1 引言

      在信息化发展过程中，传统水务管理体系与模式已经无法很好地应对城市供水的诸多需求，并会引发一些不利问题，对城市供水效率与质量均造成影响。智慧水务系统属于水务信息化发展的高端阶段，是未来水务的发展方向，其所发挥出的优势与作用是毋庸置疑的。从当前智慧水务体系的建设来说，主要依赖于云计算技术、物联网、大数据、移动互联网、实时动态监测系统、BIM 监护信息管理、GIS地理信息系统、3D 打印技术、VR 技术、人工智能。基于这些科学技术，智慧水务系统在城市供水中的应用场景越来越丰富，让水务企业的生产与运营发生了较大转变。针对此，须进一步做好智慧水务系统的建设与优化工作，切实发挥好智慧水务系统在城市供水中的价值。

2 智慧水务系统在城市供水中的运用价值

      智慧水务系统是新型水务管理系统，本质上是无线水务，终端可以随处可见，借助云计算、射频识别、物联网可以将水厂的各类基础设施联系起来，从而构建一个智慧化的水务系统。另外，智慧水务系统可以自动采集数据，并进行数据的分析，努力让整个水务系统成为及时反应和统一指挥决策的大脑[1] 。从当前所建设的智慧水务系统来看，可以将精细化管理、智能调度和供水服务标准化联系起来，对水务工作实现智慧管控和动态化管理。总的来说，智慧水务系统在城市供水中的运用价值集中体现在以下方面（见图1）。

图1 城市智慧水务系统框图

①与传统的水务技术相比，智慧水务系统可以借助物联网将制水过程清晰展示出来，直接地克服了人工监控的局限性，在自动化操作与监控中可以对水质情况实施 24h 的动态监控，方便技术人员随时掌握水质情况。

②智慧水务系统借助多种科学技术，完全改变了传统水务工作的方式方法，可以让管网调度更加科学高效。从管网优化调度系统操作这一角度来说，工作人员通过打开管网优化调度系统操作平台，能够全面清晰地查阅各个区域的供水与用水情况，并且可以实时监测用水量信息。通过分析实时数据和历史数据，可以迅速优化调度方案，始终确保用户用水质量。

③在智慧水务系统的帮助下，数据采集设备与传输设备可以在线监测出水务系统的运行情况，同步整合水务管理部门设施，构建出“水务物联网”。

3 城市智慧水务系统的建设路径

3.1 总体框架

      城市智慧水务系统包括两大部分，一是应用层，二是用户层。用户层主要包括业务人员、管理人员与公众人员，可实现信息的自动化采集，应用层可以对水务业务实施集成化管理，从整体上来提升城市水务工作的科学性与合理性，城市智慧水务系统的总体框架见表1。

表1 城市智慧水务系统的总体框架

3.2 信息采集传输层

      物联网是智慧水务系统信息采集传输层的核心技术，在物联网的支撑下可以借助数据采集模块、网络设备、现场仪表实时动态监测城市水资源信息，让城市供水的一切因子互联互通，确保城市供水的及时，向着信息化与高效化的方向发展。

3.3 数据层

      在整个城市供水智慧水务系统中，数据层是核心所在，包含着大量的数据信息，同时也是智慧水务系统的信息来源。为切实发挥好智慧水务系统的价值，要着重建设完整的基础设施与数据库，增强数据层的资源整合水平，为水务工作的开展提供良好的基础条件[3] 。在城市化进程不断加速的大背景下，在进一步发展智慧水务系统的过程中，要做好水务业务的数据挖掘工作，将智慧水务系统应用到城市供水中。

3.4 门户层

      从当前所建设的智慧水务系统来看，门户层主要可以分为两种，一种是行业门户，另一种是公共信息门户。内部门户由管理人员直接负责，开展日常的运营与维修工作，同时业务人员可以借助行业门户与其他的业务人员展开沟通交流，确保各项水务工作均有序展开，增强智慧水务系统的服务能力。值得一提的是，所建立的公共信息门户能够为城市用户的咨询提供渠道，用户可以及时且动态地获取水务信息，参与水务建设。

3.5 数据管理平台

      之所以要建立数据管理平台，主要的原因是能整理与存储智慧水务系统中的数据信息，一方面确保水务工作开展，另一方面为相关部门的水务工作开展提供数据支撑。从当前智慧水务系统的数据管理平台的应用来看，可以从两个方面来开展数据的整合。①通过数据整合可以确保数据信息的存储实现完整性，完成数据信息的备份与存储②通过数据整合可以实现数据的集约化管理，存储空间也可以得到节约，有利于降低数据信息的存储成本。

4 智慧水务系统在城市供水中的运用

4.1 发挥好相关科学技术的优势

      城市供水有着复杂性与专业性的特点，要想确保智慧水务系统可以在城市供水中获得良好的运用，须发挥好相关科学技术的优势，不断增强智慧水务系统的运用效果。

      在应用云计算技术的过程中，可以谋求改进智慧水务系统的消费模式与服务模式，从之前的“购买软硬件产品”朝着“提供和购买IT服务”转变。在物联网的应用中，要努力将水务业务与相关的部门和设施连接起来，实现信息交换与通信，带领水务行业实现“智慧升级”。

      大数据在智慧水务系统中发挥着重要作用，可以更好地整合与处理水务信息，且可以实现水务工作的传统结构化数据管理模式与非结构化数据管理模式的结合，推动智慧水务系统不断发展。

      在实时动态监测系统的应用中，要将要点放在水污染事件的监测上，一方面要实时动态监测供水与排水情况，另一方面要及时排查所潜在的风险，切实实现水质信息的实时追踪。

      GIS地理信息系统在智慧水务系统中也发挥着较好的作用，尤其是可以对管网基础数据资源实施数字化管理与可视化管理[5] 。具体来说，GIS地理信息系统能够发挥三维模拟技术的优势展示地下管线的详况，克服了以往管网管理过程中存在的重叠度较差与隐蔽性强的局限性。

      人工智能是智慧水务系统得以发展的关键之一，所具备的故障诊断、优化设计、智能检测的功能均是智慧水务系统所缺失的。可以说，在人工智能的帮助下，智慧水务系统在水务领域的应用会越来越广泛，改变水务企业的生产理念与运营模式。

4.2 建立供水管理智慧服务平台

      在运用智慧水务系统的过程中，要考虑使用网络技术和数字化技术建立城市供水管理智慧服务平台，形成数字化的供水管理体系。通过建立城市供水管理智慧服务平台，一方面可以实现视频监控和资源共享，另一方面可以为工作人员的水务业务开展提供诸多便利。需要注意一点，在建立城市供水管理智慧服务平台时，要对城市居民的实际生活需求多加考虑，借助智慧服务平台向居民提供更多人性化与便利化的服务[6] 。

4.3 建立信息资源系统

      信息资源系统对智慧水务系统的运用有较大影响，要考虑使用多种科学技术优化信息资源系统，尤其是要使用好物联网、大数据、人工智能等技术。比如，在使用大数据技术的过程中，要做好水务信息的收集与处理，建立基础信息数据库，不断增强信息资源系统对智慧水务系统的支撑能力。

4.4 落实智慧水厂运维平台的建设

      为了让智慧水务系统可以更加数字化与智慧化，须完全融入水厂管理中，落实好智慧水厂运维平台的建设工作。在建设智慧水厂运维平台时，要将要点放在三个方面：①数字三维仿真；②巡检及设备管理系统；③水厂生产运维管理和能耗监测与节能分析。比如，在巡检及设备管理系统中，须对水厂运行设备实施动态化监测，掌握动态化的运行信息，实现完整生命周期的管理[7] 。再比如，开展水厂生产运维管理和能耗监测与节能分析时，需要对水厂的生产经营、数据建模、过程优化、耗能指标、故障诊断开展综合性处理，始终确保城市供水处于稳定和快捷状态，为用户提供优质的用水。

5 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

5.1平台概述

      安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，监测主要用能设备能效，保护污水厂运行可靠，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。

5.2平台组成

      AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理人员通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。

5.3平台拓扑图

5.4平台子系统

5.4.1变电站综合自动化系统及电力监控

      对水务配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。

      监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。

5.4.2电能质量监测与治理

      水务中大量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。

5.4.3电动机管理

      马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。快捷、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

5.4.4能耗管理

      为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。

      将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。

      能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。

      能效分析按三级计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/国家/国际先进指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。

5.4.5智能照明控制

      系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到节能的目的。

5.4.6电气安全

①电气火灾监测：监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对污水厂、自来水厂、水泵站的电气安全预警。

②消防应急照明和疏散指示：根据预先设置的应急预案快速启动疏散方案引导人员疏散。系统接入消防应急照明指示系统数据，通过平面图显示疏散指示灯具工作状态和异常情况。

③消防设备电源监测：监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

④防火门监控系统：防火门监控系统集中控制其各终端设备即防火门监控模块、电动闭门器、电磁释放器的工作状态，实时监测疏散通道防火门的开启、关闭及故障状态，显示终端设备开路、短路等故障信号。系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，当终端设备发生短路、断路等故障时，防火门监控器能发出报警信号，能指示报警部位并保存报警信息，保障了电气安全的可靠性。

5.4.7 环境监测

      污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。

5.4.8分布式光伏监测

      实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当前发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。

      平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋顶、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋顶的装机容量。

5.4.9工艺仿真监控

      平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触消毒、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。

6 相关平台部署硬件选型清单

7 结语

      智慧水务系统在城市供水中的运用效果与优势是毋庸置疑的，对推进水务工作规范化、科学化与高效化十分有益。为发挥出智慧水务系统的最大优势，要注重相关科学技术的应用，帮助智慧水务实现信息化，破解水务行业发展困局，助力城市智慧水务的发展。在智慧水厂运维平台的建设中，要做好智慧水务的规划，努力与水厂互联互通，实现信息的即时获取与共享 ，为城市供水发展奠定良好的基础条件。

参考文献

[1] 谢善斌，刘辛悦，王杨，等 . 智慧水务信息化建设规划与实践[J].净水技术，202039（5）：7-13+85.

[2] 梁涛，何琴，韩超，等 . 智慧水务中城镇供水基础信息数据库构建研究[J].给水排水，2020，46（6）：5.

[3] 宗延萍.智慧水务系统在城市供水中的运用[J].智慧水务系统，2022.05.054.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版