市政工程中关于智慧水务设计的探讨

罗浩

摘要：近年来，建设涵盖目标全域取水、净水、供水（输配水）、营销客服及运营管理全业务环节与流程的整体智慧水务体系，通过全面的自动化与信息化建设，在保障目标全域的供水安全、水质、水量，为目标全域百姓提供优质的供水服务的同时，降低城乡一体化供水的运营成本，提升管理的效率，愈来愈是各地水行业相关工程建设关注的焦点。本文通过某一县域的的智慧水务项目设计实例，对相关问题进行探讨。

关键词：供水；智慧水务；

1导言

供水系统一直以来是关系到民生发展的大计，优质的一体化供水系统一直是各地政府和供水企业的研究方向。近年来，随着科技的进一步发展，智能化供水技术亦愈发成熟，智慧水务系统也逐渐走向普及。

2国家及地方相关发展战略要求

（1）水利部关于印发《加快推进水利基础设施补短板的指导意见》的通知（水规计[2019]129号）

文件要求“农村饮水安全巩固提升，重点解决贫困地区、边境地区、革命老区等农村人口的饮水安全及所有地区农村人口饮水型氟超标问题。结合乡村振兴战略思想，积极推进城乡、农村供水一体化、标准化、规模化建设。”并且提出“全面提升水利信息化水平”。

（2）水利部印发的2020年所发31号文《关于做好“农村供水保障规划”编制工作的通知》

党中央、国务院高度重视农饮水安全工作，通过一系列工程建设，到2020年年底，按照现行标准，农村饮水安全将得到全面解决，但现状实施水平和目标还有一定差距。水利部关于“十四五”要求，在十三五农饮水达标的基础上，以提升服务保障能力为目标，进一步推动十四五期间农村供水工程的提档升级。

（3）中共中央国务院 《关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》（2021年1月4日）

民族要复兴，乡村必振兴。文件提出“实施农村供水保障工程。实施规模化供水工程建设和小型工程标准化改造，有条件的地区推进城乡供水一体化，到2025年农村自来水普及率达到88%。完善农村水价水费形成机制和工程长效运营机制。”

3智慧水务建设目标

本县城乡供水一体化智慧水务项目建设目标是：建设涵盖全县取水、净水、输配水、营销客服及运营管理全业务环节与流程的整体智慧化体系。通过全面的自动化与信息化建设，在保障全县的供水安全，保证水质、水量，为全县百姓提供优质的供水服务的同时，降低城乡一体化供水的运营成本，提升管理的效率。进而为本县、市的智慧水利建设打下坚实的信息化基础。

4智慧水务建设方案

根据本县供水一体化管理建设总体规划，系统架构如下图所示：

图 本县城乡供水一体化智慧水务总体架构图

项目按照此架构进行分层设计和建设：

外场感知层：外场感知层假设内容包括，水厂对应输配管道上的泵站及管网本身建设感知设备，主要包括三大类，分别为：视频采集、传感器网、现场控制网。

基础设施层：供水一体化管理平台建设了中心机房，并建设了一体化机柜。项目按《数据中心设计规范》GB50174-2017要求，分析是否需要建设对应基础设施。

支撑平台层：支撑平台层即承载业务的ICT基础平台，硬件系统包括计算、存储、网络等资源。软件包括虚拟化、数据库等。

数据共享层：建设数据采集、数据清洗、数据分析、数据治理与数据服务模块功能。

业务应用层：按照取水、净水、输配水、营销客服及综合运营的业务划分。业务应用层建设取水及综合运营相关业务应用系统。

呈现层：呈现层是根据业务需求的按业务主题的数据分析结果呈现。分析是否在水厂及中心机房建设终端展示。

5本项目智慧水务设计关键技术

智慧水务关键技术包括了统一平台登陆、统一用户管理、大数据分析、移动互联、物联网、BIM+GIS、云计算、国际化标准接口、漏损监测等技术。

（1）统一平台登陆

平台支持多客户登陆，为后续集成化管理或云平台建设扩展做基础。

（2）统一用户管理技术

本系统将采用统一的用户管理，在各系统环境中实现统一目标，转换各子系统统一格式，保证注册认证一致。

（3）大数据分析技术

实现数据价值，体现智慧水务意义，智慧水务中的大数据应用一般包括对数据的挖掘、展现和应用。

（4） 移动互联技术

移动应用与设备服务无缝结合：通过核心函数访问移动设备功能，与第三方控件或其他服务结合。底层框架保证底层基础应用，业务层只需处理业务逻辑代码，使得程序可拓展性高。

（5） 物联网技术

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。智慧水务建设的终极目标，就是最终达成万物皆可联的理想化状态，实现水行业的全智慧化，全方位保障人民的高质量用水。

（6） BIM+GIS 技术

BIM+GIS 技术是实现数字孪生的关键技术，将通过GIS系统（三维地理信息系统）和BIM（建筑信息模型）间的全面链接与整合，自上而下、自内而外、在时间与空间上形成统一的整体，实现真正的可视化。辅助决策、规划设计、工程建设、设施设备运维及公众展示等。

（7）云计算技术

使用云计算利用虚拟化技术技术，可充分利用IT资源、实现应用系统隔离，具有更好的安全性、动态可扩展、按需部署、灵活性高、可靠性高、可扩展性等特点。

（8）管网漏损监测

结合分区计量布署，完善管网在线流量点、压力点、水质点的布设，全面提高管网感知能力和预警能力；加强大表远传系统布点，实时监控用水情况。

6 近期成果

（1）智能管理模式

基于建成后的智慧水厂及管网全面感知、全自动控制以及输配水管线的实时在线监测水平，水厂运行管理人员只有调度人员、巡检人员和维护人员。

调度人员在水厂中控室工作，对整个水厂及输配水管网系统的运行情况进行统一调度控制，接受上级调度指令，并对巡检人员下发巡检及设备控制命令。

巡检人员负责水厂及管线日常的巡检工作，接收并就地执行调度人员下发的巡检及生产原料补充指令，将最终的执行结果反馈给调度人员。

维护人员负责水厂及管线设备正常运行状态下的维护保养以及维修更换工作。

智慧化条件下水厂的运行管理模式中，每个班组只需配备2~3人，3班制，共需6~9人。

（2）节能降耗

借助智能配泵模型，优化泵房机组运行策略，提高水泵的运行效率，已达到节能降耗的目的。根据其它项目的经验，预计生产用电单方水电耗节能百分比可达5%~12%。

借助智能加药模型，可以实现精准投加控制，充分利用各种药剂的使用效果，在保证水质达标的前提下，实现药剂的最低消化。

借助滤池反冲洗模型，实现滤池冲洗过程的最优化，避免过度冲洗，降低生产过程的水耗。

（3）运维决策

在水厂及管网日常生产管理过程中，中控室调度人员通过智慧水厂综合管理平台，可对相关KPI指标进行实时查看。各类KPI指标根据其特点及意义灵活采用各类图标及曲线进行显示，可直观感受其优劣状态。

综合管理平台实现生产数据、管理信息、设备数据等对相关数据综合对比分析，形成数据分析可视化报告，呈现数据趋势与数据关联，帮助决策人员进行决策。

（4）维护/巡检管理

在智慧水厂条件下，水厂巡检/维护管理将会以如下的典型过程进行：

1）水厂调度人员每月/每周/每日（根据管理规则），通过智慧水厂巡检/维护管理模块，对全厂巡检/维护任务进行排班。

2）巡检/维护人员将在任务开始前1天/1小时，通过手机APP收到任务下发推送。

3）管理人员可随时对巡检/维护情况进行图标、日历等可视化数据分析，并可回看巡检/维护记录，以掌握巡检/维护情况，针对性的对巡检/维护安排进行调整。

（5） 故障应急

在智慧水务条件下，水厂及管网故障应急将会以如下的典型过程进行：

1）系统通过自动控制系统采集信号，通过事态感知模块，实现对各类故障的感知。并及时进行系统报警，根据报警级别进行分级报警推送。

2）预警及故障信息将自动触发检修工单，将故障设备安排至最近一次检修。对于重大故障，将直接派发工单，并通过手机APP下达至相关检修/抢修人员。

3）对于无法通过全厂智慧调度系统实现调度的故障，全厂智慧调度系统将提供当前状况下最大满足需求的运行调度方案。同时，自动启动应急预案流程。

4）对于重大故障应急处理，可通过上级控制中心的视频会议、可视化系统，实现集中应急指挥。

7 远期目标

（1）逐步完善供水一体化智慧体系

逐步完善供水智慧体系，掌握现状家底，整体谋划、集约建设，加快数字化转型，建立和完善信息基础设施和平台，实现各基础平台交叉应用。建立智慧水务建设技术标准体系，强化数据融合，打通业务边界，实现智慧水务综合管理平合下的“一盘棋”业务联动和应急处置管理。

（2） 建立漏控标准工作流程

建立漏控标准工作流程，积极与第三方单位开展合作，在管网漏损率高的区域开展节水托管合同管理，加快吸收和消化先进管理经验，并同步建立智慧节水控漏标准工作流程、机制和制度，形成可复制的长效管理体系。

（3） 提升全域水利管理对接共享

提升全域水利管理对接共享，本项目供水一体化智慧水务系统与上级大数据平台实现数据交互，充分利用现有资源，打通信息壁垒，促进数据融合和资源节约，保障市政基础设施安全运行。并为实现大水利管理的上下联动、部门互通，最大程度的共享各类资源，保证智慧水利在基层部门建设的多扩展性、多融合性奠定坚实基础。

结束语

本项目智慧水务建设能有效提本县城乡供水一体化智慧水务应用水平，是实现本县农村供水自动化、智慧化的必由之路。通过该项目建设能有效提高本县农村供水运营人效，降低生产输配成本，降低管网漏损提高供水有效率，建立健全供水服务应急措施，保证供水安全，也是本县持续健康发展、提高居民生活质量的重要保障。

参考文献

[1]城市智能水网系统解析与关键支撑技术[J]. 王建华;赵红莉;冶运涛.水利水电技术,2019(08).

[2]智慧水务信息系统建设标准与指南概要介绍[J]. 刘百德.城镇供水,2016(06).

[3]智慧水务视角下水务数字化转型的挑战与实践[J]. 张金松;李旭;张炜博;曾翰.给水排水,2021(06).