構(gòu)建水務(wù)“智”理新格局

文|廣州市凈水有限公司

智慧水務(wù)作為智慧城市的重要組成部分，是“新城建”中不可或缺的建設(shè)環(huán)節(jié)，廣州凈水公司積極響應(yīng)智慧水務(wù)建設(shè)，將智慧凈水廠試點(diǎn)建設(shè)作為一項(xiàng)重點(diǎn)工作推進(jìn)。

圖1 水質(zhì)全過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)界面圖

圖2 精確曝氣控制界面圖

開(kāi)展智慧化改造

2020年底，按照試點(diǎn)先行、分步實(shí)施的原則，廣州凈水公司以瀝三期為試點(diǎn)，運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G、AI 等信息技術(shù)，圍繞“無(wú)人值守、少人巡檢”運(yùn)營(yíng)管理目標(biāo)，從凈水廠水質(zhì)管控、工藝調(diào)控、設(shè)備運(yùn)維、安全防范、智能巡檢、智慧決策等方面開(kāi)展智慧化改造。

通過(guò)全過(guò)程的水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控，形成預(yù)警機(jī)制，提前預(yù)警水質(zhì)變化，及時(shí)反饋除磷脫氮水平；通過(guò)精確曝氣、智能加藥系統(tǒng)引入智能控制算法，實(shí)現(xiàn)按需曝氣、按量加藥，改善工藝調(diào)控；利用智能傳感、AI 等信息技術(shù)，全面實(shí)時(shí)感知設(shè)備狀態(tài)，智能預(yù)判設(shè)備故障，實(shí)現(xiàn)從“被動(dòng)維修”到“主動(dòng)預(yù)防”；借助機(jī)器人、AR 巡檢及遠(yuǎn)程協(xié)作輔助巡檢和遠(yuǎn)程協(xié)助，提高運(yùn)營(yíng)工作效率，可進(jìn)行毒氣預(yù)警和危險(xiǎn)區(qū)域提醒；以心跳血氧監(jiān)測(cè)、UWB 定位等技術(shù)，對(duì)員工生命體征進(jìn)行監(jiān)測(cè)，全面保障人員安全；利用物聯(lián)網(wǎng)、5G、AI、AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，基于AR 實(shí)景監(jiān)測(cè)平臺(tái)，與園區(qū)管理子模塊及算法應(yīng)用子模塊聯(lián)動(dòng)，集成多種應(yīng)用場(chǎng)景，建設(shè)全方位立體安防管控園區(qū)，健全“人防”+“技防”+“物防”的安防聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

構(gòu)建智慧發(fā)展新格局

圖3 智能巡邏機(jī)器人

本項(xiàng)目在缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)及成熟案例作參照的情況下，廣州凈水公司積極探索，創(chuàng)新推動(dòng)數(shù)字化發(fā)展，促進(jìn)新一代信息技術(shù)與水廠業(yè)務(wù)深度融合，建成了應(yīng)用場(chǎng)景多、覆蓋面廣、技術(shù)含量高的智慧凈水廠示范工程，在生產(chǎn)、運(yùn)行和維護(hù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了全過(guò)程、全方位、全智能控制，使傳統(tǒng)污水處理廠成為新型“智慧生命體”，系統(tǒng)更加智能化、運(yùn)營(yíng)更加高效化、管理更加便捷化、決策更加科學(xué)化、服務(wù)更加周到化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)從“自動(dòng)化”到“智能化、智慧化”的飛躍，構(gòu)建智慧發(fā)展新格局。

1.建設(shè)亮點(diǎn)

智控筑基，助力無(wú)人值守。自主創(chuàng)新，全過(guò)程水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控，精細(xì)管理，全流程工藝智能調(diào)控；數(shù)智引領(lǐng)，賦能少人巡檢。智能預(yù)警，全過(guò)程設(shè)備智能運(yùn)維，科技創(chuàng)新，全方位人員智慧管控。

圖4 瀝滘智慧安防系統(tǒng)界面圖

2.建設(shè)成效

（1）智控筑基，助力無(wú)人值守

著眼于全過(guò)程水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控、全流程工藝智能調(diào)控，為水質(zhì)及工藝智能化控制構(gòu)筑堅(jiān)實(shí)基石。

自主創(chuàng)新，全過(guò)程水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控。首創(chuàng)污水處理全流程精細(xì)化控制系統(tǒng)，提升了檢測(cè)頻率3-5 倍，節(jié)約檢測(cè)時(shí)間約67%，實(shí)現(xiàn)可提前6-15h 水質(zhì)預(yù)警，提高了抗沖擊負(fù)荷能力，出水水質(zhì)指標(biāo)持續(xù)穩(wěn)定、達(dá)標(biāo)排放，COD、氨氮、總磷等出水指標(biāo)達(dá)到甚至超過(guò)地表水Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

精細(xì)管理，全流程工藝智能調(diào)控。一是精確曝氣系統(tǒng)，使溶解氧值控制更穩(wěn)定，確保溶解氧值控制偏差在目標(biāo)值±0.2 以內(nèi)；系統(tǒng)在瀝三期南線上線后，對(duì)比北線未上線，同期鼓風(fēng)機(jī)平均單耗分別為0.036 度/噸，0.039 度/噸，南線比北線電耗降低8%。南北線系統(tǒng)均上線后，對(duì)比未上線前，鼓風(fēng)機(jī)月均電耗分別為0.0423 度/噸和0.0394 度/噸，環(huán)比下降7%；污染物去除率顯著提高。二是藥劑智能投加系統(tǒng)，全鏈條藥劑，智能投加，根據(jù)水質(zhì)水量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋，使藥劑投加精準(zhǔn)化，提高脫氮除磷效果。瀝三期藥劑投加系統(tǒng)投入使用后，除磷劑同比下降10%，消毒劑單耗環(huán)比下降9%；原先每小時(shí)1 次操作，現(xiàn)在無(wú)需人工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控。

圖5 智慧安防系統(tǒng)視頻監(jiān)控界面圖

圖6 安全帽識(shí)別應(yīng)用圖

圖7 人臉抓拍、比對(duì)應(yīng)用圖

圖8 安防實(shí)景監(jiān)控平臺(tái)圖

（2）數(shù)智引領(lǐng)，賦能少人巡檢

致力于全過(guò)程設(shè)備智能運(yùn)維、全方位人員智慧管控，通過(guò)數(shù)字化、智慧化引領(lǐng)，賦能“少人巡檢”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

智能預(yù)警，全過(guò)程設(shè)備智能運(yùn)維。一是設(shè)備預(yù)防性維護(hù)，推動(dòng)全過(guò)程設(shè)備安全可靠。對(duì)工藝全過(guò)程大型設(shè)備進(jìn)行多參數(shù)監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備健康狀況，智能預(yù)判、及時(shí)響應(yīng)，減少非計(jì)劃停機(jī)檢修造成影響，實(shí)現(xiàn)從“被動(dòng)維修”到“主動(dòng)預(yù)防”。如二沉池刮泥機(jī)發(fā)生傾倒故障的維修費(fèi)用為5 萬(wàn)元/次，通過(guò)對(duì)刮泥機(jī)加裝行程開(kāi)關(guān)，減少刮泥機(jī)傾倒故障，實(shí)現(xiàn)了重大故障零發(fā)生，避免了因非計(jì)劃停機(jī)停水檢修對(duì)污水處理產(chǎn)生影響。二是智能巡檢，健全水廠安全巡檢機(jī)制。通過(guò)AR 智能眼鏡，巡檢人員能夠快速查詢?cè)O(shè)備基本信息，并及時(shí)接收毒氣和危險(xiǎn)區(qū)域告警提醒，保障巡檢期間人員安全的同時(shí)，輔助巡檢人員高效完成巡檢工作；另外，通過(guò)AR 與專家聯(lián)線，共享現(xiàn)場(chǎng)畫面，進(jìn)行語(yǔ)音互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)助，實(shí)時(shí)自動(dòng)保存巡檢單及巡檢視頻，形成相關(guān)的設(shè)備知識(shí)庫(kù)。在瀝三期部署機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)疫情防護(hù)、入侵告警、火災(zāi)預(yù)警、區(qū)域巡邏等功能，幫助廠區(qū)減輕24 小時(shí)巡邏任務(wù)負(fù)擔(dān)，釋放部分人力。

圖9 人員3D 定位界面圖

圖10 瀝滘三期調(diào)度中心現(xiàn)場(chǎng)圖

科技創(chuàng)新，全方位人員智慧管控。一是智慧安防，打造園區(qū)安全全方位布控。入園時(shí)，視頻AI布控提升安全防范。部署訪客管理系統(tǒng)和車輛管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)人員及車輛的集中管控，提高人員及車輛通行的便捷性和訪客拜訪體驗(yàn)。園區(qū)里，以AR 實(shí)景地圖為載體，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的整合，基本實(shí)現(xiàn)視頻AI 識(shí)別替代人為干預(yù)：在圍墻及露天水池對(duì)越界行為、落水危險(xiǎn)進(jìn)行告警；在生產(chǎn)區(qū)域，安全帽識(shí)別規(guī)范人員佩戴安全帽的行為，水浸煙火識(shí)別實(shí)時(shí)預(yù)警水浸、煙火異常情況。同時(shí)，系統(tǒng)直接對(duì)接消防系統(tǒng)告警信息，并聯(lián)動(dòng)攝像機(jī)查看現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻，以便調(diào)度人員第一時(shí)間處置各種險(xiǎn)情；同時(shí)聯(lián)動(dòng)附近門禁系統(tǒng)全部打開(kāi)，以便人員及時(shí)逃生，減少傷亡。二是員工生命體征監(jiān)測(cè)，聚焦人員健康安全。借助UWB 精準(zhǔn)定位技術(shù)+智能手環(huán)，實(shí)現(xiàn)生命安全（心率、血氧）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、一鍵報(bào)警、電子圍欄、輔助巡檢管理等功能。

圖11 瀝滘三期BIM 建筑仿真圖

圖12 瀝滘三期BIM 工藝圖

智慧凈水廠示范工程在驅(qū)動(dòng)水廠運(yùn)營(yíng)智慧化升級(jí)上開(kāi)啟智慧凈水新模式，完成了水質(zhì)全過(guò)程監(jiān)控、精確曝氣、智能加藥、設(shè)備智能監(jiān)控、員工生命體征監(jiān)測(cè)、智慧安防、AR 巡檢、智能機(jī)器人等系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控、全流程工藝智能調(diào)控、全過(guò)程設(shè)備智能運(yùn)維、全方位人員智慧管控，促進(jìn)生產(chǎn)管理從“粗放、滯后、人工”到“精細(xì)、提前、智慧”的管理變革，積極驅(qū)動(dòng)凈水廠智慧化升級(jí)，構(gòu)建水務(wù)“智”理新格局。

圖13 瀝滘三期BIM 構(gòu)筑物細(xì)節(jié)圖