构建水务“智”理新格局

文|广州市净水有限公司

智慧水务作为智慧城市的重要组成部分，是“新城建”中不可或缺的建设环节，广州净水公司积极响应智慧水务建设，将智慧净水厂试点建设作为一项重点工作推进。

图1 水质全过程监控系统界面图

图2 精确曝气控制界面图

开展智慧化改造

2020年底，按照试点先行、分步实施的原则，广州净水公司以沥三期为试点，运用大数据、物联网、5G、AI 等信息技术，围绕“无人值守、少人巡检”运营管理目标，从净水厂水质管控、工艺调控、设备运维、安全防范、智能巡检、智慧决策等方面开展智慧化改造。

通过全过程的水质实时监控，形成预警机制，提前预警水质变化，及时反馈除磷脱氮水平；通过精确曝气、智能加药系统引入智能控制算法，实现按需曝气、按量加药，改善工艺调控；利用智能传感、AI 等信息技术，全面实时感知设备状态，智能预判设备故障，实现从“被动维修”到“主动预防”；借助机器人、AR 巡检及远程协作辅助巡检和远程协助，提高运营工作效率，可进行毒气预警和危险区域提醒；以心跳血氧监测、UWB 定位等技术，对员工生命体征进行监测，全面保障人员安全；利用物联网、5G、AI、AR 增强现实等技术，基于AR 实景监测平台，与园区管理子模块及算法应用子模块联动，集成多种应用场景，建设全方位立体安防管控园区，健全“人防”+“技防”+“物防”的安防联动机制。

构建智慧发展新格局

图3 智能巡逻机器人

本项目在缺乏统一标准及成熟案例作参照的情况下，广州净水公司积极探索，创新推动数字化发展，促进新一代信息技术与水厂业务深度融合，建成了应用场景多、覆盖面广、技术含量高的智慧净水厂示范工程，在生产、运行和维护等关键环节实现了全过程、全方位、全智能控制，使传统污水处理厂成为新型“智慧生命体”，系统更加智能化、运营更加高效化、管理更加便捷化、决策更加科学化、服务更加周到化，实现生产从“自动化”到“智能化、智慧化”的飞跃，构建智慧发展新格局。

1.建设亮点

智控筑基，助力无人值守。自主创新，全过程水质实时监控，精细管理，全流程工艺智能调控；数智引领，赋能少人巡检。智能预警，全过程设备智能运维，科技创新，全方位人员智慧管控。

图4 沥滘智慧安防系统界面图

2.建设成效

（1）智控筑基，助力无人值守

着眼于全过程水质实时监控、全流程工艺智能调控，为水质及工艺智能化控制构筑坚实基石。

自主创新，全过程水质实时监控。首创污水处理全流程精细化控制系统，提升了检测频率3-5 倍，节约检测时间约67%，实现可提前6-15h 水质预警，提高了抗冲击负荷能力，出水水质指标持续稳定、达标排放，COD、氨氮、总磷等出水指标达到甚至超过地表水Ⅳ类水标准。

精细管理，全流程工艺智能调控。一是精确曝气系统，使溶解氧值控制更稳定，确保溶解氧值控制偏差在目标值±0.2 以内；系统在沥三期南线上线后，对比北线未上线，同期鼓风机平均单耗分别为0.036 度/吨，0.039 度/吨，南线比北线电耗降低8%。南北线系统均上线后，对比未上线前，鼓风机月均电耗分别为0.0423 度/吨和0.0394 度/吨，环比下降7%；污染物去除率显著提高。二是药剂智能投加系统，全链条药剂，智能投加，根据水质水量数据实时反馈，使药剂投加精准化，提高脱氮除磷效果。沥三期药剂投加系统投入使用后，除磷剂同比下降10%，消毒剂单耗环比下降9%；原先每小时1 次操作，现在无需人工现场调控。

图5 智慧安防系统视频监控界面图

图6 安全帽识别应用图

图7 人脸抓拍、比对应用图

图8 安防实景监控平台图

（2）数智引领，赋能少人巡检

致力于全过程设备智能运维、全方位人员智慧管控，通过数字化、智慧化引领，赋能“少人巡检”目标实现。

智能预警，全过程设备智能运维。一是设备预防性维护，推动全过程设备安全可靠。对工艺全过程大型设备进行多参数监控，实时监测设备健康状况，智能预判、及时响应，减少非计划停机检修造成影响，实现从“被动维修”到“主动预防”。如二沉池刮泥机发生倾倒故障的维修费用为5 万元/次，通过对刮泥机加装行程开关，减少刮泥机倾倒故障，实现了重大故障零发生，避免了因非计划停机停水检修对污水处理产生影响。二是智能巡检，健全水厂安全巡检机制。通过AR 智能眼镜，巡检人员能够快速查询设备基本信息，并及时接收毒气和危险区域告警提醒，保障巡检期间人员安全的同时，辅助巡检人员高效完成巡检工作；另外，通过AR 与专家联线，共享现场画面，进行语音互动，实现远程协助，实时自动保存巡检单及巡检视频，形成相关的设备知识库。在沥三期部署机器人，实现疫情防护、入侵告警、火灾预警、区域巡逻等功能，帮助厂区减轻24 小时巡逻任务负担，释放部分人力。

图9 人员3D 定位界面图

图10 沥滘三期调度中心现场图

科技创新，全方位人员智慧管控。一是智慧安防，打造园区安全全方位布控。入园时，视频AI布控提升安全防范。部署访客管理系统和车辆管理系统，实现对园区人员及车辆的集中管控，提高人员及车辆通行的便捷性和访客拜访体验。园区里，以AR 实景地图为载体，实现对应用场景的整合，基本实现视频AI 识别替代人为干预：在围墙及露天水池对越界行为、落水危险进行告警；在生产区域，安全帽识别规范人员佩戴安全帽的行为，水浸烟火识别实时预警水浸、烟火异常情况。同时，系统直接对接消防系统告警信息，并联动摄像机查看现场实时视频，以便调度人员第一时间处置各种险情；同时联动附近门禁系统全部打开，以便人员及时逃生，减少伤亡。二是员工生命体征监测，聚焦人员健康安全。借助UWB 精准定位技术+智能手环，实现生命安全（心率、血氧）实时监测、一键报警、电子围栏、辅助巡检管理等功能。

图11 沥滘三期BIM 建筑仿真图

图12 沥滘三期BIM 工艺图

智慧净水厂示范工程在驱动水厂运营智慧化升级上开启智慧净水新模式，完成了水质全过程监控、精确曝气、智能加药、设备智能监控、员工生命体征监测、智慧安防、AR 巡检、智能机器人等系统建设，实现全过程水质实时监控、全流程工艺智能调控、全过程设备智能运维、全方位人员智慧管控，促进生产管理从“粗放、滞后、人工”到“精细、提前、智慧”的管理变革，积极驱动净水厂智慧化升级，构建水务“智”理新格局。

图13 沥滘三期BIM 构筑物细节图