珠三角水資源配置工程東莞配套松山湖水廠

一期工程智慧水廠項目

東莞市水務集團供水有限公司

上海昊滄系統控制技術有限責任公司

北京市市政工程設計研究總院有限公司

在“數字中國”建設的浪潮下，國家“十四五”規劃對數字化和水務行業的新發展提出明確要求，水務數字化轉型已成為必然趨勢。數字水務作為數字經濟的重要組成部分，是提升公共服務、社會治理數字化與智能化水平的關鍵。在“生態文明”理念和“碳中和”目標的指引下，城鎮涉水事務的建設、運營與服務綜合能力亟待提升。水務產業化發展仍處于初級階段，亟需構建數字化產業鏈，打通"水安全、水資源、水生態、水景觀、水環境、水管理、水經濟"的經濟社會循環，助力水務行業運營、管理、服務模式的數字化升級與創新。

珠三角水資源配置工程是國務院要求加快建設的重大水利工程，也是粵港澳大灣區建設規劃的重要水利基礎設施。東莞配套松山湖水廠一期工程的建設，對東莞市經濟社會發展意義重大。松山湖水廠以打造“國內一流，國際領先”的智慧水廠為目標，聚焦品質提升、精細化管理、環境優化和新技術應用，旨在實現精細化過程控制、低碳安全運行，增強運營管控能力，提升水司核心競爭力，同時為東莞水務集團智慧水廠集群建設樹立標桿。

本項目由上海昊滄系統控制技術有限責任公司建設，北京市市政工程設計研究總院有限公司負責設計，東莞市水務集團供水有限公司負責運行管理。建設內容涵蓋智慧運營管控平臺、智能工藝及控制優化運行系統、大屏顯示系統、無線覆蓋及人員定位系統、超融合基礎設施、機械健康診斷系統等。

1. 總體架構

東莞供水公司制定了“1+3+N+3”的智慧水廠業務總體規劃，在智慧水務管理的先進架構中，“1個平臺”擔當核心樞紐，統籌協調各體系與系統運轉，保障信息高效流通與決策精準快速。“3個體系”分別對應不同管理職能與業務訴求，是智慧水務管理的穩固三大支柱。“N個系統”依據特定業務流程與功能需求精心打造，借由智能化手段顯著提升運作效率與安全水平。“4個目標”精準錨定智慧水務管理的終極追求：實現智慧賦能、確保安全可控、達成高效節能、踐行綠色低碳。

感知層:基于HBase的分布式時間序列存儲，接入生產設備、儀器儀表等數據，兼容多種設備協議，并新增部分感知層設備，打破信息孤島，提升數據查詢效率。

數據層:為上層平臺提供算力、存儲等基礎支撐和運行環境，保證系統穩定、安全、高效運行。

平臺層:采用微服務分布式架構，打造組件化資源包，實現業務能力重用，提高系統擴展性和并發能力。

業務層:遵循多租戶、“統一認證、分權分域”原則，提供智慧運管管控平臺、高級控制系統和口袋水廠等系統服務單元。

用戶層:支持桌面端、移動端、大屏的數據交互，利用websocket技術保證數據實時性，通過RSA非對稱算法加密重要數據，確保信息安全。

2. 系統和平臺

通過信息化建設，系統性解決了水廠信息孤島、數據分析能力不足、運維困難等問題。

生產：通過智能網關采集自控PLC數據，同步至手機端及業務系統，方便查看數據、報表、告警等信息；通過生產巡視檢查降低各類隱患。

設備：建立設備全生命周期臺賬，記錄設備保養、維修、備件更換等信息。

安全：整合安全檢查、隱患整改、應急管理等環節，實現智能化、精細化安全管理。

化驗室：規范數據錄入、藥劑檢測、數據分析等工作，提高化驗室工作效率和管理水平。

輔助決策：建立科學辦公流程，綜合運用數據，為設備故障診斷、生產調度等提供輔助決策支持。

3. 典型應用場景

3.1. 數字孿生水廠

依托BIM模型、物聯網及數字孿生技術，集成水廠的建筑、設備、管網等設施，利用三維可視化手段，精準地在數字空間中再現了水廠的運營流程及全要素信息，實現水廠的立體直觀展示與日常管理的智能化，保障運行的科學性、高效性、安全性及智慧化水平。

3.2. 智能加藥

分析進水水質參數與藥劑投加量關系，建立加藥模型，根據水質參數自動計算藥劑投加量，并通過校正自學習模塊優化，提高出水水質穩定性，減少藥劑浪費。

分析進水水質參數與藥劑投加量之間的關系，建立加藥模型，根據各種進水水質參數如流量、濁度、溫度、PH、余氯等自動計算出相應的藥劑投加量。并通過校正自學習模塊，以沉后濁度作為評估指標，分析本次投加是否需要校正以及作為新樣本訓練模型。進一步提高出水水質穩定性，減少藥劑浪費。

3.3. 進出水水量智能調度

結合水廠歷史數據和實時變化，動態預測未來全天進、出水量，并控制進、出水量設定值和水泵運行頻率，穩定清水池液位，實現水泵泵組聯動控制，避免出現水泵超載啟動、電機故障、水泵損壞、水錘擾動等情況，保障水廠和供水系統穩定運行。

3.4. 水泵性能優化運行

持續監控水泵性能，與標準性能對比，計算水泵效率并合理分配運行任務，使水泵運行在最佳效率點，達到節能降耗、延長使用壽命的目的。

3.5. 智慧決策保障生產

專家自定義診斷規則，系統根據規則判斷并生成工單，推薦故障原因和處置方案，工作人員響應后，系統統計規則使用情況，負責人據此持續優化規則。

3.6. 機械健康診斷

集數據采集、狀態監測、故障診斷、健康評估等功能于一體，實時監測設備運行狀態，利用數據分析和智能算法評估設備健康狀況，實現故障早期預警和精準診斷，保證相關生產設備的安全、高效、長周期的優質運行。

3.7. 智能監盤及預警

對水廠運行參數和設備運行狀態進行數據建模和智能監控，構建模型并通過健康量化指標實時監盤，自動識別異常并預警，降低運行人員工作強度，提高工作效率和設備安全性。

3.8. 口袋水廠運營

打破空間限制，通過移動APP實現隨時隨地掌握生產和設備運行情況，采用流程化移動作業，保障規范化運營。

1. 混凝劑智能投加控制

基于“前饋+模型+反饋”多參數控制模式，結合多種水質參數建立數學模型，實時計算并動態調整混凝劑投加量。該系統能實時監測數據并自動調整加藥量，具備智能學習功能，支持遠程訪問控制，突破傳統加藥模式，解決了加藥精度差和水質波動大的難題，為水廠數字化轉型提供了可復用技術框架。

2. 水量智能平衡調度

基于水廠歷史進出水量數據和清水池液位實時監測，運用大數據技術和機器學習算法，建立預測模型，精確預測未來全天進、出廠水量，并進行靈活調整，確保清水池液位穩定，提高了供水系統的整體效率和穩定性，減少了對人工經驗的依賴，為水量調度提供了科學依據。

3. 水泵智能控制優化運行

通過精確計算水泵實際運行效率，依據效率科學分配泵組運行任務，結合變頻調速技術按需調頻，實現節能降耗。同時，利用高級監控與預測性維護系統，結合大數據分析和機器學習技術，預測設備維護需求，提前預警潛在故障，減少設備磨損及突發故障，延長設備使用壽命，提升了水泵系統在復雜工況下的運行效率，還降低了長期運營成本。

4. 機械健康診斷

利用算法模型和多信息融合技術，深入理解機組設備特性，分析故障機理，識別故障模式，對設備數據進行智能分析，精準評估設備運行狀態，自動識別故障特征頻率，快速定位故障源，實現預知維修，根據設備實際狀態制定最佳維修周期，避免傳統定期維修的盲目性，降低備品備件費用，提高設備完好率。

5. 智慧巡檢

通過BIM漫游、攝像頭及巡檢點結合，對應的巡檢點顯示對應視頻及對應設備參數及儀表數據，實現人員遠程巡檢，減少人員巡檢頻次，提高人員效率，降低運維成本。

6. 故障應急協助

打破空間及個人能力局限，一鍵遠程求助專家，借助視頻通話、凍屏、標注、資料共享等功能，快速定位問題點，進一步拓寬人員技術水平。

7. MR（混合現實）所見即真實

采用MR技術，合并現實和虛擬世界，在移動端實現水廠模型、業務數據可視化呈現和互動，為展示、匯報、協作提供強有力的支持。

1. 采用可擴展易運維的系統架構，先靈活后固化的建設路徑

在系統建設初期，全面梳理業務流程，定制開發符合本地實際的運營系統。打破過去工作的思維定式，采用先靈活后固化的方式，設計可自定義配置的系統滿足初期業務需求，隨著業務發展逐步固化，提高系統運行效率。同時考慮到業務的拓展及遠期規劃，系統要具備良好的擴展性，支持業務拓展和新接口接入，適應未來發展。

2. 統一信息共享

建立統一的信息共享平臺，實現不同部門和單位之間的數據對接和信息共享。可以借助互聯網和云計算技術，打破信息孤島，提高整體水務管理的協同性和效率。

3. 綠色低碳運營

通過智慧水廠建設，利用數字孿生、大數據、人工智能、算法模型等先進技術對生產全流程進行在線監督與控制，確保出廠水質穩定達標，為企業和公眾提供優質服務。同時，踐行“雙碳目標”，深挖節能減排潛力，打造綠色低碳水廠。

4. 數智化新型管理模式

通過智慧水廠系統平臺的建設，實現“大屏”觀趨勢、“中屏”管業務、“小屏”做執行，為管理決策者、業務板塊負責人以及一線員工在同一平臺實現三個不同維度的業務管理需求。

利用數字化工具革新傳統管理手段，實現人員、設備以及業務全在線，基于一個平臺實現“三屏”數據的互聯互通，實現數據的智能分析、報表/報告的智能生成、設備/工藝的智能預警、人員的智能監督等智慧化管理方式，大大提升工作效率。最終以標準化、科學化以及智慧化的方式對水廠踐行數智化的新型管理模式。

5. 加強智慧水務運營團隊組建

智慧水廠運營需要具備綜合素質的團隊，合理配置各專業人才，通過培訓和輪崗提升成員綜合技能。在人才不足時，適當引入專業技術人才，并建立完善的人才培養體系。