創(chuàng)新城市治理方式”，“推進(jìn)城市智慧管理”。在污水處理，尤其是工業(yè)園區(qū)污水處理的領(lǐng)域推行智慧水務(wù)，將“智慧”的理念植入運營維護(hù)的每一個環(huán)節(jié)，用智能先進(jìn)的手段“知水、治水、智水”，是智慧城市建設(shè)的重要組成部分，最終為所在工業(yè)園區(qū)及區(qū)域的生態(tài)質(zhì)量與城市環(huán)境，創(chuàng)造更高的價值。

1 智慧水務(wù)成效案例

順應(yīng)全球時代發(fā)展的節(jié)奏，智能水務(wù)已成為大部分水務(wù)巨頭公司戰(zhàn)略發(fā)展核心。在傳統(tǒng)的污水處理模式中，不斷引入、深化智能化的智慧管理：從管網(wǎng)到生產(chǎn)，由排水到服務(wù)，環(huán)環(huán)相扣，通過系統(tǒng)化和數(shù)碼化，整合具備不同功能的多個獨立系統(tǒng)，提高工作效率；利用大數(shù)據(jù)分析，減少資源和能源消耗、提升處理效率、實現(xiàn)精細(xì)化管理；全面優(yōu)化整個運維過程，逐步實現(xiàn)全面智慧管理，最終為所在區(qū)域的生態(tài)質(zhì)量與城市環(huán)境，創(chuàng)造更高的價值。通過智慧水務(wù)體系的應(yīng)用，產(chǎn)生的效益已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了本身的投資。

1.1 美國某水廠

1.1.1 水廠關(guān)鍵信息

（1）85 個水泵，18 個貯水池，11 個閥門，2 個處理廠

（2）高峰日供水55.6 萬立方米，平均每日供水24.6 萬立方米

（3）每年能耗支出550 萬美元

1.1.2 智慧解決方案

采用智慧能源管理系統(tǒng)

1.1.3 客戶收益

每年節(jié)約成本約1 百萬美元

1.2 新西蘭某水廠

1.2.1 水廠關(guān)鍵信息

（1）44 個水泵，57 個貯水池，41 個閥門，4 個處理廠

（2）21 萬立方米供水，來自2 個深井和2 個地表水廠

1.2.2 智慧解決方案

智慧能源管理系統(tǒng)

1.2.3 客戶收益

每年可節(jié)約10%的能源成本，三年內(nèi)實現(xiàn)項目回報

1.3 美國某中水處理廠

1.3.1 中水廠關(guān)鍵信息

（1）處理規(guī)模24 萬立方米每天

（2）為去除濁度每年混凝劑的耗量高達(dá)130 萬歐元

1.3.2 智慧解決方案

采用智慧藥劑投加系統(tǒng)

1.3.3 客戶收益

通過整合中水范圍(從10% 到70%)，節(jié)約藥劑50%

1.4 澳門某自來水項目

1.4.1 水廠關(guān)鍵信息

（1）日供水量：25 萬

（2）管網(wǎng)長度：約600 公里

（3）DMA 分區(qū)：8 個 （27 臺管網(wǎng)流量計）

（4）澳門人口：65 萬 ；旅客：3 千萬/年

（5）壓力區(qū)：高低2 個

（6）2015年NRW:10.6%

1.4.2 智慧解決方案

實施AQUADVANCED 智慧水務(wù)系統(tǒng)

1.4.3 客戶收益

提高管網(wǎng)管理效率，精細(xì)化管理，降低產(chǎn)銷差（2018年4月產(chǎn)銷差率大約9%，2010年產(chǎn)銷差將降至8.5%）

1.5 上海化學(xué)工業(yè)區(qū)智慧園區(qū)項目

1.5.1 園區(qū)關(guān)鍵信息

上海化學(xué)工業(yè)區(qū)中法水務(wù)發(fā)展有限公司智慧園區(qū)項目，采用現(xiàn)代化的技術(shù)和管理手段來進(jìn)行管網(wǎng)規(guī)劃和管理，使管網(wǎng)的管理工作步入定量化、科學(xué)化、自動化、現(xiàn)代化的軌道。通過運用先進(jìn)的GIS 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動互聯(lián)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、AR 技術(shù)、AI 技術(shù)等新一代信息技術(shù)，建立國內(nèi)先進(jìn)的“智慧水務(wù)”平臺，涵蓋供排水管網(wǎng)從規(guī)劃設(shè)計——工程施工——管網(wǎng)管理——管網(wǎng)運維——運營調(diào)度等全生命周期的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)化工園區(qū)供排水系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理和調(diào)度，最終打造成為完整的智慧水務(wù)體系。

1.5.2 智慧解決方案

（1）建立基于GIS 綜合管線管理系統(tǒng)和先進(jìn)技術(shù)試點：建設(shè)GIS 綜合管線系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)空間可視化；管網(wǎng)檢維修數(shù)字化；手持端作業(yè)便攜化。通過先進(jìn)技術(shù)試點實現(xiàn)節(jié)省人力成本，提高作業(yè)水平，提升公司企業(yè)形象。

（2）建立報表分析和決策系統(tǒng)，成果展示及報警處理：利用計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息實時共享和信息處理自動化，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式采集和維護(hù)，使工作人員擺脫繁瑣的人工信息處理和傳遞事務(wù)，節(jié)省時間，減少差錯，提高效率。針對不同目標(biāo)對象的報告需求而制定多維數(shù)據(jù)分析。利用GIS 等技術(shù)將在線數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和決策數(shù)據(jù)等進(jìn)行可視化展示，并挖掘數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而實現(xiàn)聯(lián)動報警。

（3）水力模型開發(fā)：對各種工況下的分析，指導(dǎo)搶修、檢維修作業(yè)、連接項目、超標(biāo)處置及應(yīng)急處置。

1.5.3 客戶收益

（1）提前預(yù)測，實時管理保障運營

（2）為基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化提供信息

（3）為危機(jī)預(yù)測和管理提供實時信息

（4）實時現(xiàn)場工作管理

2 Power BI 智慧水務(wù)解決方案

下面重點介紹Power BI 水務(wù)解決方案，該方案應(yīng)用于中國江蘇某工業(yè)園區(qū)工業(yè)污水處理廠。采用該智慧水務(wù)系統(tǒng)后，不僅有助于污水處理廠的更穩(wěn)定高效運行，在與園區(qū)現(xiàn)有的“刷卡排污”制度相結(jié)合后，更有利于園區(qū)整體“環(huán)保管家”服務(wù)的體現(xiàn)，助力智慧園區(qū)的實現(xiàn)，更為區(qū)域建立智慧城市添磚加瓦。

2.1 Power BI 簡介

隨著數(shù)據(jù)量的增加，業(yè)務(wù)需求的提高，傳統(tǒng)報表已經(jīng)無法滿足企業(yè)的一般需求，即使是傳統(tǒng)的水行業(yè)也不例外。因此，BI (Business Intelligence)，即商務(wù)智能越來越受到企業(yè)的青睞。它是一整套完整的解決方案，用來將企業(yè)中現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合，并快速、準(zhǔn)確地提供報表并提出決策依據(jù)，幫助企業(yè)做出明智的業(yè)務(wù)經(jīng)營決策。

因此，水廠運營商根據(jù)項目的自身特點與需求，利用交互式數(shù)據(jù)可視化 BI 工具（Power BI）開發(fā)一個獨立的報表分析與展示平臺。可以作為公司級別的綜合報表平臺，整合各部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一分析、統(tǒng)一展現(xiàn)。

Power BI 是一種數(shù)據(jù)分析及可提供數(shù)據(jù)洞察力以實現(xiàn)快速，明智的決策工具，屬于Office 365 軟件之一。Power BI 的優(yōu)點在于，用戶可以簡易地將數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為令人驚嘆的視覺圖表，在一個視圖中可視化地探索和分析本地數(shù)據(jù)和云端數(shù)據(jù)，并能在任何設(shè)備上與同事共享，簡化了以往在EXCEL 拼圖拼報告的時間，讓用戶能夠投放更多時間于分析中。不單止能把數(shù)據(jù)上載，更可以連接其他數(shù)據(jù)庫，直接抽取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且有自動更新數(shù)據(jù)功能，不用手動干預(yù)。

Power BI 的其中一個最大特點就是無論你身處任何地方，只要能上網(wǎng)，就能看到數(shù)據(jù)，也就是說，數(shù)據(jù)是需要上云端，這會牽涉到信息安全問題。微軟公司的 服務(wù)器設(shè)在中國境內(nèi)，信息安全方面已通過中國政府審核，而Power BI 每個月都會有更新發(fā)布，以保證系統(tǒng)在最優(yōu)化狀態(tài)。另一方面，Power BI 的使用接口，與微軟旗下的Word，Excel 非常相似，Power BI 的報表設(shè)計，完全不需要IT 人員介入，一般文書人員都能夠使用，技術(shù)門鑒降低了，在使用上也會得心應(yīng)手，這使得報表的設(shè)計反饋能夠更加直接快速，增加人員使用的投入感。

2.2 案例展示

2.2.1 澳門自來水-能源管理報表（工藝單元）

圖1 澳門自來水-能源管理報表（工藝單元）

電耗，是水廠營運的最重要成本，通過收集不同工藝單元的電耗數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)按邏輯擺放到報表上，更能有根據(jù)性地分析出不同工藝是否在一個合理有效率的工作范圍，繼而能針對不在目標(biāo)控制值的環(huán)節(jié)，進(jìn)行深入的分析探討對節(jié)能減排有重要作用。由上圖可以看出，水廠的電耗很大一部份都在泵站上使用了，如能管理好這一大部份，就能節(jié)省很多營運成本。

2.2.2 澳門自來水-能源管理報表（泵站）

圖2 澳門自來水-能源管理報表(泵站)

如上一小節(jié)所說，管理好泵站的用電，就能節(jié)省成本。對水泵的流量，耗電量，入口及出口壓力的數(shù)據(jù)收集，統(tǒng)計出不同泵組搭配下的運行方式，以計算泵的運行效率，從而找出每臺泵的運行狀況，對效能低的泵及時進(jìn)行整改及更換工作，保證每一度電都是在合理范圍上利用。如澳門自來水在上年年中時在BI 發(fā)現(xiàn)到3 號出水泵的效率呈下降趨勢，隨即安排檢查，其后發(fā)現(xiàn)軸承出現(xiàn)問題，這些未必能在瞬時水量及瞬時壓力反映出來。但通過專業(yè)定制的表格使數(shù)據(jù)可視化，就能很快找出問題所在。

圖3 澳門自來水-能源管理報表(尋查水泵運行異常情況)

2.3 Power BI 優(yōu)勢總結(jié)

智慧水務(wù)的幕后是靠大數(shù)據(jù)支持，但如何把這些單調(diào)的數(shù)據(jù)活化地呈現(xiàn)，用數(shù)據(jù)來說故事，是體現(xiàn)智慧水務(wù)的一個重要環(huán)節(jié)。

而Power BI 的優(yōu)點在于：

（1）整合數(shù)據(jù)呈現(xiàn)于一個窗格中

（2）建立令人驚艷的交互式報表

（3）解讀數(shù)據(jù)并應(yīng)用到?jīng)Q策上

（4）在網(wǎng)站或行動裝置共享報表

（5）利用互動篩選功能快速調(diào)整需要參數(shù)，避免重復(fù)制作報表工序

3 智慧水務(wù)未來展望

除上述的Power BI 等解決方案案例外，在日后的園區(qū)發(fā)展中應(yīng)全面展開智慧水務(wù)解決方案。采用多種智慧產(chǎn)品組合，可應(yīng)用于日常管網(wǎng)運營和管網(wǎng)績效管理，配套靈活方便的網(wǎng)頁程序，簡單易用，并且可進(jìn)行安全加密的數(shù)據(jù)傳輸和登錄。智慧水務(wù)產(chǎn)品線不僅全面覆蓋環(huán)境領(lǐng)域，同時延伸到公用事業(yè)領(lǐng)域，為智慧城市的建設(shè)添磚加瓦。