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智慧水务及其实施路径研究
来源:天开源水务信息化  发布时间:2019/1/14 17:04:29

智慧水务是物联网技术与水务管理相结合的产物,近几年在美国、以色列等诸多国家已经有了比较多的实践,而我国智慧水务的发展还刚刚起步。本文从城市用水的角度对我国智慧水务的建设现状和实施路径进行了研究。

智慧水务的概念 

顾名?#23478;澹?#26234;慧水务是智慧化解决方案水务的结合。水务包含的范围很广,而本文将主要从城市用水的角度来研究智慧水务的建设与发展。

具体而言,智慧水务是利用传感技术、互联网、物联网和云计算等先进的信息技术,对水从原水、生产、输配、排放、处理和客户服务实现全过程的控制,实施智慧的水管理系统。 

智慧水务建设现状

1、国外 

美国智能水网概念的提出?#21152;?/span>20095月,由一个名为水创新联盟的私人组织创建的基金会智能水网倡议率先提出。在智能水网概念的初始发展阶段,其引领者群体主要是由包括IBM、西门子、苏伊士等在内的一些涉水事务及信息化技术大型企业共同组成。

IBM公司将智能水网作为其智能地球概念的重要组成部分,并为智能水网提出了三个关键词:自动化、交互性、智能化。智能水网在美国的发展大致可分为四个主要方向:一是基于先进的计量基础设施建立水管理系统(AMI);二是基于水资源管理设施和智能电网的优化能源使用方案;三是水质和水量的联合检测平台;四是水资源高效管理系统的构建。

在美国智能水网建设实践案例中,基于国家层面的智能水网项目和基于州政府层面的蒸散发网络项目是对其智能水网建设思路的典型性?#20174;场?/span> 

以色列是世界上闻名的缺水国家,水资源格局与生产力布局严重不匹配。而其在供水方面之所以取得突破性进步主要集中在两个方面:一是自然水资源和海水淡化处理。以色列政府主要在以下几个方面下了细致的功夫,包括节水和提高水的利用效率,改善地下水的提纯水平与净化质量,提高废水处理能力,循环用水,改善海水淡化能力并降?#32479;?#26412;。

二是由于以色列缺水的自然条件以及在创?#36335;?#38754;的优?#20132;?#22659;,在智慧水务领域涌现出诸多高科技公司,比如致力于优化城市给水系统,通过减少输配水过程的损失来极大地改善用水效?#23454;?/span>Miya公司;通过基于大数据统计算法的管网实时检测云端服务平台对有关漏损、阀门等事件进行预警和管理的TAKADU公司;采用图像处理的方式实现了水质中细菌含量实时检测的VBACT公司;专注于管网在线漏点定位、管网?#20013;?#30417;测解决方案的Aquarius公司;使用创新材料和技术实施地下管网漏点修复的Curapipe公司等。 

其他国家,澳大利亚在2004―2007年严重水资源短缺危机后初次提出智能水网概念,其典型案例包括SEQ智能水网工程、维多利亚智能水网和宽湾智能水网工程等。

2011年始,韩国建筑科学研究?#28023;?/span>KICT)就开始实施智能水网项目,其目标是开发核心技术,如水资源获取、处理、管道网络、智能水网的子网和微型网;法国、西班牙和荷兰计划推出1100万智能水表,荷兰制定了智能水表标准。 

根据力士研究(Lux Research)所做的一份水领域IT市场调查显示,预计2020年水领域IT的市场规模和投入将至少十倍于2009年,从2009年的5.3亿美元增加到2020年的163亿美元。

所谓水领域IT,很多都属于智能水网的范畴。而如果能在智能水网?#20808;?#24471;突破,无疑有助于更好地利用和保护水资源,?#27493;?#20026;人类的更可?#20013;?#21457;展作出积极而深远的贡献。 

2、国内

在我国,智慧水务建设还处于实践探索阶段,各地都从自身水资源特点和实践需求出发建设各具特色的智慧水务、智慧水利或智能水网,因此建设理念、建设目标、建设思路、建设内容、建设路径各异。

主要表现在智慧水务建设的侧重点不同:?#26412;?#24066;重点是为了解决水资源调度管理问题,上海市重点是为了提供更好的社会化水务服务,山西省和山东省重点是为了提高水资源时空调配能力应对极端事件,无锡市重点是为了实现太湖生态治理目标,海南省重点是为了促进河湖连通实现生态大城市建设。 

各地智慧水务建设缺乏统一的认识和标准的模式指导,有些地区对智慧水务的内涵理解和建设任务认识还有偏差,表现在偏重于强调实体网建设,忽视信息网和管理网建设;偏重于强调实施监测与数据传输等感知建设,忽略智慧调度管理建设等。

我国水司智慧化管理现状及问题

目前,基于信息化技术的智慧化解决方案在我国水司的应用主要有以下内容:SCADA系统,包含水量、水压、水质和水位等数据。营业收费系统,包含用户、用水类型、水费缴纳等数据。

GIS系统(地理信息系统),包含管道、阀门、流量计等资产空间数据。维修养护系统,包含管道巡检、现场维修、泄漏修?#30784;?#31649;?#26639;?#25442;、工单派发等信息。客户服务热线系统,包含客户?#31471;摺?#25253;修、偷漏水举报等数据。 

虽然信息化技术在我国水司的应用已经日益广?#28023;?#20294;?#28304;?#22312;一些问题。

第一,规划不到位,缺乏战略性、整体性和前瞻性的IT规划,头痛医头,脚痛医脚?#21335;?#35937;比较突出。

第二,重?#24067;?#36731;软件,信息孤岛问题严重。在实践中,水司?#24067;?#35774;?#36212;?#35013;得多,软件应用得少,且对于软件项目而言,定制开发多,灵活性、扩展性差,从而导致两方面的不利后果:一是各系统之间的数据没有交换,形成一个个的信息孤?#28023;?#26368;终部分项目反成信息化包袱;二是信息数据繁杂,难以为管控决策有效利用。第三,服务沟通存在障碍。一方面,被动式服务,缺乏高水平服务带来的尊严和尊重感;另一方面,客户服务和沟通渠道相对单一。 

智慧水务建设及其实施路径

1、智慧水务的建设原则 

为了解决目前水司在信息化技术应用上的诸多问题,智慧水务的建设应遵循以下原则:

一是标准化,基于主流技术和标准,建立健全各项技术规范和制度。二是流程化,基于工作流程实现业务流程。三是集成化,多系统之间的数据集成与信息整合。四是简单化,用户操作和体验简单易用。五是先进性,对技术和应用的发展要有远景规划,既能兼容目前的常规体系架构,亦能支持未来?#28304;?#25968;据和云计算环境。   

2、智慧水务?#21335;?#32479;构架 

智慧水务?#21335;?#32479;构架遵循物联网传统意义上四个层次的原理。具体而言,最基础的感知层包括了水量、水压、水位、水质以及漏损等信息的监控或数据收集设备。

这些数据通过移动通信、互联网、蓝牙?#30830;?#24335;所构成的传输层进入数据的存储层,并通过对这些数据进行挖掘,从而在应用层以各个功能模块或平台的方式展现出来,辅助管理层的决策行为以及帮助操作层的执行行为。 

3、实施路径 

对于目前国内多数水司来讲,智慧水务建设的起点并不是一张?#23383;劍?#32780;是需要根据水司的战略和发展目标,结合现状进行整体性规划,并制定分布实施的计划。

在实施过程中,为了解决信息孤岛的问题,让各业务系统所产生的数据真正得到有效利用,需要对现有业务系统进行整合升级,并构建一个可以集成各业务系统数据的综合管理平台,根据给管理者提供智能决策支持的需求,开发不同的功能模块。

其中最关键的一点就是不同业务系统数据的整合。在理论上,来自不同系统的数据是海量的,对其进行挖掘、分析,可以产生不同的功能模块。

为了让智慧水务的建设更加容易落地,需要?#19994;?#31526;合水司发展要求的突破口,然后在数据不断完善、管理水平不断提高的前提下,逐步扩展综合管理平台的功能模块。 

1)产销差综合管理。产销差管理是最易于落地的突破口,原因如下:其一,产销差是所有水司都开始,或者将来会高度关注的问题。其对水司的重要意义体现在:在水资源匮乏的情况下,能更有效地利用资源;在政府控制的比较低的水价水?#36739;攏?#20943;少化学污染和能?#27169;?#20943;缓供水系统基础设施建设从而减少投资;供水企业技术和管理水平的重要指标。

其二,产销差的产生是一个综合问题,涉及?#36739;?#26377;各个业务系统数据的整合,以及明确各部门在产销差管理上的职责。

其三,产销差管理可以更容易?#19994;缴桃的?#24335;。以上海城投水务集团为例,其平均供水规模以600万吨/日计,当前?#29992;?#27700;价1.92/吨计,每降低1%产销差节约的经济效益约4200万元;如从当前约28%的水平降低至15%,则累计节约5.5亿元。 

2)科学构建供水调度决策系统。以水力模型应用为核心,首先实现源水+供水的调度整合,打造从源头到水龙头的一网调度系统。目前,我国水司的供水调度系统存在三方面的问题:

其一,有限的监测手段和数据无法全面?#20174;?#31649;网的水力状态。

其二,基于人工经验的调度,其全面性、一致性、稳定性、可传?#34892;员?#36739;差。

其三,传统指令发布的方式可追溯性差,难以进行有效统计和分析,从而进行调度优化。 

供水调度系统以水力水质模型为核心,集成来自GIS系统、SCADA系统、新装和现维系统、泵站能效评估系统、危机和预案管理系统、大阀门管理系统等的数据;

输出在线监测和报警、模型预测、危机和预案管理、图表和报告等辅助决策分析、在线调度和指令管理、应急响应事件管理等信息,实现实时监测、辅助决策和科学调度指令发布等功能。

这种以水力模型的应用为基础的科学调度系统,可以根据用水需求实施合理的调度措施,优化管网运行,在确保供水安全的基础上降低管网运营维护费用。 

3)构建能源管理系统。从水司主要的能耗源头,泵站的节能改造和用电监测入手,打造能源监测和管理平台,开展能耗监测、数据集成分析、优化调度、泵效测试、变配电系统改造等综合措施,建立能源综合管理平台,可为水司节能降耗提供信息化和辅助决策,帮助水司?#24403;?#22686;效。 

建立水务业务全过程中的综合能源管理平台,对电、水、气、热等能源,以及泵机(含各式泵、各式风机,电机等)、变配电设备(变压器等)、照明(含办公,楼宇,工厂车间等)、供热(锅炉,蒸汽等)等耗能实施综合管理,优化能源的管理使用。

具体而言,通过用能设备的耗能数据采集和用能监测,有效管控能源使用,进行必要的设备和系统的节能改造,建设信息化的能源管理平台,实现?#24403;?#22686;效。在原水和供水?#26041;冢?#21046;水厂、输配水管网泵站的耗电占比高达90%,其中,水泵机组和电力变压器是最重要的耗能来源,可通过开展泵站能效分析和改造以及实施能耗监测的方式实施节能减排增效工作。

在污水和排水?#26041;冢?#27700;泵、鼓风机、污泥脱水机组和配电主变等是主要的耗能来源,可通过改造落后工艺和变配电设备、开展耗能设备用电监测、厂网泵站的绿色照明改造?#30830;?#24335;实施节能减排增效工作。 

结语

智慧水务的建设具有很好的社会效益和经济效益――不仅可以更加合理地利用水资源,确保水量、水质、水压和供水安全,为用户提供更高水平的供水服务,降低由于管网漏损或爆管对路面建筑以及城市交通和用户生产生活的影响,还可以提高水司?#23435;?#27700;平,保持合理的?#23435;?#25104;本,从而减缓供水成本升高对水价的压力。

在智慧水务的建设实践中,各水司应根据实?#26159;?#20917;,按照整体规划、分部实施的原则,将先进的物联网技术与水务管理紧密结合,从最易落地?#21335;?#30446;开始着手,逐步完善智慧水务的建设。 

 

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