智慧供熱的內(nèi)涵及目標(biāo)

方修睦, 楊大易, 周志剛, 劉 京

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 建筑學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150006； 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150001)

我國的供熱起步于人工運(yùn)行的分散小鍋爐房。隨著技術(shù)進(jìn)步，供熱規(guī)模在逐漸擴(kuò)大，供熱系統(tǒng)的自動(dòng)化水平逐步提高，如今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)多種形式的熱源共存，部分供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信息化，熱力站無人值守，開始向供熱系統(tǒng)智能化、供熱運(yùn)行管理智慧化的目標(biāo)前進(jìn)。我國在城市智慧供熱方面的研究剛剛起步，對(duì)智慧供熱的內(nèi)涵和外延還缺乏完整的、準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。筆者對(duì)此問題談一些粗線的看法，期待能起到拋磚引玉的作用。

1 智慧供熱涉及到的幾個(gè)概念

1.1 智慧供熱

智慧供熱是一個(gè)新概念，涉及到智能供熱管網(wǎng)、智能供熱等基本概念，不同研究人員有不同的定義，筆者從另一角度，對(duì)智慧供熱涉及到的幾個(gè)概念進(jìn)行介紹。

智能供熱管網(wǎng)是由供熱物理設(shè)備網(wǎng)(熱源、供熱管網(wǎng)、用戶系統(tǒng)、就地顯示儀表和控制調(diào)節(jié)設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò))、供熱信息物聯(lián)網(wǎng)(傳感器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等組成的網(wǎng)絡(luò))和基于智能供熱平臺(tái)的智能決策系統(tǒng)組成的新型供熱網(wǎng)絡(luò)，簡稱智能熱網(wǎng)。智能供熱是以供熱物理設(shè)備網(wǎng)為基礎(chǔ)，以供熱信息物聯(lián)網(wǎng)為支撐，通過智能決策系統(tǒng)，為運(yùn)行管理人員提供輔助決策支持，形成在保證室內(nèi)舒適度的前提下，降低運(yùn)行能耗的供熱系統(tǒng)形式[1]。智能供熱概念包含著智能熱網(wǎng)概念，兩者關(guān)系為真包含關(guān)系。

智能供熱表示供熱系統(tǒng)所達(dá)到的智力和所具備的能力,筆者將與物理系統(tǒng)相關(guān)的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)某種功能的實(shí)體或動(dòng)作(操作)稱作智能。而智慧供熱是比智能供熱更高層次的理念，是充分利用類似于人腦所表現(xiàn)出來的創(chuàng)造性思維活動(dòng)的形式來解決供熱問題。因此可以認(rèn)為：智慧供熱是以數(shù)字化、網(wǎng)路化、智能化的信息技術(shù)與先進(jìn)供熱技術(shù)的深度融合為基礎(chǔ)，以用戶需求為目標(biāo)，以低碳、舒適、高效為主要特征，以具有自感知、自分析、自診斷、自決策、自學(xué)習(xí)等為技術(shù)特點(diǎn)的現(xiàn)代供熱形式。從物理形態(tài)角度看，智慧供熱也是由物理設(shè)備網(wǎng)、信息物聯(lián)網(wǎng)和智慧供熱平臺(tái)三大部分組成。智慧供熱概念包含著智能供熱概念，兩者關(guān)系為真包含關(guān)系。筆者根據(jù)智慧供熱內(nèi)涵的不同，將其分為廣義智慧供熱和狹義智慧供熱。

1.2 信息-物理系統(tǒng)

傳統(tǒng)的供熱行業(yè)包括人與供熱系統(tǒng)兩部分。供熱系統(tǒng)是人建造的，供熱過程是通過人對(duì)供熱設(shè)備的直接操作控制來實(shí)現(xiàn)供熱的，供熱過程中所需要的感知、學(xué)習(xí)認(rèn)知、分析決策與控制操作是由人完成的。人們將人與設(shè)備構(gòu)成的系統(tǒng)抽象為“人-物理系統(tǒng)”(Human-Physical Systems，HPS)[2-3]。由于人對(duì)供熱運(yùn)行的學(xué)習(xí)認(rèn)知不同、分析決策能力差別，從而導(dǎo)致供熱系統(tǒng)的運(yùn)行效果差別。如果在人和供熱系統(tǒng)之間引入可以代替人完成部分腦力勞動(dòng)的信息系統(tǒng)(Cyber Systems)，將人的相當(dāng)部分的感知、分析、決策功能用信息系統(tǒng)完成，則可以減輕人的工作強(qiáng)度，消除人的決策差別，提高供熱運(yùn)行效率。信息系統(tǒng)是由軟件和硬件組成的系統(tǒng)，其任務(wù)是對(duì)輸入的信息進(jìn)行計(jì)算，代替人去控制供熱系統(tǒng)。這一由人-信息系統(tǒng)(Human-Cyber Systems，HCS)和信息-物理系統(tǒng)(Cyber-Physical Systems，CPS)組成的新型系統(tǒng)稱為 “人-信息-物理系統(tǒng)”(Human-Cyber-Physical Systems，HCPS)[4-5]。

人-信息-物理系統(tǒng)(HCPS)是支撐智慧供熱發(fā)展的理論基礎(chǔ)，信息-物理系統(tǒng)(CPS)是人-信息-物理系統(tǒng)(HCPS)的重要的組成部分。信息-物理系統(tǒng)(CPS)構(gòu)建了一套信息空間與物理空間之間基于數(shù)據(jù)自動(dòng)流動(dòng)的狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、學(xué)習(xí)提升的閉環(huán)賦能(為供熱系統(tǒng)賦予某種能力和能量)體系(2017年，中國信息物理系統(tǒng)發(fā)展論壇發(fā)布《信息物理系統(tǒng)白皮書》)。

狀態(tài)感知是將大量蘊(yùn)含在供熱系統(tǒng)中的隱性數(shù)據(jù)(溫度、壓力、流量等)，通過傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等一些數(shù)據(jù)采集技術(shù)、通信技術(shù)，變?yōu)轱@性數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)可見。

實(shí)時(shí)分析是利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)，將顯性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成認(rèn)知的信息，找出供熱系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)在時(shí)空域和邏輯域的內(nèi)在因果性或關(guān)聯(lián)性關(guān)系，將顯性化的數(shù)據(jù)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為直觀可理解的信息。

科學(xué)決策是對(duì)不同系統(tǒng)的信息進(jìn)行處理，使得信息真正地轉(zhuǎn)變成知識(shí)，形成在一定的條件約束下對(duì)供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的最優(yōu)決策方案，用來對(duì)供熱系統(tǒng)實(shí)體進(jìn)行控制。

精準(zhǔn)執(zhí)行是將信息空間產(chǎn)生的決策轉(zhuǎn)換成控制器、執(zhí)行器可以執(zhí)行的命令，輸出更為優(yōu)化的數(shù)據(jù)，使得物理空間設(shè)備運(yùn)行更加可靠，資源調(diào)度更加合理。

學(xué)習(xí)提升是以上過程隨著供熱系統(tǒng)的運(yùn)行不斷地自主循環(huán)，供熱系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不斷累積，螺旋上升，不斷產(chǎn)生更為優(yōu)化的數(shù)據(jù)，不斷地為供熱系統(tǒng)賦予實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)優(yōu)化的能力，實(shí)現(xiàn)供熱企業(yè)高效運(yùn)營，各環(huán)節(jié)智能協(xié)同效果逐步優(yōu)化。

2 智慧供熱的內(nèi)涵

2.1 廣義智慧供熱

2.1.1 廣義智慧供熱內(nèi)涵

廣義而論， 智慧供熱是一個(gè)大概念，是新一代信息技術(shù)(移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng))、新一代人工智能技術(shù)(具備認(rèn)知和學(xué)習(xí)的能力、具備生成知識(shí)和更好地運(yùn)用知識(shí)的能力)與先進(jìn)供熱技術(shù)的深度融合，貫穿于供熱設(shè)備制造、供熱系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、供熱系統(tǒng)建造、人才培養(yǎng)、供熱運(yùn)行維護(hù)、供熱服務(wù)全壽命的各個(gè)環(huán)節(jié)及相應(yīng)系統(tǒng)的優(yōu)化集成，用于解決供熱行業(yè)全過程中的復(fù)雜性和不確定性問題，提高資源配置效率，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化。廣義智慧供熱是以人為基礎(chǔ)、以供熱系統(tǒng)為載體、以信息技術(shù)為先導(dǎo)，在新一代人工智能技術(shù)與先進(jìn)供熱技術(shù)的深度融合基礎(chǔ)上，形成的新一代供熱技術(shù)。在智慧供熱的各組成環(huán)節(jié)中，先進(jìn)的供熱技術(shù)是智慧供熱的主體，智慧運(yùn)行是主線，用戶需求是智慧供熱的核心。智慧供熱將成為供熱行業(yè)革新的推動(dòng)力。

廣義智慧供熱涉及到設(shè)備制造及系統(tǒng)集成企業(yè)、設(shè)計(jì)建造企業(yè)和供熱企業(yè)。

2.1.2 設(shè)備制造企業(yè)及系統(tǒng)集成企業(yè)

供熱系統(tǒng)是通過管道將分布在城市各個(gè)位置的各種設(shè)備連接起來的。目前供熱系統(tǒng)中安裝使用的設(shè)備大多是按照人工運(yùn)行時(shí)代的要求設(shè)計(jì)制造的，功能單一，缺少必要的信息，不能滿足智慧供熱的需求。傳統(tǒng)的供熱設(shè)備要向智能設(shè)備轉(zhuǎn)化，設(shè)備要有供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要的設(shè)備性能信息、運(yùn)行人員需要的運(yùn)行狀態(tài)信息、系統(tǒng)集成人員需要的通信、自診斷、自控制功能。只有設(shè)備制造業(yè)走向智能化，才能構(gòu)建合理、健康、完全智能化的供熱系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)智慧供熱。

目前供熱系統(tǒng)使用的傳感器大多為傳統(tǒng)傳感器，測(cè)量參數(shù)單一，只能傳輸檢測(cè)的物理信號(hào)，缺少自診斷功能，給系統(tǒng)集成帶來不便。在智慧供熱系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的傳感器要向智能化方向發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)多種信號(hào)的測(cè)量，傳感器要做到價(jià)格低、體積小、重量輕、功耗低，要集傳感、采集、處理、傳輸及供電一體化，具有自我補(bǔ)償和自我校準(zhǔn)功能。

系統(tǒng)集成企業(yè)要將通信系統(tǒng)傳輸?shù)挠蓚鞲衅魈峁┑娘@性數(shù)據(jù)，通過信息網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，對(duì)傳輸上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析, 結(jié)合人工智能技術(shù)將龐雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為知識(shí)模型, 并通過云技術(shù)形成云服務(wù), 共享于供熱系統(tǒng)中, 提高供熱系統(tǒng)各個(gè)組成部分的協(xié)同能力。系統(tǒng)集成中的計(jì)算機(jī)設(shè)備、軟件、傳感器等均需要標(biāo)準(zhǔn)化，需要有統(tǒng)一的通信協(xié)議和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式要求，實(shí)現(xiàn)集成系統(tǒng)智能化。

2.1.3 設(shè)計(jì)建造企業(yè)

設(shè)計(jì)人員以設(shè)計(jì)方法學(xué)為指導(dǎo)，以人工智能為手段，借助于專家系統(tǒng)在知識(shí)處理上的強(qiáng)大功能，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，自動(dòng)采用實(shí)踐得到的最優(yōu)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)所設(shè)計(jì)的供熱系統(tǒng)進(jìn)行智能規(guī)劃、仿真分析、智能優(yōu)化設(shè)計(jì)，智能協(xié)同設(shè)計(jì)；將先進(jìn)的供熱技術(shù)、智能化供熱設(shè)備、智能傳感器及智能化集成產(chǎn)品深度融合，形成在保障舒適性的前提下，以經(jīng)濟(jì)性作為配置目標(biāo)的基于群體智能的智能化供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案[6]。

建造企業(yè)根據(jù)供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行建造。在系統(tǒng)建造環(huán)節(jié)，采用基于建筑信息模型(BIM)技術(shù)的建設(shè)活動(dòng)，利用供熱管網(wǎng)衛(wèi)星精準(zhǔn)定位技術(shù)、智能化施工設(shè)備，實(shí)現(xiàn)施工過程和施工安全智能監(jiān)管，施工材料及施工機(jī)具智能調(diào)配，機(jī)械作業(yè)狀態(tài)及作業(yè)環(huán)境異常自動(dòng)監(jiān)測(cè)，保障供熱設(shè)施施工的高效開展和智能化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

2.1.4 供熱企業(yè)

供熱企業(yè)是智慧供熱的實(shí)施主體。建成的供熱系統(tǒng)及智能化平臺(tái)，由供熱企業(yè)運(yùn)行維護(hù)。智慧供熱的最本質(zhì)的特點(diǎn)是智慧供熱平臺(tái)具備認(rèn)知和學(xué)習(xí)的能力，具備生成知識(shí)和更好地運(yùn)用知識(shí)的能力。解決復(fù)雜系統(tǒng)的參數(shù)識(shí)別、工況分析、優(yōu)化決策等關(guān)鍵問題，將人的相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)轉(zhuǎn)移到智能決策系統(tǒng)中，形成自學(xué)習(xí)、自感知、自適應(yīng)、自控制的智能系統(tǒng)。供熱企業(yè)利用智慧供熱平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的智能調(diào)度、智能調(diào)節(jié)、智能控制、智能診斷、智能維護(hù)、智能管理及智能服務(wù)。

智能調(diào)度：傳統(tǒng)供熱企業(yè)的運(yùn)行調(diào)度依據(jù)運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)對(duì)熱源、供熱管網(wǎng)、熱力站及熱用戶系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。實(shí)現(xiàn)智慧供熱的系統(tǒng)，可以自動(dòng)分析每棟建筑物熱負(fù)荷特性，建立每棟建筑物的熱負(fù)荷模型，對(duì)熱負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，進(jìn)而根據(jù)所選定的適合的運(yùn)行調(diào)度模式給出熱源、供熱管網(wǎng)、熱力站、熱用戶的調(diào)度方案。

智能調(diào)節(jié)：與傳統(tǒng)的只有運(yùn)行人員參與、手工操作的集中調(diào)節(jié)方法不同，實(shí)現(xiàn)智慧供熱的系統(tǒng)，用能可計(jì)量，熱用戶是供熱運(yùn)行的參與者，熱源、供熱管網(wǎng)與熱用戶之間實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)，熱用戶可以根據(jù)自己的需求對(duì)室溫進(jìn)行控制。

智能控制：在智慧供熱系統(tǒng)中，運(yùn)行調(diào)度的控制指令可由上位平臺(tái)直接下達(dá)到運(yùn)行設(shè)備，而不需要人工操作控制。實(shí)現(xiàn)智慧供熱的系統(tǒng)，運(yùn)行于各熱力站或熱用戶的控制單元可以自主地對(duì)所服務(wù)供熱區(qū)域進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。

智能診斷：實(shí)現(xiàn)智慧供熱的系統(tǒng)，可基于數(shù)據(jù)挖掘和專家系統(tǒng)等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)診斷引擎，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘與分析，診斷供熱系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，檢測(cè)異常數(shù)據(jù)并發(fā)出報(bào)警，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并給出合適的處理方案。

智能維護(hù)：結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)和智能處理算法對(duì)巡檢、維修、保養(yǎng)等生產(chǎn)維護(hù)活動(dòng)進(jìn)行智能的排班、路徑規(guī)劃、服務(wù)質(zhì)量與考核分析。

智能管理：集成供熱管理信息系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)等，智能化地配置不同地域的供熱資源，消除本地域供熱業(yè)務(wù)管理與執(zhí)行中的延遲問題，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的管理效率。實(shí)現(xiàn)人機(jī)結(jié)合智能和企業(yè)群體智能。

智能服務(wù)：將服務(wù)延伸至供熱建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)及全壽命周期。采用自動(dòng)導(dǎo)航等技術(shù)手段的客服中心在精簡客服人員的同時(shí)，還能為熱用戶提供更高質(zhì)便捷的服務(wù)。通過對(duì)熱用戶室溫?cái)?shù)據(jù)和服務(wù)數(shù)據(jù)的挖掘分析，為服務(wù)質(zhì)量的評(píng)估提供科學(xué)的參考指標(biāo)。

2.1.5 人才培養(yǎng)

供熱行業(yè)依靠技術(shù)創(chuàng)新和設(shè)備升級(jí)支撐供熱事業(yè)發(fā)展，先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備離不開技術(shù)人才和高素質(zhì)的運(yùn)行維護(hù)隊(duì)伍?，F(xiàn)有的供熱行業(yè)從業(yè)人員，無論是設(shè)計(jì)制造人員、設(shè)計(jì)建造人員，還是運(yùn)行管理人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)及技術(shù)水平，尚滿足不了智慧供熱對(duì)人才的要求。需要將供熱行業(yè)技術(shù)培訓(xùn)與技術(shù)人才培養(yǎng)納入行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略高度，開展不同層次的技術(shù)教育，建立健全靈活的人才引進(jìn)機(jī)制、科學(xué)的人才選拔使用制度、有效的人才激勵(lì)約束機(jī)制，為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和事業(yè)發(fā)展提供有力的智力及人才保證。

2.2 狹義智慧供熱

廣義智慧供熱包含以信息技術(shù)為先導(dǎo)的狹義智慧供熱，兩者關(guān)系為真包含關(guān)系。狹義智慧供熱的內(nèi)涵見圖1。

圖1 狹義智慧供熱的內(nèi)涵

狹義智慧供熱包括智能運(yùn)行、智能管理和人才培養(yǎng)三部分。

智能運(yùn)行是智慧供熱的核心，涉及到運(yùn)行監(jiān)督、運(yùn)行調(diào)節(jié)、運(yùn)行控制和運(yùn)行評(píng)價(jià)四大部分。運(yùn)行監(jiān)督是對(duì)熱源、熱力站、供熱管網(wǎng)、熱用戶的運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)(室內(nèi)溫度、室外溫度)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得供熱系統(tǒng)運(yùn)行的顯性數(shù)據(jù)。運(yùn)行調(diào)節(jié)是根據(jù)顯性數(shù)據(jù)得出的分析結(jié)果形成供熱負(fù)荷預(yù)報(bào)、運(yùn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化、熱力工況優(yōu)化及運(yùn)行調(diào)度的最優(yōu)決策方案。運(yùn)行控制是根據(jù)最優(yōu)決策方案進(jìn)行供熱管網(wǎng)及熱用戶的平衡調(diào)節(jié)及控制，對(duì)能源轉(zhuǎn)換設(shè)備和動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化控制。運(yùn)行評(píng)價(jià)是根據(jù)優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果，對(duì)設(shè)備及系統(tǒng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。智能運(yùn)行的目的是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換設(shè)備的高效運(yùn)行，能源輸送系統(tǒng)輸送成本最小，保障系統(tǒng)安全。

智能管理的核心是管理環(huán)節(jié)的智能。是以智能的方式改造現(xiàn)有的管理體系，提高管理系統(tǒng)的智能水平。智能管理是綜合運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)與人工智能技術(shù)，通過計(jì)劃、組織、激勵(lì)、協(xié)調(diào)、控制等手段，智能地為供熱運(yùn)行配置資源，建立并維持企業(yè)運(yùn)營秩序，以達(dá)成預(yù)定的目標(biāo)。智能管理涉及到供熱業(yè)務(wù)管理、供熱安全管理、環(huán)保及消防管理。供熱業(yè)務(wù)管理包括：運(yùn)行管理、設(shè)備管理、應(yīng)急管理、熱費(fèi)管理及服務(wù)管理。供熱安全管理包括：系統(tǒng)安全、人員安全和設(shè)備安全。智能管理的目的是實(shí)現(xiàn)供熱企業(yè)管理中各類硬件和軟件之間高效整合，并與企業(yè)中人要素實(shí)現(xiàn)“人機(jī)協(xié)調(diào)”，做到人機(jī)結(jié)合智能和企業(yè)群體智能。

智慧供熱對(duì)員工能力的需求發(fā)生變化，將從單一的設(shè)備操作、單一的技能、常規(guī)管理能力轉(zhuǎn)換到人機(jī)協(xié)同、供熱技術(shù)與信息技術(shù)融合、數(shù)據(jù)診斷與應(yīng)用、技術(shù)保障及支持(如智能設(shè)備和傳感器的維護(hù)與管理)等綜合能力需求。只有培養(yǎng)出滿足智慧供熱需求的運(yùn)行人才和管理人才，才能保障智慧供熱的健康發(fā)展。

2.3 智慧供熱的總體目標(biāo)

智慧供熱的核心是供熱。智慧供熱與傳統(tǒng)供熱的區(qū)別是智慧，是供熱向高效率、高質(zhì)量、精細(xì)化、低成本、人性化發(fā)展；是從傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)滿足用戶的整體需求，向注重不同用戶群體需求轉(zhuǎn)變，更加關(guān)注供熱服務(wù)，將服務(wù)延伸至供熱建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)及全壽命周期，用最低的成本，最高的效率，最大程度滿足熱用戶需求。智慧供熱的總體目標(biāo)是：用戶舒適滿意、系統(tǒng)安全可靠、能源利用高效、低碳清潔經(jīng)濟(jì)。

3 智慧供熱各組成部分的任務(wù)及目標(biāo)

物理設(shè)備網(wǎng)、信息物聯(lián)網(wǎng)和智慧供熱平臺(tái)是構(gòu)成智慧供熱的三個(gè)物理實(shí)體。將智慧供熱的總體目標(biāo)分解，可得到圖2所示的智慧供熱各組成部分的任務(wù)及目標(biāo)。

3.1 物理設(shè)備網(wǎng)

物理設(shè)備網(wǎng)的任務(wù)是：不斷推進(jìn)供熱技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的供熱技術(shù)與智能設(shè)備、智能傳感器深度融合，構(gòu)建熱源可調(diào)(運(yùn)行調(diào)節(jié))可控(安全控制和鍋爐的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制)、供熱管網(wǎng)可調(diào)(水力平衡調(diào)節(jié))可控(安全控制)、熱力站可調(diào)(運(yùn)行調(diào)節(jié)、水力平衡調(diào)節(jié))可控(安全控制)、熱用戶可調(diào)(水力平衡調(diào)節(jié))可控(室溫控制)的新型供熱系統(tǒng)。

物理設(shè)備網(wǎng)的目標(biāo)是：供熱系統(tǒng)可控、供熱管網(wǎng)平衡、用戶用熱計(jì)量、站點(diǎn)無人值守。不同的供熱技術(shù)構(gòu)成的供熱系統(tǒng)，其節(jié)能效果差距較大，供熱節(jié)能的關(guān)鍵在于供熱技術(shù)進(jìn)步。智慧供熱是用人工智能部分地代替人的勞動(dòng)，提升的是人的管理水平，消除人工管理的差距和缺陷，減輕人的工作強(qiáng)度，其帶來的節(jié)能效果有限，切不可高估智慧供熱的作用。部分企業(yè)實(shí)施智慧供熱后節(jié)能效果較大，是因?yàn)橥ㄟ^智慧供熱的實(shí)施，投入了原來供熱系統(tǒng)應(yīng)該裝備而由于某種原因?qū)嶋H沒有裝備的設(shè)備，將不合理的供熱系統(tǒng)變得合理。

3.2 信息物聯(lián)網(wǎng)

信息物聯(lián)網(wǎng)的任務(wù)是：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)全面采集，統(tǒng)一格式完整傳輸，統(tǒng)一維度儲(chǔ)存，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)齊(各類型數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則在空間上排列，而不是順序地一個(gè)接一個(gè)地排放)、高效處理，在線辨識(shí)數(shù)據(jù)質(zhì)量，在線核查傳感器的工作狀態(tài)，對(duì)存疑的傳感器進(jìn)行離線檢查，避免傳感器帶病工作。

信息物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是：保證數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、獲得的數(shù)據(jù)完整可靠。信息物聯(lián)網(wǎng)和供熱管網(wǎng)一樣分布在城市的各個(gè)部位，熱源的生產(chǎn)過程、熱量的輸送情況、系統(tǒng)調(diào)節(jié)的狀態(tài)、用戶的需求及控制結(jié)果都通過信息物聯(lián)網(wǎng)連接在一起，通過智能化控制使整個(gè)供熱系統(tǒng)運(yùn)行得以優(yōu)化。數(shù)據(jù)是智慧供熱的基礎(chǔ)性支撐，若傳感器測(cè)量的上傳數(shù)據(jù)可信度低，都將影響基于智慧供熱平臺(tái)的數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果及運(yùn)行決策。

3.3 智慧供熱平臺(tái)

智慧供熱平臺(tái)的任務(wù)是：對(duì)數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行確認(rèn)，通過數(shù)據(jù)的預(yù)處理工作，使殘缺的數(shù)據(jù)完整，將錯(cuò)誤數(shù)據(jù)糾正、多余的數(shù)據(jù)去除，進(jìn)而將所需要的數(shù)據(jù)挑選出來，并進(jìn)行數(shù)據(jù)集成。保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性、一致性、唯一性、適時(shí)性、有效性。對(duì)有效的數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)、人工智能等方法，從海量的數(shù)據(jù)中挖掘出重要的、且有價(jià)值的信息、知識(shí)或邏輯，并用挖掘出的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)(一般認(rèn)為“數(shù)據(jù)挖掘”是從海量數(shù)據(jù)中挖知識(shí)，機(jī)器學(xué)習(xí)是從數(shù)據(jù)中挖經(jīng)驗(yàn))進(jìn)行下述工作：

① 制定系統(tǒng)運(yùn)行智能決策方案。挖掘出某特定區(qū)域內(nèi)供熱負(fù)荷的特點(diǎn)和趨勢(shì)，根據(jù)氣象參數(shù)，確定下一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的供熱需求；根據(jù)系統(tǒng)的配置狀況，制定下一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行調(diào)節(jié)方案，優(yōu)化系統(tǒng)的熱力工況，優(yōu)化控制能源轉(zhuǎn)換設(shè)備和動(dòng)力設(shè)備；自動(dòng)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的運(yùn)行方案及運(yùn)行效果。

圖2 智慧供熱各組成部分的任務(wù)及目標(biāo)

② 制定系統(tǒng)安全決策方案。辨識(shí)出運(yùn)行系統(tǒng)的實(shí)際特性參數(shù)，分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，評(píng)估供熱系統(tǒng)的可靠性，快速診斷并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)事故原因，制定出更加合理的事故處理方案和維護(hù)管理方法，減少事故發(fā)生的次數(shù)和事故處理時(shí)間及影響范圍，提高系統(tǒng)的安全性。

③ 提升供熱企業(yè)智能管理水平。在熱費(fèi)管理、客服管理、用戶管理、設(shè)施管理、檢修管理、人才培養(yǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)的整合，消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)信息共享、協(xié)同發(fā)展。為供熱資源優(yōu)化配置、優(yōu)化利用，降低供熱成本，滿足用戶需求提供支撐。

智慧供熱平臺(tái)的目標(biāo)是：系統(tǒng)安全，運(yùn)行智能，運(yùn)行費(fèi)低，管理智能，服務(wù)周到，用戶滿意。

4 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的途徑及建議

4.1 途徑

傳統(tǒng)供熱經(jīng)歷了人工運(yùn)行時(shí)代、自動(dòng)化運(yùn)行時(shí)代、信息化指導(dǎo)運(yùn)行時(shí)代。在新一輪科技革命的浪潮中，供熱運(yùn)行已經(jīng)起步向智慧運(yùn)行時(shí)代邁進(jìn)。

在人工運(yùn)行時(shí)代，鍋爐運(yùn)行、閥門的開閉和水泵等設(shè)備的啟停由人來操作。進(jìn)入自動(dòng)化運(yùn)行時(shí)代，單調(diào)、重復(fù)的操作由自動(dòng)化裝置代替，鍋爐運(yùn)行、閥門的開閉、水泵等設(shè)備的啟停是根據(jù)人的命令來自動(dòng)啟?；蜷_閉，從而將人從部分體力勞動(dòng)中解放出來，供熱品質(zhì)得到保障。供熱信息化，是應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)去整合供熱運(yùn)行管理各個(gè)部門，提供準(zhǔn)確、有效的感知數(shù)據(jù)信息，避免操作失誤和人的影響，對(duì)供熱需求進(jìn)行快速?zèng)Q策，提高供熱系統(tǒng)的安全性和系統(tǒng)效率。供熱的信息化和自動(dòng)化，都要將運(yùn)行操作合理化、標(biāo)準(zhǔn)化，在確定統(tǒng)一的流程的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)信息化。

供熱系統(tǒng)的自動(dòng)化和信息化是供熱系統(tǒng)智能化的基礎(chǔ)。供熱系統(tǒng)的智能化水平可以劃分為3個(gè)縱向的層級(jí)：初級(jí)智能系統(tǒng)、恒定智能系統(tǒng)和開放智能系統(tǒng)。智能化系統(tǒng)的層級(jí)及特征見圖3。

圖3 智能化系統(tǒng)的層級(jí)及特征

初級(jí)智能系統(tǒng)的特征為：具備狀態(tài)感知、自動(dòng)決策、即時(shí)執(zhí)行3個(gè)特征。恒定智能系統(tǒng)的特征為：具備狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行4個(gè)特征。開放智能系統(tǒng)具備智能的全部特征：狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)分析、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行、學(xué)習(xí)提升。供熱系統(tǒng)智能化是一個(gè)長期奮斗目標(biāo)，不是短期內(nèi)能實(shí)現(xiàn)的，必須清醒地認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。用常規(guī)方法實(shí)現(xiàn)的供熱任務(wù)，不應(yīng)貼上智慧的標(biāo)簽。

機(jī)器學(xué)習(xí)泰斗Michael I. Jordan教授否認(rèn)人類現(xiàn)在已經(jīng)處于人工智能時(shí)代，他認(rèn)為人類正處于計(jì)算機(jī)科學(xué)時(shí)代、統(tǒng)計(jì)時(shí)代、個(gè)性化服務(wù)和數(shù)據(jù)時(shí)代，或者手機(jī)時(shí)代、移動(dòng)時(shí)代。Michael I. Jordan教授認(rèn)為：過去的40 a間真正發(fā)生的是智能增強(qiáng)(IA)，包括數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、搜索引擎、自然語言翻譯、推薦系統(tǒng)等,其實(shí)都是智能增強(qiáng)(IA)，而不是人工智能(AI)。

目前我國供熱系統(tǒng)的實(shí)際水平是信息化不完善，少部分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，一些標(biāo)稱實(shí)現(xiàn)智慧供熱的系統(tǒng)，距上述分析的智慧供熱應(yīng)完成的任務(wù)和目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)；距智慧供熱系統(tǒng)應(yīng)具備的自感知、自分析、自診斷、自決策、自學(xué)習(xí)的能力相差甚遠(yuǎn)，供熱系統(tǒng)所達(dá)到的智力離初級(jí)的智能要求相差很大。

4.2 建議

智慧供熱目標(biāo)是靠智慧供熱必須完成的任務(wù)的落實(shí)來實(shí)現(xiàn)的。為此建議如下：

① 智慧供熱是一種新型供熱方式，智慧供熱技術(shù)還很不完善，推進(jìn)智慧供熱是一個(gè)長期的漸進(jìn)的過程，各國都在不斷探索中，也都面臨標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)、安全、人才等一系列共性問題和挑戰(zhàn)。要緊緊抓住智慧供熱帶來的歷史性機(jī)遇，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，瞄準(zhǔn)智慧供熱目標(biāo)，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)供熱技術(shù)、設(shè)備的創(chuàng)新突破，解決智慧供熱中的智能算法及模型等關(guān)鍵理論問題，用創(chuàng)新引領(lǐng)和推動(dòng)智慧供熱的水平和質(zhì)量提升，形成從事推廣應(yīng)用各種共性使能技術(shù)(Enabling Technology，是指一項(xiàng)或一系列的、應(yīng)用面廣、具有多學(xué)科特性、為完成任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的技術(shù))和提供系統(tǒng)解決方案的新興企業(yè)集群。

② 智慧供熱建設(shè)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，目標(biāo)宏偉，不可能一蹴而就。供熱企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，認(rèn)清其所處的位置和擁有的實(shí)力，充分考慮技術(shù)先進(jìn)性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的平衡，理清現(xiàn)有條件下可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，評(píng)估其在通往智慧供熱的道路上要達(dá)到的層次。實(shí)事求是地根據(jù)供熱企業(yè)的具體情況，制定出合理的智慧供熱建設(shè)方案，分階段、分層級(jí)往前推進(jìn)。

③ 既有系統(tǒng)沒有進(jìn)行信息化建設(shè)的供熱企業(yè)，現(xiàn)階段的工作重點(diǎn)要先放在先進(jìn)供熱技術(shù)與信息化、自動(dòng)化融合上，使得這些供熱企業(yè)能夠高質(zhì)量地完成信息化和自動(dòng)化的補(bǔ)課；已經(jīng)實(shí)現(xiàn)信息化的供熱企業(yè)，在補(bǔ)齊短板基礎(chǔ)上，引進(jìn)智慧供熱平臺(tái)。新建建筑及新建系統(tǒng)，要按照智慧供熱的目標(biāo)建設(shè)。