Summary：随着物联网、人工智能、大数据、云计算为代表的新一代信息技术正在以前所未有的速度发展，人们在经济发展的同时，追求美好生态环境的诉求日益强烈，在智慧城市建设的大背景之下，应用数字化手段赋能水处理过程中的在线仪表监测、设备自动化控制、数据统计分析、全过程工艺模拟、厂网河联合调度等场景，提升水处理效率及服务质量已经迫在眉睫。

　　随着我国社会经济不断发展，城镇化进程持续加速，给生态环境造成了巨大的压力，水污染问题突出直接影响到人们的生活水平和城市经济的可持续发展。为避免此类问题的发生，我国各地政府都在积极通过各种办法建设污水处理厂，来满足本地处理废水的需求。环境保护是我国的一项基本国策，污水处理行业是国家新兴战略产业之一，随着我国各级政府在污水处理厂建设中的大量投入，发展态势较好，污水处理能力持续增强。目前国家对城镇污水处理提出了更高要求，在行业监管的加强、人工成本的大幅度上升和企业自身盈利模式固化等多重因素的影响下，污水处理厂建设、运营、管理等各个环节的发展得到重视，污水处理自动化、信息互联化及智能工业化技术的发展也迫在眉睫。

　　党的十九大报告明确提出“要建设科技强国、网络强国、交通强国、数字中国和智慧社会”；国家发改委《新型城镇化建设重点任务》提出“要优化提升新型智慧城市建设评价工作，指导地级以上城市整合建成数字化城市管理平台，增强城市管理综合统筹能力，提高城市科学化、精细化、智能化管理水平”；国资委《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》提出“充分发挥国有企业新基建主力军优势，积极开展5G、工业互联网、人工智能等新型基础设施投资和建设，形成经济增长新动力。带动产业链上下游及各行业开展新型基础设施的应用投资，丰富应用场景，拓展应用效能，加快形成赋能数字化转型、助力数字经济发展的基础设施体系”。

　　2020年出台的《城镇生活污水处理设施补齐短板强弱项实施方案》提出，要在强化水处理能力的同时推动信息系统建设。伴随着大数据、物联网、云计算、5G、AI等kaiyun登录入口 kaiyun平台技术应用于传统污水处理厂的过程控制与运营管理中，已初步实现了水务行业的数字化、自动化、信息化的转型，使水厂、水司的运营管理水平和能效水平得到一定提升；但仍面临着污水处理厂低效运行，污水处理产业链“片段化”、“碎片化”等问题。如何做到从根本上提升水厂的运营管理水平，实现减员增效、提质降耗、助力企业运营管理标准化、卓越化迫在眉睫。

　　在“科技强国、网络强国kaiyun登录入口 kaiyun平台”的时代背景之下，人民生产生活的实际需求下，利用智慧化技术来提高水厂处理效率和水务服务能力势在必行。然而，就目前的发展情况来看，我国部分城市的水务系统构建还面临着一些尚未解决的限制性因素，严重阻碍了智慧水务系统功能的有效发挥。首先，水务数据孤岛问题凸显。现阶段，城市智慧水务系统在应用过程中经常出现业务系统重复建设，烟囱系统和僵尸系统普遍存在，导致水务数据获取不及时、数据统筹不完善，数据价值难以体现。其次，水务数据的准确性、可用性问题突出。不少水司尚未建立管网GIS系统或管网GIS数据准确率和覆盖率不高，给管网分区、管网检漏及供水调度带来困扰。然后，设备维护、管理难度大。不少水司尚未建设企业资产管理系统，也缺乏设备全生命周期管理和健康度评价，造成设备分散管理、被动维护、使用成本高。

　　随着各行各业数字化转型热度不断升高，人工智能、元宇宙、语义大模型等信息化技术层出不穷，水务行业的数字化也成为行业内持续关注的话题。在这样的大背景下，很多企业选择贸然跟风，跟着当下热门的大数据、AI、物联网等概念走形式，而对于智慧水厂建设方案本身缺乏顶层设计以及体系化的思考和研究。

　　水厂内部通常存在SCADA、视频、文档、OA、门禁等多种信息化系统，各系统之间相对独立，单独运作，数据欠缺分享和深度挖掘，也无标准化管理要求，各信息化系统建设呈“烟囱”式发展，无法发挥应有的效用。最终导致信息化方案的落地效果与预期效果差距较大，与实际业务严重脱节的情况也时有发生。

　　当前,以物联网、移动互联网、智能技术为代表的新一代信息技术正在带来第三次信息技术革命,信息技术正在与城市基础设施相融合、与城市的管理运行系统相融合、与市民的生活和企业的运行相融合,创造出原来难以想象的城市和生活新形态,智慧交通、智慧医疗、智慧社区、智慧政务、智慧水务等智慧新形态正在成为我们身边的一部分,“智慧城市”的时代已经到来[4-6]。

　　而对于“智慧”的理解没有十分明显的界面定义，有些企业认为具有信息化系统加持的水厂解决方案都能叫做“智慧”，而系统如何表现出“智慧”效果，是根据水厂的运作需要，建立相应的智能感知设备、数据通讯传输、数据计算、数据优化与处理、存储管理，以及整合了不同类型的系统平台，将这些要素融合为同一个目标实现智慧服务，比如智能加药、水量预测、泵组优化控制等。除了有感知终端，数据管理外，还需要有一个聪明的“智慧大脑”，就是水厂实现“智慧”的核心目标，对数据实现预警、预测，真正使生产、设备、流程管理更为精细化和动态化分析与管理。

　　近年来，新一代信息技术正在以前所未有的速度发展，使智慧水务建设在技术层面得到了更为广泛的支撑，特别是在水务信息监测、数据传输、智能应用等方面。例如，利用物联网强大的数据获取能力，使水务自动监测数据更加全面，数据时效性更强，为智慧水务上层应用提供更为优质的数据支撑[1] ，以下是水厂智慧化体系建设过程中一些常见的应用场景及所应用到的关键技术。

　　应用物联网技术与智能终端结合，实现水处理过程的全面在线监测，是智慧水厂建设的基础。在水务中，对各环节的水质进行实时监测、确保水量、水质等达标，对水务各环节设备进行实时监测，确保设备正常运行，智慧水务智能监测水务各环节各方面，极大提升了数据监测的作业效率，降低了数据获取成本。

　　在此基础上，还可以针对设备故障、离线、越限等情况建立报警模型，实时监测报警状态并及时采取处理措施。同时也为利用数据分析和机器学习算法进行水质预测、设备故障预测等应用场景提供了数据基础。

　　维持出水水质长期稳定达标已成为建设智慧水厂的基本要求，而在保障出水达标的基础上，通过物联网、云计算、AI技术，实现对主要设备的自动化控制，提升资源利用效率，从而达到节能降耗的目的，成为行业持续关注的话题。

　　常见的人工控制方式，由于水处理工艺的时变性、滞后性、非线性特征，存在调节不及时、人员技术要求高、调节难度大、操作过于频繁等问题。厂内智慧化自控设计，将构建以数字转型、智能升级、融合创新为导向，以 5G、工业互联网、云计算、人工智能等应用需求为牵引，汇聚多源数据资源、运用绿色低碳技术，具有高技术、高效能、高安全等特征的新型基础设施。整套系统的设计将聚焦最为核心的出水水质、吨水能耗、吨水药耗、人员成本、运维成本等问题，以闭环管理、少人运维、节能增效为核心目标[2]。

　　传统的水厂运营数据基本都集中在中控室上位机，存在统计查询手段落后、分析利用效率低等问题，极大地限制了数据价值的发挥。而随着大数据、云计算技术不断发展，利用大数据分析和可视化技术，将水厂的运营数据进行整合和分析，提供决策支持系统。通过可视化的数据展示和分析报告，运营人员可以更好地了解水厂的运行情况，并可基于数据分析结果进行决策，如优化运营方案、设备维护计划和资源调度等，不断推进由粗放的管理模式向数据驱动的精细化运营模式转变进程。

　　传统的污水处理厂在日常的工艺调整、设计优化、提标改造等场景对人员专业性依赖极高，且行业经验难以得到有效的传承，设计过程中也缺乏数字化工具的支撑。

　　而基于数字孪生技术可以对整个污水厂处理工艺进行数学建模，模型具有实时计算处理及自学习自优化的能力。结合实时在线的仪表数据能够精确模拟出整个污水厂工艺过程及过程指标，针对工艺设计、工艺分析、工艺运行及人员培训都可以提供全流程解决方案，加强对生物处理过程、运行参数调整、能耗、运行费用等参数的分析和认识，并以此为基础制定更优的污水处理方案。

　　目前市面上常见的污水工艺模拟软件有GPS-X、BioWin、BEThink等。

　　在厂网河联合调度过程中，由于涉及范围比较广，传统的调度工作存在跨区域协调困难、多方数据整合困难、大范围实时监测预警困难、网络拓扑复杂等问题。

　　通过传感器、有线或无线网络、水质水压等在线监测设备实时感知净水制水过程、水质水情、供水排水系统的运行状态，采用基于 GIS 的可视化展示方式，有机整合管理范围内各部门职能与供水厂、污水厂、管网、泵站数据，并将海量水务信息进行及时分析处理以辅助管理决策，以更加精细和动态的方式管理水务系统的生产、管理和服务流程，使其达到“智慧”状态[3]。

　　智慧水务平台系统随着信息化进程不断推进已成为加强水务管理必然措施，也是智慧建设的重要支撑之一。在加快水务、管理和运营数字化进程基础上加强水务要素数字化和运营信息数据化，推广智慧水务平台系统建设已成为共识[7]。本文分析了当前智慧水厂建设的行业背景、应用技术、建设现状，并且对建设过程中遇到的常见问题进行了总结和分析。当前我国的智慧水务发展正处于快速增长期，未来智慧水务建设应满足控制自动化、管理协同化、决策科学化、服务主动化的管理目标，脚踏实地推动水务行业由信息化向智慧化稳步推进[8]。

　　[1] 杨明祥，蒋云钟，田雨，王浩.智慧水务建设需求探析[J]. 清华大学学报 (自然科学版)，2014，54（1）：133-136.

　　[2] 骆侃. 智慧水务在污水处理厂的应用[J]. 工程技术研究，2023，5（2）：174-176.

　　[3] 孙国庆. 基于GIS的智慧水务平台软件设计与实现[J]. 智能处理与应用，2017，6：100-102.

　　[4] 许庆瑞，吴志岩，陈力田.智慧城市的愿景与架构[J].管理工程学报，2012，26（4）：1-7.

　　[7] 戚玉磊. 智慧水务建设的研究和探讨[J]. 水利电力技术与应用，2021，3（11）：64-66.

　　[8] 张小娟，唐锚，刘梅，王吴. 北京市智慧水务建设构想[J]. 水利信息化，2014，1：64-68.