“自动化”到“智慧化”——智慧水厂建设的新思路
引言
水处理系统作为重要的基础设施，2012年《关于开展国家智慧城市试点工作的通知》附件2：国家智慧城市(区、镇)试点指标体系(试行)对供水系统提出明确的指标(见表1)，2014年8月，国家发改委、工信部、科技部、公安部、财政部、国土部、住建部、交通部等八部委印发《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》中，要求大幅提升电力、燃气、交通、水务、物流等公用基础设施的智能化水平。
无论是国家政策还是地方政策、规划，水务都是不可或缺的重要一环，但是，这些政策、措施仍然是处于规划层面。与城管、交通等以管理为主的行业和纯制造业不同，水务行业既涉及生产，又服务于大众，同时还有上游保护、下游环保等职责。水厂作为具有一定政府职能的企业，虽然当前有各方面特别是很多著名企业都在努力探索，推出大量的设想、产品和解决方案，但要实现智慧城市要求下的水厂智慧化，仍然存在没有清晰脉络，没有形成共识的困境,需要顶层规划，探索实现智慧水厂建设的路径。
1明确智慧水厂理念目标
建设智慧水厂的误区，是将智慧水厂等同于全自动水厂、无人水厂。2012年住房城乡建设部办公厅《关于开展国家智慧城市试点工作的通知》明确：“智慧城市是通过综合运用现代科学技术、整合信息资源、统筹业务应用系统，加强城市规划、建设和管理的新模式。为探索智慧城市建设、运行、管理、服务和发展的科学方式，决定开展国家智慧城市试点工作”，2014年八部委印发的《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》指出：“智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式”，由此可见，智慧城市的手段是新的技术，特别是信息技术，目的是提高规划、建设、管理和服务能力。为满足智慧城市的要求，作为城市重要基础设施，智慧水厂应该是以应用新一代信息技术为手段，生产、运行、维护、调度和服务等全方位、全过程各环节高度信息互通、反应快捷、管理有序的高效节能、绿色环保、环境舒适水厂。
2构建智慧水厂框架体系
综上所述，智慧水厂应该由一个从生产到管理全面信息化、自动化的框架系统组成。目前在“大众创业，万众创新”的大背景下，涉及水务业务的企业都在探索水务行业的智能化、进而智慧化，如：远程抄表系统、管网GIS系统、漏损检测系统、能耗管理系统、泵房综合控制平台以及机器人、视频识别系统等等。根据以往的经验和思路，整合这些成果，我们通常会提出如图1的框架。
该系统以水厂安全、可靠以及节能降耗为目标，针对目前水厂运营可能存在的问题，运用先进的信息技术和控制技术，建立一系列的管理、控制系统，加强水厂生产管理。
从工业化、电气化到自动化，都是通过技术的创新，来提高我们的生产力，水厂的发展也是如此，电和电动机、水泵的发明，使给水能够工业化、电气化，继电器技术产生了“一键启动”，PLC使“自动化”成为可能，网络成就了“中央控制”，这些发展，其共同的特点就是：发明新的技术-解决现有问题-提高生产效率-推进管理进步，这是一种从下而上发展思路，我们可以称之为“自动化”思路，上述框架正是沿用了这一思路。智慧城市强调管理，智慧水厂的建设思路应该是自上而下的思路，即：完善管理体系-利用信息技术-提高管理效率-提升生产水平-实现新的目标。这一思路，我们可以称之为“智慧”思路。基于目前的水厂管理制度，是长期生产实践的结晶，虽然在手段上可能不够先进，但在实践中证明是可靠适用的。因此，建议通过分解现有水厂生产管理功能，以现有管理体系为依据，将现有的管理需求分解整合为各功能模块，这些可组合、可分期、可扩展的模块，应该包含了现有水厂管理的各种需求，并可通过扩展满足水厂管理的新需求。
水厂除了最重要也是自动化最为关注的生产工艺外，还包括：为确保生产可靠运行的人为保障工作、原材料的管理工作、设备的维护、建构筑物的维护以及人员的管理、安全的保障等。分解、分析和完善水厂的管理体系，推荐的智慧水厂框架体系如图2。
这些系统以及在此基础上不断补充完善，构建了完整的水厂生产、管理、服务体系，通过其智慧解决方案，可以解决目前存在的管理、服务手段落后的痛点，满足智慧城市对水厂的管理需求。
3落实智慧水厂解决方案
针对水厂管理、服务的要求，细化各功能模块的需求，借鉴本行业已有的经验和其他行业的经验，提出需求目标，设计硬件框架、开发软件产品，提出一揽子解决方案。各模块的大致需求如下：
智慧生产系统：完善水厂生产自动化，建立能耗管理等系统，尽可能减少现场人工干预的需求，在智慧生产管理系统的协调下，高效低耗、保质保量完成制水任务。
智慧生产管理系统：利用视频识别、机器人等新一代IT技术，建立生产巡检系统、水质分析系统、应急处理系统等，监视整个生产过程，及时发现并处置计划外事件，达到全厂保质、保量、安全生产的目标。
智慧原料管理系统：建立生产药剂、试验药剂、沙料等生产原材料仓储管理系统、供应商信息系统、产品追溯系统等，根据生产计划和历年原材料供应采购大数据，自动制定采购计划，在确保原材料安全、可靠供应的前提下，做到少存储、零存储。
智慧设备维护系统：重要设备设立在线监测系统，利用BIM等技术，建立机械、电气、仪表、自控、试验等设备档案管理系统、供应商信息系统、产品追溯系统、针对设备运用情况，自动制定设备维护、检修计划，规范维护工作。
智慧构筑物监测系统：针对重要构筑物，建立构筑物健康监测系统，监测构筑物应力、变形、沉降等敏感参数，与设计参数进行比较，实时评估构筑物安全状况。
智慧安保系统：利用视频及其识别、红外线、电子围栏等技术，建立全面、立体的安保系统，将水厂工作范围内的人员细化为工作、维护、清洁、检查、考察、参观等不同权限，通过云计算、无线覆盖、移动终端、人员识别、人员定位等技术手段，通过事先确定的路线和活动范围，规范人员的活动，并提供照明、通风空调以及说明、讲解、应急联络等服务，保证生产安全、人员安全。
智慧办公系统：通过建立个人办公、公共信息、行政事务、公文流转、知识管理、帮助、系统管理等模块，实现水厂人事管理、财务管理、资产管理、科研管理等信息化和自动化。
智慧环境控制系统：对全厂照明、通风、空调等建立控制系统，针对不同设备、不同人员的不同需求，制定精准的控制策略，通过与其他系统的配合，在满足人员的舒适性、设备的安全性等前提下，达到节能、减排、减少污染的目的。
智慧养护系统：针对水厂绿化多的特点，设置自动浇灌系统、植物管理系统，通过气象信息以及水厂植物档案信息，自动浇灌，并提供养护计划，适时安排施肥、修剪等养护工作。
随着水厂智慧化建设的发展，水厂的管理工作也会不断地发展和调整，同时，水厂的管理工作繁复而细碎，显然以水厂为单位的建设必然带来软硬件的大量投入和重复建设。而云技术能够很好地解决这一问题，我们应该充分利用云技术的IaaS(InfrastructureasaService，基础设施即服务)、PaaS(PlatformasaService，平台即服务)和SaaS(SoftwareasaService，软件即服务)三大服务模式，根据水厂智慧化建设计划，通过在先期建设的水厂建立“水厂云”并逐步扩展为“水务云”的技术路线，以及利用公用云等方法，从而达到硬件共享、软件共享、数据共享和信息共享，提高设施的利用率，降低软硬件费用和开发费用。同时，新增的管理系统也可以很方便地在“云端”进行开发而不需要增加终端设备。
4建设智慧水厂示范工程
智慧城市的建设，涉及到城市的方方面面，工程庞大，《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》为此提出来：“以人为本，务实推进;因地制宜，科学有序;市场为主，协同创新;可管可控，确保安全”等原则，并强调“加强顶层设计”。
同样，智慧水厂的重点在于管理和服务的信息化，虽然在长期的实践中积累了一定的经验，但仍然需要大量的软硬件开发，因此，智慧水厂的建设，需要尽快建设示范工程，在做好顶层设计的前提下，针对这些管理需求，有序推进，逐步实施，为全面推广智慧水厂乃至智慧水务，提供经验，为建设完善一套可复制、可推广的智慧水厂管理体系，提供实践基地。
5结语
智慧水厂的建设，应该打破以往的思路，自上而下，做好顶层设计，站在智慧城市的高度，利用云计算、大数据等新的信息技术和思路，将水厂的管理、服务工作全面的智慧化，通过提升管理、服务的能效来保证水厂的安全、可靠、绿色。
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