摘要：随着城市化进程的加快和人口的增长，对清洁、安全供水的需求不断增加，传统的水厂运维方式已难以应对这些挑战。因此，水厂智慧化升级和智能化运维成为提高供水效率、保障水质安全的必然趋势。本文将探讨水厂如何通过智慧升级，实现智能化运维，并详述其中的关键技术和成功案例。
随着城市化进程的加快和人口的增长，对清洁、安全供水的需求不断增加，传统的水厂运维方式已难以应对这些挑战。因此，水厂智慧化升级和智能化运维成为提高供水效率、保障水质安全的必然趋势。本文将探讨水厂如何通过智慧升级，实现智能化运维，并详述其中的关键技术和成功案例。
智慧水厂通过运用先进的信息技术、自动化控制技术和智能化设备，实现了水厂生产管理和运行的高度优化。以下是智慧水厂建设中的关键要素：
1.物联网技术
通过无线传感器、通讯网络和信息处理系统，实现对各种设备、设施和产品的实时监测、数据采集和互联互通。物联网技术可以实时监测水质、水量、压力等参数，并通过无线传感器实现水厂设备和管网的远程监测和控制。
2.大数据与人工智能技术
大数据技术在智慧水厂中的应用主要体现在对水质、水量、压力等大量监测数据的分析和处理上。通过建立水质预测模型、故障预警模型和运行优化模型，智慧水厂能够实现对水质处理和水厂运行的智能化控制和优化。人工智能技术，如机器学习和深度学习，可以自动识别水质异常、设备故障和运行异常，并发出预警，提高水厂的安全性和稳定性。
3.云计算与边缘计算技术
云计算技术通过云端服务，实现对水厂运营管理系统、监控系统和数据平台的建设和运营，提高了水厂的信息化水平和管理效率。边缘计算技术则用于处理和分析水厂现场设备和传感器的数据，减少了数据传输和存储的成本和延迟，提高了对水厂运行的实时监测和响应能力。
4.智能化设备和自动化控制技术
通过安装智能化传感器、执行器和控制器，智慧水厂能够实现对水处理过程的实时监测和自动调节。例如，智能化流量计、水质传感器和调节阀等设备可以实时监测水质和水量，并根据实际情况自动调节处理参数。
5.5G和NB-IoT技术
作为新一代移动通讯技术，5G和NB-IoT为智慧水厂的信息化建设和应用提供了更强的技术支持，实现了更高效的数据收集和传输，提高了监控和管理的精确性和实时性。
智慧水厂的建设内容涵盖了多个方面，旨在通过先进的信息技术、自动化控制技术和智能化设备，实现水厂生产管理和运行的高度优化。以下是智慧水厂建设的主要内容：
1.自动化建设
水厂工艺流程自动化：实现从取水泵站取水，通过管网输送到水厂进行加药、混凝、沉淀、过滤、加氯净化处理后，由供水泵房加压输送至供水管网的全过程自动化控制。这是智慧水厂建设的硬件基础。安防自动化：通过周界防范系统、视频安防监控系统、门禁系统、出入口控制系统等构筑的安全防范系统，对水厂建筑群及其内部的人员、设备、区域实现安全防范。环境自动化：通过构筑物监测系统，实现对水厂温度、湿度、有害气体、设备接点温度、水位、烟雾信号、明火信号等环境数据的监测。当环境参数超标时，系统能够自动发出警告并进行排障，实现警情管控和故障定位等功能。2.智慧大脑构建
物联网平台：将物联网技术与水厂深度融合，实现智慧水厂从计划、生产、管理、物料、仓储、采购、维修等各个环节所产生的各类数据的集中采集、存储和分析。通过挖掘大量数据中的有价值信息，促进水厂生产管理的创新，提升经营水平和生产运作效率。智能视频监控平台：采用图像处理、模式识别和计算机视觉技术，通过智能视频分析模块，对视频监控画面进行快速高效的分析，判断监控画面中的异常情况，并以最佳方式发出警报或触发其他动作。人工智能平台：基于机器学习库和深度学习框架，建立高级智能算法，搭建水厂的知识图谱和神经网络结构，形成具有智慧决策能力的人工智能大脑。3.智慧应用建设
智慧安防：通过人脸识别、车辆识别管理、非法侵入位追踪、无人机巡检、AR眼镜监测等技术手段，构建水厂整体、立体的安保系统。同时，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，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，保证生产安全和人员安全。能耗与药耗控制：实时监测和分析能耗与药耗数据，通过优化控制策略，降低能耗和药耗成本。水质检验与监测：实时监测水质参数，包括浊度、余氯、pH值等。通过建立水质预测模型，提前预警水质异常。生产调度与设备管理：根据生产需求和水质情况，智能调度生产设备和工艺流程。实现设备的远程监控和故障预警，提高设备运维效率。数据管理与分析：收集、存储和分析水厂生产运营数据，通过数据可视化展示，为决策提供科学依据。此外，智慧水厂的建设还可能包括基于BIM的数字孪生水厂构建，以及利用5G和NB-IoT等新一代移动通讯技术提升水厂的信息化建设和应用能力。这些技术的应用将进一步推动智慧水厂的发展，实现更高效、安全、可持续的水处理与供应。
智慧水厂运维相较于传统水厂运维模式，具有多方面的优势，同时也面临一些挑战。以下是对智慧水厂运维的优势与挑战的详细分析：
优势
1.提高运维效率：
智慧水厂通过集成物联网、大数据、云计算等技术，实现了对设备运行状态的实时监测和数据分析。这有助于运维人员及时发现设备故障或潜在问题，并迅速采取措施进行修复或预防，从而减少了设备故障导致的停工时间，提高了运维效率。智慧水厂还通过构建数字孪生模型，对实体水厂进行虚拟仿真和模拟预测。这有助于运维人员更加精准地掌握水厂的运行状态，优化运维策略，进一步提高运维效率。2）节约能源和资源：
智慧水厂通过实时监测和分析设备运行数据，可以优化设备运行参数，减少不必要的能源消耗和废弃物产生。通过智能算法和预测模型，智慧水厂还可以实现能源的最有效利用，达到节能减排的目标。3）提升水质监测能力：
智慧水厂通过集成水质监测传感器和数据分析系统，可以实时监测水质状况，确保水质安全。一旦发现水质异常，智慧水厂可以迅速采取措施进行干预和处理，防止水质恶化对环境和人类健康造成危害。4）优化管理决策：
智慧水厂通过集成数据分析和智能决策支持系统，可以为管理人员提供丰富的数据支持和决策依据。这有助于管理人员更加准确地了解水厂的运行状态和发展趋势，从而制定更加科学、合理的管理决策。5）增强应急响应能力：
智慧水厂通过构建应急响应系统和预案库，可以在突发事件发生时迅速启动应急预案，组织抢修措施，减少损失。同时，智慧水厂还可以通过实时监测和数据分析系统，为应急决策提供数据支持和依据。挑战
1）技术融合与集成难度
智慧水厂涉及多种技术的融合与集成，如物联网、大数据、云计算等。这些技术的集成需要高度的技术水平和专业知识，增加了运维的复杂性。
2）技术更新与兼容性
随着技术的不断发展，智慧水厂系统需要不断更新和升级，新旧技术的兼容性和系统的稳定性是一大挑战。
3）数据安全与隐私保护
智慧水厂在运维过程中会收集和处理大量的数据，包括水质数据、设备运行数据等。这些数据的安全性和隐私保护是一个重要的问题，需要采取有效的措施进行保护。
4）运维人员技能提升
智慧水厂的运维需要运维人员具备较高的技术水平和专业知识，包括物联网技术、数据分析技术等。这对运维人员的技能提出了更高的要求，需要他们不断学习和提升自己的技能水平。
某自来水厂通过使用艾三维智慧水厂管理系统，成功实现了智慧化升级。该系统通过将数据采集设备、无线网络设备、智能采集终端、水质检测传感器等现代信息化技术进行深度融合，提高了水厂的运行效率和管理水平。
艾三维智慧水厂管理系统主要采用先进的自动控制方案解决水厂无人或少人的制水生产过程，实现对水厂运维智能管控、区域中心集中监控、移动巡检智能管理、重点工艺智能控制、运维平台信息化管理，以自控系统代替人的工作，将运营、设备、设施、巡检、维修等流程互联互通，打破信息孤岛。
1.实景+GIS+BIM融合
通过无人机和实景三维建模技术，航拍园区实景并转化为可操作展示的三维模型，形象直观的展现水厂的真实样貌、布置及周围环境。系统支持大体量BIM数据、GIS数据、倾斜影像数据的快速加载。
2.三维水厂实时看板
运维人员通过三维水厂实时看板，总览全局，一目了然的掌握重要数据指标，包括原水数据、出水数据、加药间数据、重要液位监控数据以及报警数据等。
3.三维模型设备定位
在三维模型中快速定位任一设备的位置状态，方便运维人员及时排查、发现及修复问题。
4.三维巡检
基于水厂的运维需求，定制个性化巡检路径，在三维场景中模拟巡检漫游路径，将巡检点、设备和传感器实时数据、视频监控相结合，高效代替人工巡检。
5.设备状态实时展示
基于传感器设备数据，在三维模型中直观地查看各个设备的实时状态，如水泵的开停，运行频率、进出水管的瞬时流量，压力等。
6.全管道分层展示
通过三维模型，分层展示整个厂区的所有管道，包括产生管线、自用水管、雨水管、污水管、排泥管、回用管和电力布置管线等，方便员工培训及维修和定位每一根管线及管件。
7.工艺流程及设备操作可视化培训
基于三维模型，直观地让水厂新员工快速掌握水厂工艺流程，并模拟设备操作，迅速成为熟悉水厂运维的专业人员。
8.设备资产管理
基于三维模型进行资产管理，每个资产都能在三维模型中定位，并显示相应的基础信息、实时状态数据，如水泵的开关、实时频率等。
每个设备均可录入和查看保养日志，设置保养周期，系统会自动推送保养通知，提醒相关维修人员。
9.应急预案在线演练
模拟水厂日常中发生的各种突发事故，如水质事故、停电停产事故、设备故障、气体泄漏及火灾等，供水厂员工及运维人员进行沉浸式仿真演练。
鹤山北控水务智慧运维平台（下称鹤山水务运维平台）是集BIM、GIS、人工智能、大数据、云计算等技术，和污水运营企业安全管理、生产运行、水质化验、设备管理、日常办公等关键业务于一体的信息管理平台。平台通过实时数据采集技术、即时数据传输网络、精确统计分析工具、轻量化数据展示以及高效决策支持系统，实现对水厂的智能感知、智能生产、智能运维以及智能调度，为水厂的持续运营和优化管理提供高度信息化和智慧化支持。
平台功能
1.智慧管理
鹤山水务运维平台对企业实时生产数据、视频监控数据、工艺设计、日常管理等相关数据进行集中管理；利用统计分析、数据挖掘技术为不同层面的生产运行管理者提供即时、丰富的生产运行信息，为辅助分析决策奠定良好的基础，为企业规范管理、节能降耗、减员增效和精细化管理提供强大的技术支持，从而形成完善的城市污水处理信息化综合管理解决方案。
设备数据采集
视频数据采集
2.BIM轻量化展示
鹤山水务运维平台包括基于HTML，Ue4(虚幻游戏引擎)，Cesium.js（GIS引擎）等技术的BIM模型轻量化Web解决方案，不需要下载和安装任何插件即可在Web端浏览和显示复杂的三维模型。
利用游戏Ue4引擎强大的实时图形渲染特性，实现大体复杂地形、倾斜摄影、BIM模型等三维模型数据的秒级加载；通过IoT设备采集到的数据，与模型实时同步互联，以达到实现对物理世界仿真，最终实现数字孪生的目的；同时，利用Ue4强大的光照系统，实现对物理环境的模拟，极大增强用户的体验感。
单体建筑可视化
3.大屏展示
鹤山水务运维平台包括基于Web的大屏展示功能。平台实现前端Echart等可视化框架与BIM、GIS场景的深度融合，利用数据大屏的数据实时性强，交互强、集中度强等特性，实现“一图知全貌”，从一张图表便捷的了解整个厂区的关键信息。
通过不同部门，不同工艺流程数据实现高度融合，信息共享，以实现相关系统的联动，解决企业面临的“信息孤岛”问题。交互式实时数据可视化大屏，能够实时监测厂区运营数据，洞悉运营增长，助力智能高效决策。
区域可视化
4.智能运维
鹤山水务运维平台包括基于大数据、机器学习、深度学习技术的智能运维管理。平台利用传统机器学习算法与深度学习算法—神经网络，利用IOT设备数据、自动控制系统收集到的数据，和相关行业经验数据，对厂区不同工艺系统进行数据建模，将看似“无关”的数据，进行数据挖掘。
通过将水处理工艺经验参数与人工智能算法相融合的方式，实现对水质，水量的工艺参数动态优化，实现对水处理环节药剂的科学投放，设备能耗的科学诊断，以及对设备、管道的科学预警分析与故障诊断，最大化提高资源利用效率，提高水厂经济效益。
IOT管理
加药管理
告警管理
工单管理
5.三维巡检
鹤山水务运维平台包括基于BIM的3D巡检功能。BIM平台的展示效果可以做到多用户异地共享运维数据，将运维管理的需要的信息与模型整合在一起，从而直观地了解及管理运维对象，实现运营维护的可视化管理。
巡检管理
6.设备资产管理
鹤山水务运维平台包括基于BIM的设备联动和资产管理功能。在紧急情况下，管理人员不仅要在灾害发生后制定合理的维护方案，还需要对危险源进行追溯，以此来不断完善日常运维计划。
鹤山水务运维平台基于三维轻量化引擎将水厂的监测管理系统与BIM数据相结合，从模型上直观地展示各控制系统的数据，可视化资产和监测信息。在水厂的运作工程中，可以随时查看实时数据及历史数据曲线，在水厂设备发生异常时，系统也可自动监测并且报警，通过交互界面引导工作人员开展水厂的维护工作。
设备数据管理
平台详情：江门鹤山北控水务智慧运维平台 | 水厂信息化和智慧化管理
智慧水厂的建设和智能化运维是提高供水效率、保障水质安全的重要途径。通过引入物联网、大数据、人工智能、云计算等先进技术，水厂可以实现生产数据、能耗数据、设备特征数据等信息的互通和共享，实现最优化的加药控制和管理，提高水厂的运行效率和管理水平。同时，智慧水厂的建设也面临着数据整合、技术更新和数据安全等挑战，需要水厂管理者和技术人员不断探索和创新，以推动传统水厂转型升级，迈向高效节能、绿色可持续发展的新阶段。
来源：艾三维技术