加壓站無人值守智慧化改造

麥永暉 張銘銳

(廣州市自來水有限公司)

1.實施背景

1.1 國家、省市推進智慧水務高質量發展

黨的十九大報告指出，我國進入了中國特色社會主義新時代，要堅持以人民為中心的發展思想，不斷把人民對美好生活的向往變成現實。習近平總書記在視察廣東時明確提出“推動高質量發展”的工作任務，強調“要發揮企業創新主體作用和市場導向作用，加快建立技術創新體系，激發創新活力”。近年來，國務院、國家發改委、水利部、住房城鄉建設部等多部門都陸續印發了支持智慧水務行業的發展政策，涉及發展智能供水等內容。

為進一步提高城市供水安全保障水平，扎實推進供水高質量發展，持續提升供水安全保障能力，不斷滿足人民群眾日益增長的美好生活需要，省、市政府也要求加快建設高水平新型基礎設施體系，推進智慧水務建設，優化提升城市供水服務。

1.2 公司實現企業高質量發展和服務社會雙重目標

南方某自來水公司，以黨建引領，踐行以人民為中心的發展思想，堅守智慧服務型公益企業定位。公司結合“十四五”供水規劃，制定了智慧水務建設的發展思路，將借助云計算、大數據、物聯網、人工智能等創新技術，推進公司向數字化、自動化轉型升級，打造“智慧水務”，以更高質量推動供水建設、營運服務全面邁向新臺階新水平，以更強擔當推進該城市實現老城新活力、四個出新出彩。

1.3 加壓站運行存在的問題

城市供水系統是城市發展的命脈,是保障人民群眾生活和經濟可持續發展不可或缺的物質基礎，構建一個安全、可靠、智慧的供水系統，是建設宜居宜業宜游幸福城市的需要，更是一個世界級城市必備的基礎條件。通過加壓站蓄水、加壓作用，錯峰調節，保障城市不同時段的供水壓力平穩，還保障了城市應急供水需要，為供水的安全性、可靠性提供有力保障。

為滿足城市供水量日益增長的需求和緩解局部地區缺水缺壓問題，正不斷優化市政管網加壓站的布局。近三年來，新增接管運營的供水加壓站共17 個，如仍采用傳統24 小時有人值班的管理模式，一個加壓站需十名四班三運轉的值班人員，則需增加超百名值班人員，人員缺口較大，而且近年來人力成本也在不斷的上升。通過加壓站無人值守智慧改造，有效解決人力資源緊張問題，同時改造優化了加壓站的生產全過程監控，保障了供水安全，解決傳統值守管理模式效率低、運行成本高的問題。

2.目標與做法

2.1 項目目標

結合精細化管理降本增效的行業背景，以智慧水務作為突破點，通過實施加壓站無人值守科技創新改革，運用無人值守泵站技術，解決加壓站管理投入人力資源過多的痛點，形成無人值守及巡檢結合的運行管理新模式，提升智能化運行管理水平，提高公司人力資源使用效率，降低人工運行成本，為粵港澳大灣區建設提供堅強的供水保障。

2.1.1 構建加壓站無人值守系統，保障城市供水安全

圖1 無人值守加壓站

充分利用物聯網、大數據等新一代技術，構建無人值守一體化感知體系，提升對設備運行監測、預警能力，大力提升加壓站供水安全、管理和效能，提高居民生活用水安全保障水平。同時，通過加壓站智能調度、自動投加、生產管理等系統，平衡供水能力與用水需求，大大提升能源利用率，降低能耗，實現供水生產精益化。利用智慧管理平臺對加壓站生產設備的全面、動態化管理，保障城市供水安全。

2.1.2 融合技術應用發展，輔助決策科學化

融合新一代信息技術，加強加壓站信息化基礎設施、數據資源、業務系統整合與成果復用，強化物聯網、大數據等技術在智慧供水的應用，提升設備監測預報預警能力，使供水企業的運營與管理更加智能化，進而提升企業的運營效率，提高供水的安全性能，提升加壓站的精細化管理水平與綜合智能決策能力。

2.1.3 實現降本增效，有效降低運行成本

通過以降本增效為導向的智慧決策與自動化運行，實現供水加壓站生產流程的優化控制，提高設備運行的自動化、信息化、智能化水平，并配置和完善信息化系統，實現加壓站無人值守管理模式，降低運行成本，從而提升供水系統的經濟、社會效益。

2.2 建設內容

結合直面社區、服務民生、支撐城市的工作特點，以保障城市供水平穩安全、改善人民群眾用水環境、提升居民用水獲得感和幸福感為目的，打造具有城市特色的“加壓站無人值守智慧化改造”模式。

2.2.1 提前謀劃，試點先行

在項目實施前，從頂層設計出發，統一規劃，統籌實施，制定了加壓站無人值守智慧化改造的技術標準和運行規定。目前國家和供水行業暫無供水加壓泵站無人值守的有關技術規范，參考了電力行業無人值守變電班的國家規范，以及國內供排水企業無人值守泵站的一些案例，結合對水廠系統多年運行管理的技術經驗，公司在2020 年編制并發布了《無人值守調節泵站技術規范》，為無人值守加壓站技術方案設計、改造提供技術路線，也對其他新建加壓站的前期設計有統一明確的指引作用，避免日后改造的重復建設。為規范無人值守加壓站運行管理工作，保障無人值守加壓站安全、可靠運行，公司還發布了《無人值守調節泵站運行管理規定》。

2.2.2 自動化控制系統

建立和完善無人值守加壓站以PLC 為核心的自動化控制系統。無人值守加壓站從來水到出水的生產全流程均可實現自動控制。可以根據來水壓力、出站水壓力實現泵組開停自動運行；根據來水余氯值、出水余氯值、水量實現消毒藥劑自動投加。最終實現加壓站生產全流程的自動化，達到無人值守的目標。無人值守加壓站的自控系統能接收遠程調度運行中心下達的調度指令，實現對加壓站生產設備的安全遠程控制；能根據指令或運行參數的變化自動改變設備運行狀態。當自控系統上位機或網絡故障時，現場控制柜按預設模式獨立承擔設備的運行控制。

2.2.3 物聯網和數據中心

物聯網的建立是實現無人值守加壓站系統的基礎，通過物聯網對加壓站內設備狀態如設備運行信息、電壓電流、清水池水位、管道流量、壓力、水質和視頻信號等關鍵運行數據進行監控，實現設備狀態的遠程監視、自動控制、智能報警，實現加壓站生產全過程的信息采集。遠程調度運行中心的數據中心將匯集各加壓站所有數據進行統一處理和存儲，實現無人值守加壓站設施、數據、應用支撐平臺等信息資源的集約化管理、分析與應用。

2.2.4 設備在線監測

無人值守加壓站通過自動化系統和信息安全系統可實現主設備可遠控、附屬設施能監控，運用熱成像溫度監測、振動監測系統，智能表計等新技術新設備，代替人員定期現場巡檢；依托智慧管理平臺，通過大數據分析來判斷泵站的故障狀態。

（1）熱成像溫度監測

圖2 熱成像溫度監測

利用紅外熱成像攝像頭、模塊對設備運行溫度進行監測，包括水泵、電機、變頻器、電柜母排等點位進行紅外溫度檢測。然后通過智慧管理平臺實時監測泵房環境和設備溫度變化情況。管理平臺能夠將泵組實時溫度數據與正常運行的歷史溫度數據庫做對比，對突發溫升異常進行系統預警并準確定位。紅外熱成像監測系統，可避免人工測量設備溫度時所帶來的不確定危險因素，并可實現連續不間斷設備測溫，及時反饋設備的運行狀態，提高安全性。

（2）泵組振動監測

傳統的人工測量機組振動數據，會存在人為測量誤差，誤觸碰機械運動部件，現場噪聲等其他危害。采用振動傳感器測量振動數據則避免了上述不良因素和危險性，而且數據連續，可實時對機組的運行情況監控，及時對泵組進行“健康體檢”，對泵組健康程度進行監測和預測，為故障診斷提供依據，輔助運行人員合理開停機組，延長機組使用壽命，減少運行人員巡檢次數。

圖3 泵組振動監測

2.2.5 信息安全

加壓站屬于相對封閉的生產場所，傳統有人值守的加壓站生產運行依靠人工調度指令，而隨著智慧水務的加速發展，廠站網聯動優化調度運行新要求的提出，加壓站的生產運行數據由僅滿足于自身運行管理需要，逐步向公司聯動調度、集約化管理轉變，加壓站網絡及信息安全也越來越重要。項目建立以計算環境安全為基礎，以區域邊界安全、通信網絡安全為保障，以安全管理中心為核心的信息安全整體保障體系。在PLC 控制系統的上位機、服務器進行主機加固并加裝基于可信計算和主機白名單的可信終端防護系統實現終端的病毒和安全防護。PLC 控制系統網絡與加壓站管理網絡邊界部署工業防火墻，實現 PLC 系統與加壓站管理網絡的橫向隔離，保護系統網絡邊界安全。

2.2.6 管理平臺

智慧管理平臺是整個項目的主體。項目已建成一套可靠、高效、安全的無人值守管理平臺，平臺功能模塊包括泵站總覽、實時數據、設備異常診斷、業務分析、報表管理、視頻門禁管理、規則管理、系統配置等。以自動控制、大數據、可視化等新技術為支撐，構建運行監測、分析及遠程控制相結合的無人值守智慧化管理平臺。在遠程調度運行中心，運行人員可通過大屏顯示系統，將無人值守加壓站關鍵指標進行可視化展示，實現管轄范圍內加壓站詳情展示，同時集中監控各無人值守加壓站的運行狀況，在需要實時調度運行時也可對加壓站設備進行遠程控制。

（1）設備異常自診斷

圖4 無人值守調度運行中心

無人值守加壓站管理平臺對所有監控的數據，均可設置報警限制，通過報警規則的配置，針對加壓站常見預警、報警制定準確的診斷邏輯，并通過規則引擎對海量加壓站的流式數據進行實時計算，完成異常自動診斷系統。結合異常診斷與解決經驗，將診斷形成規則模型，并不斷增加和優化異常模型，為異常診斷提供解決方案，自動形成工單。

（2）BIM 建模技術融合

采用B/S 架構高精度三維數字化建模技術，搭建BIM LOD300 轉WebGL 輕量化泵房全專業三維數字化孿生模型及設備安裝信息，實現可視化安全管控、人員高效運維管理。通過對加壓站進行BIM 建模，可加載在泵房內帶動態圖像疊加功能的攝像頭系統上。BIM 技術可視化，可多角度、全方位、集中呈現供水生產全流程實時動態監控，及時掌握設備運行狀態和供水情況，實現生產運營管控一體化，提高加壓站運行管理水平。

（3）VR 虛擬仿真技術融合

依托VR 技術，建立起泵房、投加間、高/低壓室、變壓室、加壓站全景沙盤等虛擬環境，讓實景展現在眼前，實現加壓站運行管理的信息化、智能化、可視化和集成化。無人值守加壓站可視化管理結合VR 技術、物聯網技術，模型與運行數據、監控視頻相結合，實現泵站的三維可視化綜合管理，提高設備信息利用的效率。

2.2.7 安防視頻系統

供水企業反恐怖防范要求有嚴格規定，無人值守加壓站在沒有現場運行人員的情況下，安防系統應符合DT 4401T25 的相關要求，重點加強無人值守加壓站的技防建設。安防系統技防設施包括視頻監控系統、入侵和緊急報警系統、門禁系統和公共廣播系統等。在主要出入口配置人面識別門禁，配電房和控制室設煙感，清水池、設備間、控制室、泵房、出入口、通道等設視頻監視，圍墻采用紅外線對射安防系統防入侵。當有入侵報警時，能聯動視頻監控系統，進行圖像復核并實時錄像，并設有聲光報警聯動功能。

圖5 無人值守加壓站BIM 可視化

通過平臺整合視頻、門禁等安防信息，實現安防報警和出入授權監控管理。實時監測數據與HMI 和BIM 有機結合，實現運行狀態感知的實時化和可視化。運行人員在調度運行中心即可通過遠程監控系統實時監控加壓站內泵組和相關設備的生產運行情況，從而達到無人值守的目的。

2.3 管理創新，降本增效

2.3.1 管理制度創新

在公司層面編制了無人值守加壓站運行管理規定，管理單位制定具體運行、操作、巡檢制度和指引。逐步建立和完善無人值守加壓站的相關管理制度、應急預案、管理職責，包括新設巡檢運維組及調整維修工段工作職能等，優化人員配置，逐步推進新的管理模式。加壓站管理單位，根據實際情況細化和落實具體管理措施。針對無人值守加壓站的故障搶修需求，成立運維巡檢和應急搶修隊伍，采用“日班運行巡檢、夜班搶修值守”的方式，保障加壓站運行正常。

2.3.2 優化調度管理

無人值守加壓站的調度運行均由調度運行中心負責，實現扁平化管理，減少了調度指令的層級傳遞，提高了加壓站運行調度的及時性和精確度。同時也加強了對運行數據的整體監管，較容易通過運行數據分析發現問題并及時解決。

3.項目成效

3.1 項目成效

加壓站無人值守智慧化改造后，系統運行至今總體正常，在切實控制運營成本、優化人力資源配置方面有良好預期，助力公司實現降本增效。通過加壓站無人值守智慧化改造，實時遠程監測、故障報警和可視化代替人工定時現場巡查，運行可靠性提高13%；自動運行及遠程控制代替人工現場操作，提高安全性和及時性；數據管理分析系統，代替值班人員手填報表，生產數據統一記錄，技術人員能及時統計和分析，提高了準確性和便捷性。

3.2 項目效益

2022 年無人值守加壓站實施，使加壓站人員管理結構上有所優化，無人值守加壓站比原管理模式所需人員減小約60%，優化了加壓站人力資源配置。目前累計完成全市10座加壓站無人值守智慧化升級改造建設，改造前需值班職工80 人，改造后實行片區管理，現場不設值班人員，建立運維和搶修小組對無人值守加壓站進行日常運維，白天動態維護巡檢、晚上應急待命值班，只需職工32 人。

通過加壓站無人值守智慧化賦能，搭建“無人值守+巡檢”運行管理模式，實現全過程智慧運行、集中管理，提升公司加壓站信息化、智能化和集約化管理水平。通過優化加壓站的運行管理模式，推行加壓站片區化管理、站點巡檢等，強化對加壓站的科學調度，高效管理。同時措施將提升公司智能化運行及管理水平，提高公司人力資源使用效率，降低運行成本。

3.3 間接效益

2022 年的年初和年末，該市及周邊地區疫情呈多點散發態勢，在疫情防控形勢嚴峻復雜的期間，公司下轄的加壓站陸續實施“自主封閉”管理，無人加壓站在保障供水方面“大展其能”：一是減少了在中高風險地區的運行人員，保障人員的健康安全，同時能置換出更多人員為用戶服務；二是與傳統有人值守相比，無人值守加壓站無需考慮生活、防疫、車輛等物資配備，減輕了運行保障壓力；三是生產運行更穩定，供水安全層面可靠，持續穩定保障居民用水加壓。

4.結語

供水企業從傳統生產型向智慧服務型轉型是必然趨勢，無人值守加壓站是智慧水務的發展方向，項目運行情況表明加壓站無人值守智慧化改造技術上可行，實踐中有效，具有良好的社會和經濟效益。公司將進一步探索打造關鍵設備有冗余、關鍵技術可自主、通信鏈路多通道的韌性加壓站；探索構建控制智能化、數據資源化、管理精確化、決策智慧化的高效加壓站；探索引入綠色能源，充分回收富余壓力，打造低碳加壓站；探索加壓站與城市公共空間的融合與互動，打造因地制宜、還綠于民、多站合一的和諧加壓站。