智慧管理系统在江宁科学园污水处理厂的实践应用_经媛琦.pdf

江苏建筑2022年第6期（总第225期）近年来，物联网、大数据、云计算、人工智能等技术的普及与应用，为智慧水务的发展提供了基础。污水处理厂智慧水务系统融合IT（信息技术）和OT(生产运行技术)，通过信息化系统对生产进行全过程监控和全面数字化管理运维，采用人工智能对污水处理全过程进行工艺仿真模拟预测，最终实现出水稳定达标、决策科学、运维便利、降本增效的总体目标，是未来污水厂建设与升级的发展方向。1项目概况江宁区科学园污水处理厂位于绕城高速以东、竹山路西侧、方山渠南侧，占地约15.01 hm2（225.17亩），服务范围为高新园片区及开发区部分片区，服务面积约200 km2，其中四期工程设计规模为12万t/日。江宁区科学园污水处理厂四期工程工艺路线采用“粗格栅及进水泵房+细格栅及曝气沉砂池+改良AAO池+二沉池+中间提升泵房+高密度沉淀池+反硝化深床滤池+次氯酸钠消毒”。剩余污泥经重力浓缩后泵送至一二期污水厂现状脱水机房，除臭方式采用土壤除臭。出水水质执行地表准类水标准，尾水排放至方山渠，汇入秦淮河。江宁科学园污水处理厂智慧管理系统的业务功能主要包含可视化生产、智慧决策、智能运维、辅助智能以及智能驾驶舱等，通过各功能模块的综合应用，实现污水厂生产可视化和信息化，对生产运行采取智慧化精确指导，尽可能减少现场人工干预的需求，在智慧生产管理系统的辅助下，高效低耗、保质保量完成污水处理任务。智慧管理系统在江宁科学园污水处理厂的实践应用经媛琦，管凛（南京市市政设计研究院有限责任公司，江苏南京210000）摘要江宁科学园污水处理厂智慧管理系统平台通过采集进出水、过程水质水量及设备运行工况等数据，搭建工艺仿真模型，实现数据的专业分析，为污水厂运维和决策提供充分的数据支持和参考，同时建立运行管理的信息化系统，减少人工工作量，提升了污水厂的运维质量和管理水平。关键词智慧管理系统；污水厂运维；模型搭建；信息化系统中图分类号 TU201.4文献标志码 B文章编号1005-6270（2022）06-0144-03Applications&Practices of Smart Management System in Jiangning Science Park SewageTreatment PlantJING Yuan-qiGUAN Lin（Nanjing Municipal Design and Research Institute Co.,Ltd,Nanjing Jiangsu 210000 China）Abstract：Smart Management System in Jiangning Science Park Sewage Treatment Plant builds a mathematicalmodel through collecting water quality&quantity data and equipment operation&maintenance information,which analyzes data professionally and provides data support and reference for the operation and decision-making of sewage treatment plant.Meanwhile,the system establishes the information system of operationmanagement,which reduces manual work and improves operation quality and management level.Key words：smart management system;operation in sewage treatment plant;mathematical model building；information system收稿日期2022-06-14作者简介经媛琦，女（1991-），南京市市政设计研究院有限责任公司，工程师，主要从事市政给排水、智慧水务设计与研究工作。144江苏建筑2022年第6期（总第225期）2总体架构江宁科学园污水处理厂智慧管理系统架构见图1。系统设计在数据中心机房部署千兆交换机用作内网核心交换机，智慧水务系统各功能服务器、工作站、现场接入层子系统等，组成智慧水务系统局域网络，智慧水务网络通过防火墙实现与其它办公网络及互联网络连接，整个智慧水务系统支持B/S、M/S架构，智慧水务平台的授权用户，可使用浏览器、手机APP通过外网或智慧水务局域网络访问系统，具体架构见图2。平台充分利用现有设施以实现最大程度共享，避免重复建设，同时充分考虑系统建设的特点，在技术路线的选择上，采用了面向切面编程技术思想及当前业界主流的开发技术，系统采用B/S架构，可以满足跨平台、跨操作系统的要求。系统具备足够的兼容性、可扩展性、部署灵活性和可维护性。系统采用目前比较成熟的技术体系结构开发，即J2EE多层体系结构。存储、服务器系统相对集中部署，应用功能部署在服务器端。系统技术路线见图3。3应用功能介绍（1）智能驾驶舱的主要功能是用于展现污水处理厂关键的生产经营指标、设备运维KPI、关键工艺参数以及辅助的生产决策数据等，供企业生产管理、运维管理以及经营管理使用，见图4。同时，系统除了这几类驾驶舱展示外，还支持个性化的指标定义和展现，不同的人员可以定义自己关心的指标，并对智能驾驶舱进行自定义命名。个性化驾驶舱的指标选择来自于指标库。（2）可视化生产是智慧水务系统的基本功能，可以确保在任何地方，通过电脑端网页、手机或者平板电脑上的APP，实现对生产工艺及设备运行状况、视频监测画面的实时监控，包括每一个污水处理工艺单元的设备运行、工艺参数、水质参数等，为污水处理厂未来的无人值守和少人值守打下坚实的基础。（3）通过搭建数学模型，基于国际水协ASM2d模型和反应器动力学进行工艺仿真，可实现提前20 h的水质预测预警，并经过AI优化算法实现控制策略优化，预测不同进水和运行条件下的运行效果。搭建数学模型见图5。（4）通过摄像头和人员定位设备联动，实现对污水处理厂危险源的智能化管理，重点实现对外来作业人员的安全管理，做到及时安全预警和报警，实现厂区的安全可控；通过加装AI摄像头还可以实现二沉池漂浮物的自动监测。图1智慧管理系统架构图4智能驾驶舱图2具体架构图5搭建数学模型图3系统技术路线145江苏建筑2022年第6期（总第225期）图6三维仿真模拟平台（5）通过设备运维系统和设备预防性维护系统的建立，推行点巡相结合、预防性维护为主的设备管理模式。通过一段时间的运行后，积累设备运行工况数据、设备点巡检反馈的问题及照片等信息，结合设备预防性维护系统，逐步减少点巡检，未来可以由系统替代人工实现设备的运行诊断管理，做到事前预测预警，并逐步转变为依赖系统实现设备运维管理的阶段，最终取消人工点巡检，实现设备运维效率提升50%以上。预防性维护系统实现了对设备运行的实时诊断，经过统计分析来判断设备的劣化程度、故障部位和原因，进而在故障发生前能进行适时和必要的维修，逐步实现从计划检修向状态检修转换，从而有效地避免设备的非计划停车，使得设备运行率提升20%以上。（6）通过智慧水务系统建立信息化系统、应用移动端APP，可以减少大量的纸质工作量，减少了工人大量的工作量，生产过程的管理更加透明化、数据化，将原先手动填报的各类运行报表电子化，将原先必须手动填写的各类数据实现自动填报，减少内抄和外抄作业的工作量。可减少50%以上的繁杂工作；管理人员以及操作人员随时随地可以浏览数据，接受各类预警和报警数据推送，可提高30%以上的管理效率；通过生产运行的绩效考核，建立各级人员的考核制度和考评机制，有效提高人员的主动性，从而实现50%以上的管理效率的提升。（7）三维仿真模拟平台基于数字孪生计算对厂站进行仿真模拟，融合实时数据提供工程漫游、水厂概况、工艺模拟、数据驾驶舱、员工培训等功能。采用BIM及全景巡游展示等技术，将厂区内部的构筑物、机电设备、水处理设备、视频监控等设备信息整合，借助三维模型浏览实现污水处理厂工作流程的可视化展示，通过与自控系统进行紧密结合，保障污水处理厂安全、高效、可靠的生产。三维仿真模拟平台见图6。（8）移动APP主要用于在移动端实现生产过程的工艺数据、设备运行数据、水质数据、检化验数据、能耗数据以及药耗数据的实时监视、趋势分析、报警查询，以及各类生产经营指标数据的查询和分析，可以安装在手机和IPAD上。同时，APP作为设备运维业务的智能操作终端，和运维业务紧密挂钩。智能运维的设备点巡检、保养、维修等操作，备品备件的出库、入库以及库存、报废的管理，药剂的入库、出库以及领用等管理都可以通过APP实现操作，并可实现各类统计分析查询。4结语（1）智慧水务作为信息化、人工智能与水务行业结合的产物，为污水处理厂管理和运维带来高质量的发展，在技术与管理上进行质的提升。智慧管理系统将助力实现污水厂的无人值守和少人值守。（2）污水处理行业发展到现阶段，污水处理厂之间合作与信息交流越发重要，未来对同一个区域或者属于同一家大型水务公司的所有污水厂实现厂群云管理是必然趋势。厂群云管理可以采用一个数据中心，一个管理平台，PC端和移动端两大门户，在统一管理基础上具备可扩展功能，实现厂群管理、在线云监控、云平台辅助决策与调度、跨厂数据综合分析。通过整合多点源数据，构建数据库，更有利于水处理模型的分析与优化，进一步提高污水处理的运维效率。（3）目前，物联网、人工智能、大数据技术发展迅速，为各行各业的数字化转型和智慧化应用提供了技术基础。本项目创新性地将预防性维护系统应用于污水处理厂重点设备维护，以及将摄像头人工智能识别技术运用于二沉池浮泥上，为新技术在智慧水务领域的应用作出了示范。智慧水务的高质量发展需要从业人员顺应时代发展，广泛了解、学习新技术。设计院可以利用自身在水务行业上的优势，挖掘业主痛点需求，跨界整合新技术，积极创造水务行业的智慧价值。参考文献1李明惠.浅谈半地下污水厂的智慧化建设和管理J.江苏建筑，2018（03）：111-112+120.2纪蓉，苏嫣钰，俞苗，等.基于BIM+GIS的智慧管廊监测管控运维一体化平台建设J.江苏建筑，2018（02）：103-106.3秦晋.智慧水务信息化系统建设与思考J.科学与信息化，2021，（06）：21.2罗贤伟.智慧水务评价指标体系研究J.给水排水，2020，56（02）：125-128+132.146