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(guó)目前的環(huán)保壓力與水務(wù)發(fā)展的新形勢(shì)下，智慧水務(wù)應(yīng)運(yùn)而生。2017年2月頒布的《中共中央國(guó)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(jiàn)》針對(duì)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(yùn)營(yíng)維護(hù)的每一個(gè)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(jià)值。

1 智慧水務(wù)成效案例

順應(yīng)全球時(shí)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(guò)系統(tǒng)化和數(shù)碼化，整合具備不同功能的多個(gè)獨(dú)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(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理；全面優(yōu)化整個(gè)運(yùn)維過(guò)程，逐步實(shí)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(jià)值。通過(guò)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(guò)了本身的投資。

1.1 美國(guó)某水廠

1.1.1 水廠關(guān)鍵信息

（1）85 個(gè)水泵，18 個(gè)貯水池，11 個(gè)閥門，2 個(gè)處理廠

（2）高峰日供水55.6 萬(wàn)立方米，平均每日供水24.6 萬(wàn)立方米

（3）每年能耗支出550 萬(wàn)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(wàn)美元

1.2 新西蘭某水廠

1.2.1 水廠關(guān)鍵信息

（1）44 個(gè)水泵，57 個(gè)貯水池，41 個(gè)閥門，4 個(gè)處理廠

（2）21 萬(wàn)立方米供水，來(lái)自2 個(gè)深井和2 個(gè)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(shí)現(xiàn)項(xiàng)目回報(bào)

1.3 美國(guó)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(wàn)立方米每天

（2）為去除濁度每年混凝劑的耗量高達(dá)130 萬(wàn)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(guò)整合中水范圍(從10% 到70%)，節(jié)約藥劑50%

1.4 澳門某自來(lái)水項(xiàng)目

1.4.1 水廠關(guān)鍵信息

（1）日供水量：25 萬(wàn)

（2）管網(wǎng)長(zhǎng)度：約600 公里

（3）DMA 分區(qū)：8 個(gè) （27 臺(tái)管網(wǎng)流量計(jì)）

（4）澳門人口：65 萬(wàn) ；旅客：3 千萬(wàn)/年

（5）壓力區(qū)：高低2 個(gè)

（6）2015年NRW:10.6%

1.4.2 智慧解決方案

實(shí)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?；瘜W(xué)工業(yè)區(qū)智慧園區(qū)項(xiàng)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(xiàng)目，采用現(xiàn)代化的技術(shù)和管理手段來(lái)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(dòng)化、現(xiàn)代化的軌道。通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的GIS 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)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(guó)內(nèi)先進(jìn)的“智慧水務(wù)”平臺(tái)，涵蓋供排水管網(wǎng)從規(guī)劃設(shè)計(jì)——工程施工——管網(wǎng)管理——管網(wǎng)運(yùn)維——運(yùn)營(yíng)調(diào)度等全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)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(diǎn)：建設(shè)GIS 綜合管線系統(tǒng)實(shí)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(guò)先進(jìn)技術(shù)試點(diǎn)實(shí)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(bào)表分析和決策系統(tǒng)，成果展示及報(bào)警處理：利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)共享和信息處理自動(dòng)化，實(shí)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(shí)間，減少差錯(cuò)，提高效率。針對(duì)不同目標(biāo)對(duì)象的報(bào)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(jì)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(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)報(bào)警。

（3）水力模型開(kāi)發(fā)：對(duì)各種工況下的分析，指導(dǎo)搶修、檢維修作業(yè)、連接項(xiàng)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(cè)，實(shí)時(shí)管理保障運(yùn)營(yíng)

（2）為基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化提供信息

（3）為危機(jī)預(yù)測(cè)和管理提供實(shí)時(shí)信息

（4）實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)工作管理

2 Power BI 智慧水務(wù)解決方案

下面重點(diǎn)介紹Power BI 水務(wù)解決方案，該方案應(yīng)用于中國(guó)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(yùn)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(shí)現(xiàn)，更為區(qū)域建立智慧城市添磚加瓦。

2.1 Power BI 簡(jiǎn)介

隨著數(shù)據(jù)量的增加，業(yè)務(wù)需求的提高，傳統(tǒng)報(bào)表已經(jīng)無(wú)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(lái)越受到企業(yè)的青睞。它是一整套完整的解決方案，用來(lái)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(bào)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(yíng)決策。

因此，水廠運(yùn)營(yíng)商根據(jù)項(xiàng)目的自身特點(diǎn)與需求，利用交互式數(shù)據(jù)可視化 BI 工具（Power BI）開(kāi)發(fā)一個(gè)獨(dú)立的報(bào)表分析與展示平臺(tái)?？梢宰鳛楣炯?jí)別的綜合報(bào)表平臺(tái)，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(shí)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(diǎn)在于，用戶可以簡(jiǎn)易地將數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為令人驚嘆的視覺(jué)圖表，在一個(gè)視圖中可視化地探索和分析本地?cái)?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(jiǎn)化了以往在EXCEL 拼圖拼報(bào)告的時(shí)間，讓用戶能夠投放更多時(shí)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(kù)，直接抽取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并且有自動(dòng)更新數(shù)據(jù)功能，不用手動(dòng)干預(yù)。

Power BI 的其中一個(gè)最大特點(diǎn)就是無(wú)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(shuō)，數(shù)據(jù)是需要上云端，這會(huì)牽涉到信息安全問(wèn)題。微軟公司的 服務(wù)器設(shè)在中國(guó)境內(nèi)，信息安全方面已通過(guò)中國(guó)政府審核，而Power BI 每個(gè)月都會(huì)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(bào)表設(shè)計(jì)，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(huì)得心應(yīng)手，這使得報(bào)表的設(shè)計(jì)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(lái)水-能源管理報(bào)表（工藝單元）

圖1 澳門自來(lái)水-能源管理報(bào)表（工藝單元）

電耗，是水廠營(yíng)運(yùn)的最重要成本，通過(guò)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(bào)表上，更能有根據(jù)性地分析出不同工藝是否在一個(gè)合理有效率的工作范圍，繼而能針對(duì)不在目標(biāo)控制值的環(huán)節(jié)，進(jìn)行深入的分析探討對(duì)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(yíng)運(yùn)成本。

2.2.2 澳門自來(lái)水-能源管理報(bào)表（泵站）

圖2 澳門自來(lái)水-能源管理報(bào)表(泵站)

如上一小節(jié)所說(shuō)，管理好泵站的用電，就能節(jié)省成本。對(duì)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(jì)出不同泵組搭配下的運(yùn)行方式，以計(jì)算泵的運(yùn)行效率，從而找出每臺(tái)泵的運(yùn)行狀況，對(duì)效能低的泵及時(shí)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(lái)水在上年年中時(shí)在BI 發(fā)現(xiàn)到3 號(hào)出水泵的效率呈下降趨勢(shì)，隨即安排檢查，其后發(fā)現(xiàn)軸承出現(xiàn)問(wèn)題，這些未必能在瞬時(shí)水量及瞬時(shí)壓力反映出來(lái)。但通過(guò)專業(yè)定制的表格使數(shù)據(jù)可視化，就能很快找出問(wèn)題所在。

圖3 澳門自來(lái)水-能源管理報(bào)表(尋查水泵運(yùn)行異常情況)

2.3 Power BI 優(yōu)勢(shì)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(lái)說(shuō)故事，是體現(xiàn)智慧水務(wù)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

而Power BI 的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）整合數(shù)據(jù)呈現(xiàn)于一個(gè)窗格中

（2）建立令人驚艷的交互式報(bào)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(dòng)裝置共享報(bào)表

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

3 智慧水務(wù)未來(lái)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(kāi)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(yùn)營(yíng)和管網(wǎng)績(jī)效管理，配套靈活方便的網(wǎng)頁(yè)程序，簡(jiǎn)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(shí)延伸到公用事業(yè)領(lǐng)域，為智慧城市的建設(shè)添磚加瓦。