淺談智慧水務配電能效平臺下數(shù)字化轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)與實踐

安科瑞 陳聰

摘要：當前，我國在水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面取得了一定的成效，但也面臨一定的挑戰(zhàn)，各個地區(qū)的水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型，都應該立足自身的實際情況和總體的工作目標，積極走出一條適合自己的數(shù)字化轉(zhuǎn)型路徑。基于此，文章從智慧水務視角出發(fā)，分析了水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型所面臨的挑戰(zhàn)，研究了水務數(shù)字化的相應實踐，對加快水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型具有一定的指導價值。

關鍵詞：智慧水務；數(shù)字化轉(zhuǎn)型；水務企業(yè)

水務行業(yè)在當下已經(jīng)邁入了新的發(fā)展階段，行業(yè)內(nèi)增大了信息化、數(shù)字化的探索，尤其是智能化技術出現(xiàn)以后，智能水務概念的提出使得水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型成為可能。但我國水務行業(yè)經(jīng)歷了漫長的發(fā)展時期，在很長一段時間內(nèi)因為存在發(fā)展思路、技術條件、資源配置等限制，水務行業(yè)的很多工作都是由人工來完成的，效率偏低且不同流程之間的銜接性不夠，給整個行業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的困境。信息技術的日漸發(fā)展，使得各個地區(qū)的水務工作都突破了原先的限制，在水務數(shù)字化、智慧化方面的大量研究和投入，使得我國在水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型方面取得了一定的成效，但同時也面臨著一定的挑戰(zhàn)，未來為推進智慧水務目標的實現(xiàn)還有很長的一段路要走。

1智慧水務的概念

智慧水務是在原有的水務系統(tǒng)中融合了智能化技術而出現(xiàn)的新型管理模式，所形成的水智能系統(tǒng)可在水務運營的全過程中實現(xiàn)一體化、標準化管控。信息技術支持下，不同子系統(tǒng)之間可高度銜接起來，系統(tǒng)的融合使得水智能系統(tǒng)能夠?qū)ψ詠硭⑽鬯?、中水等的處理都開展智能化管控，與常規(guī)的管理系統(tǒng)相比，智慧水務下的水循環(huán)效率顯著提高，也可創(chuàng)造更大的社會和經(jīng)濟效益。

智慧水務作為水務行業(yè)的一個新概念，要求每個水務企業(yè)都需要立足自身的發(fā)展，實現(xiàn)運營管理模式的調(diào)整，經(jīng)由數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)雀鞣N智能化技術和設備，對水務系統(tǒng)的運行狀態(tài)、參數(shù)等開展實時監(jiān)測，最終的結果能夠以可視化的方式呈現(xiàn)出來，打造水務物聯(lián)網(wǎng)體系。水務企業(yè)經(jīng)由數(shù)字化管理平臺的建設，可將全部的水務信息都加以收集、存儲、分析和利用起來，將得到的數(shù)據(jù)信息作為后續(xù)決策和工作的參考。為利用數(shù)字化平臺采集相應的數(shù)據(jù)，需在各個污水處理廠、泵站都進行數(shù)據(jù)采集前置機的安裝，或者進行DSP模塊的設計。在這種關聯(lián)關系下，在各污水廠、泵站運行的過程中，這些數(shù)據(jù)采集模塊可自動進行數(shù)據(jù)的采集，最終經(jīng)由4G或5G網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)進行上傳并在數(shù)據(jù)庫中存儲起來[1]。智能化模塊通過對各個關鍵數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控與智能分析，可在發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)的情況下及時預警，通知有關人員及時進行異常問題的處理，實現(xiàn)水務運營的精細化、智能化管控。

2 新形勢下水務行業(yè)所面臨的問題

從2019年底以來，各行各業(yè)就面臨著巨大的發(fā)展危機，新形勢下也使得傳統(tǒng)水務行業(yè)暴露了越來越多的問題，難以適應現(xiàn)代化的發(fā)展步伐。為實現(xiàn)智慧水務的目標，必須在解決了這些問題以后，針對當下行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)，進行相應的數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索。

2.1部分水務企業(yè)缺乏頂層規(guī)劃

傳統(tǒng)水務行業(yè)的管理模式下，將工作的重點集中在價值鏈的延長和效益的創(chuàng)造上，并未從根本上以客戶的實際需求出發(fā)來進行相應的管理模式創(chuàng)新、技術更新。就傳統(tǒng)水務行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，市場上的水務企業(yè)數(shù)量眾多，部分水務企業(yè)在頂層規(guī)劃方面存在問題，并未根據(jù)行業(yè)總體的發(fā)展來制定可行的發(fā)展方向和路徑，導致在自身的各項工作開展時，缺乏明確的指向，整體工作混亂，數(shù)字化轉(zhuǎn)型困難。

2.2運營環(huán)節(jié)和操作流程管理仍顯粗放

對傳統(tǒng)的水務行業(yè)而言，因為深受觀念、技術等的局限，也沒有對水務工作有正確的認知，不論是企業(yè)內(nèi)部的領導層還是基層員工，在實際的工作過程中，往往都未形成精細化的思維，在運營環(huán)節(jié)和操作流程方面多為粗放型理念，使得水務工作常常存在很多不足，如運營成本偏高、能耗過大、資源配置不合理。

2.3大部分水務企業(yè)仍處于信息化初級階段

水務行業(yè)在我國發(fā)展歷史悠久，在傳統(tǒng)的行業(yè)發(fā)展過程中，一些前瞻性的水務企業(yè)雖然有數(shù)字化的意識，但是因為技術條件的限制，在一些環(huán)節(jié)雖然采用了信息技術，但信息化水平偏低，并未在企業(yè)內(nèi)部或者行業(yè)范圍內(nèi)實現(xiàn)信息化的覆蓋[2]。

2.4產(chǎn)業(yè)鏈和新消費鏈尚未打通

在當前的發(fā)展條件下，因為時代在變化，為使水務行業(yè)的工作能夠與總體的經(jīng)濟形勢保持一致，就需要打通產(chǎn)業(yè)鏈和新消費鏈，給各個水務企業(yè)的業(yè)務開展提供切實的指導。但顯然，市場上的部分水務企業(yè)，其發(fā)展思路尚未轉(zhuǎn)變過來，數(shù)字化進程緩慢，未形成嶄新的產(chǎn)業(yè)鏈條和消費鏈條。

3 智慧水務視角下水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型面臨的挑戰(zhàn)

3.1水務行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的挑戰(zhàn)

智慧水務對行業(yè)改革的影響巨大，雖然在驅(qū)動行業(yè)變革方面有著重要的作用，但是在運營模式創(chuàng)新、認知創(chuàng)新和技術創(chuàng)新方面，卻帶來了一定的挑戰(zhàn)。實際上，如果要在智慧水務條件下實現(xiàn)供排水運營模式的重構，將需要投入大量的資源，再加上業(yè)務與數(shù)字化尚未形成合力，數(shù)字化轉(zhuǎn)型倒逼業(yè)務架構的重構，給運行模式的創(chuàng)新帶來了很大的難題。如果能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，就可以有效打破原先的業(yè)務、機構等壁壘。但顯然，當下的水務工作中，對先進管理理念和模式的掌握不夠，業(yè)務流程與信息技術之間的融合不佳，都導致水務行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展面臨著巨大的壓力。

3.2水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型方向的挑戰(zhàn)

智慧水務視角下的水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型應該向全面感知、智能控制、數(shù)據(jù)驅(qū)動、智能決策等方面邁進，但不論涉及的是哪一個方面，都需要進行相應的技術革新、資源配置。比如，要實現(xiàn)全面感知的目標，在全行業(yè)范圍內(nèi)要擴大廠站規(guī)模，并在原有基礎上擴大管網(wǎng)的動態(tài)感知范圍，開展全域的智能感知；智能控制條件下，需在原先的基礎上引入自動化技術并配置相應的智能化設備；數(shù)據(jù)驅(qū)動下，要對數(shù)據(jù)進行全面的采集、管理和分析，形成良好的數(shù)據(jù)生態(tài)。不論要實現(xiàn)哪一方面，所涉及的工作難度都是非常大的，水務企業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，要立足自身的資源、技術和設備不足，突破這些不利因素的限制。

3.3水務業(yè)務與信息技術融合的挑戰(zhàn)

在水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型的過程中，保持業(yè)務與信息技術的高度融合至關重要。雖然越來越多的水務企業(yè)加入了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的探索隊伍，但因為深受傳統(tǒng)發(fā)展思路的影響，信息技術的應用還停留在初期階段，未進入信息技術的深入應用環(huán)節(jié)，企業(yè)內(nèi)部也未形成完善的業(yè)務與信息管理模式，業(yè)務與信息技術的融合效果不理想。

4 水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型的意義

4.1能夠?qū)崿F(xiàn)日常辦公管理

當水務行業(yè)進行了數(shù)字化轉(zhuǎn)型以后，經(jīng)由數(shù)字化平臺的構建，可使每個水務企業(yè)的各項業(yè)務和服務工作在數(shù)字化平臺的基礎上開展，使日常的辦公呈現(xiàn)出數(shù)字化的特征。比如，以云計算為基礎的數(shù)字化平臺使企業(yè)中的公文處理流程大大簡化，相應的審批手續(xù)更簡單，對提高企業(yè)內(nèi)部的工作效率十分有效。數(shù)字化平臺形成后，不同部門、崗位人員之間可實現(xiàn)高效溝通，平臺可滿足視頻會議、文件收發(fā)與即時通信的需求。

4.2能夠?qū)崿F(xiàn)水務全過程管理

智慧水務視角下所構建的數(shù)字化平臺，還可以使水務企業(yè)在開展各項業(yè)務活動的過程中，能夠由其中的智能化、數(shù)字化模塊實現(xiàn)全過程的監(jiān)管，因為在平臺內(nèi)可自動對相應的數(shù)據(jù)信息加以收集，再加上自動的數(shù)據(jù)分析、圖表生成功能，也就可實現(xiàn)全過程監(jiān)管，及時發(fā)現(xiàn)工作漏洞并進行相應的工作改進。

4.3能夠?qū)崿F(xiàn)用戶的故障報修

智慧水務視角下，水務數(shù)字化轉(zhuǎn)型各項工作開展過程中，往往是以用戶需求作為出發(fā)點的，力求為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務。由于數(shù)字化系統(tǒng)和平臺的使用可快速接收到用戶的使用反饋，水務企業(yè)的相關人員在接收到了這些反饋信息以后，也就可在原有的工作模式下進行相應的服務調(diào)整、業(yè)務更新。

5 智慧水務視角下水務企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實踐

北京生態(tài)環(huán)保集團股份有限公司結合行業(yè)發(fā)展趨勢及自身實際，提出按照"系統(tǒng)規(guī)劃，控節(jié)奏；標準先行，統(tǒng)流程；業(yè)務驅(qū)動，強根基；管理為輔，提效率；資源共享，生態(tài)加"的方針，采取先行先試、小步快跑、迭代升級的路徑，力爭實現(xiàn)以安全為保障，覆蓋全業(yè)務價值鏈，提升水務運營安全、效率與效能，并可靈活應對可持續(xù)運營、可持續(xù)響應業(yè)務需求變化、可持續(xù)賦能的目標，實現(xiàn)業(yè)務+數(shù)字化的高質(zhì)量融合發(fā)展；推進水廠由粗放型管理到精細化管理轉(zhuǎn)變，由經(jīng)驗指令型調(diào)度轉(zhuǎn)化為量化分析型調(diào)度，利用數(shù)字化工具提高安全保障系數(shù)，提高水廠運營效率和專業(yè)人員素質(zhì)，優(yōu)化生產(chǎn)組織結構。

5.1供水廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐

以馬鞍山與徐州項目為試點的遠傳抄表平臺，采用其自定義自有通信協(xié)議，統(tǒng)一平臺，實現(xiàn)公司管理三百多萬只水表，每年超過20億元的水費收入在同一個平臺中管理。試點以來效果，以馬鞍山為例，實現(xiàn)了運行成本的降低，運行人員管理的平臺從之前的4個變?yōu)?個，可提高近40%的調(diào)試工作效率，在檔案資料管理工作方面可降低30%的人日工作量，為每月歷次開賬管理工作提高50%的效率，同時公司不再受制于水表供應廠家的硬件或軟件產(chǎn)品。此外，通過規(guī)范抄表協(xié)議，并將制定的流程制度植入，通過軟件驅(qū)動管理制度和運營模式應用實施方式，促進管理標準的落地，提高企業(yè)韌性。

5.2污水廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐

環(huán)保以太原項目為試點，采取由上而下統(tǒng)籌規(guī)劃、以點帶面輻射推廣的方式，探索污水廠數(shù)字化系統(tǒng)應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術. 實現(xiàn)了集控層、邊緣層、企業(yè)層和應用層的融合統(tǒng)一依靠線上工單流轉(zhuǎn)解決污水廠規(guī)范化運行、過程管理量化問題，包括生產(chǎn)監(jiān)控、運行巡視、設備維修、報警平臺、庫房管理等模塊。系統(tǒng)的業(yè)務場景涵蓋水廠工藝、設備、化驗3個管理維度，滿足水廠自動化提升和工具類、管理類、輔助業(yè)務類數(shù)字化需求，實現(xiàn)生產(chǎn)過程顯化管理。

5.3管網(wǎng)GIS雙平臺建設

數(shù)字化的前提是首先建立數(shù)據(jù)標準，統(tǒng)一管理流程與業(yè)務。環(huán)保立足自身，進行管網(wǎng)GIS平臺建設，該平臺是對水務運營薄弱環(huán)節(jié)管網(wǎng)資產(chǎn)管理的開始，也將是管網(wǎng)業(yè)務的進一步升級基礎。該平臺使管網(wǎng)管理業(yè)務走向移動端與數(shù)據(jù)化，創(chuàng)造了業(yè)務運營的新模式，實現(xiàn)了總部與項目之間業(yè)務的穿透式管理，同時專家資源的價值得到一定程度上的發(fā)揮。

6 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

6.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，監(jiān)測主要用能設備能效，保護污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

6.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

6.3平臺拓撲圖

6.4平臺子系統(tǒng)

6.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

6.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

6.4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

6.4.4能耗管理

為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

6.4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能的目的。

6.4.6電氣安全

①電氣火災監(jiān)測：監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

②消防應急照明和疏散指示：根據(jù)預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

③消防設備電源監(jiān)測：監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。

④防火門監(jiān)控系統(tǒng)：防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

6.4.7 環(huán)境監(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

6.4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

6.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

7 相關平臺部署硬件選型清單

8 結束語

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是大勢所趨，是未來環(huán)保企業(yè)核心競爭力所在。但也應充分認識到數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個過程，絕非一朝一夕可完成的，也不應停滯在某個階段，而是一項長期工作，應該鞏固轉(zhuǎn)型成果，持續(xù)創(chuàng)新，不斷提升企業(yè)的核心競爭力。具體實施過程中也需要綜合應用面向穩(wěn)態(tài)需求的經(jīng)典實施模式和面向創(chuàng)新需求的敏捷模式，并按照頂層設計進行統(tǒng)籌管理。同時，隨著時代的變化，水務行業(yè)面臨著新的發(fā)展機會，信息技術的發(fā)展刺激了智慧水務建設步伐，各個水務企業(yè)都要根據(jù)自身的工作特點，積極開展數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以通過數(shù)字化實現(xiàn)業(yè)務、服務的變革。

參考文獻

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