声明：本文已获第一作者授权，首发于《项目管理技术》2021年第5期，未经同意，严禁转载。

论文题目：现代化污水处理项目智慧水务管理云平台 Intelligent Water Project Management Platform of Modern Sewage Treatment Engineering

作者单位：中国市政工程中南设计研究总院有限公司

作 者：王艳华 董舒 刘娟 杨勇 熊毅 陈邦

摘要：智慧水务管理云平台对城市污水处理工程智慧运营和节能降耗具有重要意义。以深圳某污水处理工程为例，针对水务工程项目管理存在的诸多问题，智慧水务管理云平台能够综合应用大数据、人工智能、物联网等新技术，帮助项目管理人员建立科学化、信息化的管理体系。结果表明，智慧水务管理云平台在城镇污水处理工程项目运营管理过程中能够实现全面信息感知、多元化设备控制、及时科学决策，对污水处理工程项目工艺设备实现集中管理，完成污水处理调度与协调智能化，确保出水水质稳定达标。

关键词：智慧水务；大数据；项目管理

0 引言

我国干旱缺水，人均水资源仅为世界平均水平的1/4，加强国内污水处理工程项目智慧水务建设，是目前提升城市污水再生能力的重要方法[1]。本文以深圳市某污水处理工程为例，对智慧水务管理云平台运用于污水处理工程项目的日常管理进行全面介绍，进一步说明了该平台可以运用新一代信息技术，在生产、运行、维护、调度和服务等各环节实现高度信息互通、少人干预运行、系统下达指令、自动优化工艺，是提升城镇污水处理能力的重要手段，能够为城市发展提供有力支撑。

1 工程背景

某污水处理工程选址位于深圳宝安区，总占地面积151400m2，建设规模为32万m3/d，总服务面积约114km2，服务人口约140万人。工程生化区采用双层上盖型式，上层建设市政体育公园，中间建设停车场，每层面积约62800m2。

工程水处理标准达到地表准IV类；出泥含水率＜40%；臭气处理执行天津、上海新地标较严值，优于现行国标一级。运用传统工程项目运营管理手段难以保证出水质量稳定达标，为此，工程建设自动化控制系统，搭建智慧水务管理云平台，实现工程各污水处理设备之间高度信息互通、生产实时掌控、运营风险主动报警预警、自动生成统计报表、人工智能分析数据挖掘价值，打造高效节能、绿色环保、管理有序的现代化智慧污水处理工程，以科学的管理方法保证污水及污泥处理质量稳定达标。

2 智慧水务管理云平台

2.1平台架构

智慧水务管理云平台是为了便于项目各级管理层更好地开展日常管理工作，因此融入了物联网、移动化、云计算、大数据等先进技术，建立设备层、控制层、数据传输层、运营管理层、决策支持层，支持多级管理模式。同时支持“项目-分公司-集团”管理要求，支持智慧项目中心、区域分公司中心和集团中心多级部署[2]。

平台可采用微服务架构，能够提供灵活的可扩展性，满足各级管理层规模及架构的扩充需求，实现组件间的交互，并保证每个组件可以独立升级、替换。

平台整合工程项目自动化运行、数字化安防监控、设备资产管理、生产运营管控功能，实现项目运行管理在一个平台一张图全面感知和监管。支持移动互联架构，可采用APP方式随时、随地、实时对智慧污水处理工程项目进行全方位的综合管理。

2.2技术性能指标

智慧水务管理云平台可支持2000个并发用户同时登录，满足公司5年内用户增长数量要求，平台响应速度应快，单功能模式下查询浏览时间不超过3秒。

为保证工程项目管理延续性，平台需采用双机热备，当主服务器发生故障后，自动切换到备用服务器。数据库支持每秒50万次查询和6万次的更新。

平台支持实时采集生产运行重要数据，采集频率可从秒级至分钟级自行调整，支持5年的污水处理工程项目实时历史数据存储和快速查询。平台提供数据填报界面，那些无法自动采集的数据可通过人工录入。平台支持对问题数据进行过滤、去跳、补遗等清洗过滤处理。对于每分钟采集一次的仪表数据，APP端曲线平均加载速率为4500条/秒。绘制全年历史曲线的时间不超过30秒[3]。对于历史数据曲线绘制呈现支持数据压缩，系统对模拟数据在1%误差下能达到85%以上的压缩率，Web端曲线压缩率超过97%。

智慧水务管理云平台可以用于全景展示项目运行工况，为项目管理和运行提供大屏幕、电脑桌面及移动端信息化平台管控界面，实现工程项目三维VR与视频融合，全面展示污水处理工程项目运营管理状态。

2.3平台统一门户

项目管理人员在平台提供统一门户首页可以浏览工程项目全过程实时数据、趋势曲线、报警情况、预警分析、作业情况和各类KPI指标等，全面集成污水处理工程项目自控、安防、资产管理、算法模型等多种信息资源，根据不同分工和管理层级，每一位管理人员都能够设置个性化的定制界面，在首页可以看到其所关注的功能点的最新数据。为方便管理人员进行实时门户中内嵌场站BIM模型以呈现三维电子沙盘、三维工艺及地下管线、三维视频接入与展示功能、三维SCADA数据展示功能以及三维设备预警报警管理功能。如遇超限事件发生，平台能够自动采用声光、弹窗、短信及微信等方式发送预警信息，提醒管理人员进行相关详细信息查询，必要时可直接下达指令执行控制动作等，平台统一门户示意图见图1。

图 1 智慧水务管理云平台统一门户（截图）

平台不仅支持Web端访问，还配套移动应用APP，可实现对平台上各种设备设施的运行状态进行集中管控，项目管理人员可通过移动应用轻松查询已在云平台上配置的所有测点的实时数据和信息，并以适合移动设备展示的方式浏览和操作使用。管理人员通过Web端系统，设定巡检任务，当任务派发后，移动端可在巡检任务管理中查看已生成的任务。在移动APP端提供AR智能识别功能，通过增强现实AR技术对相机取景图智能识别出系统中已经录入的设备，针对识别出的设备提供设备的基本信息、跳转到设备报警详情页面、查看相关设备测点曲线、查看相关设备的未处理完成的缺陷工单和维修工单、提供设备缺陷上报直接入口等多样功能，提高工作人员执行同一工作的方式多样性和工作效率。

3 智慧水务管理云平台的项目日常管理模块

根据污水处理工程项目运行特点，平台的项目日常管理模块可分为生产运行管理和内部管理两大类，具体管理内容见图2。通过平台将工程项目内业及外业管理有机结合，形成统一的管理体系，不仅实现生产运行管理和内部管理双“闭环”控制，也能将二者间相互影响的逻辑关系进行清晰的展现。

图2 项目日常管理模块

3.1生产运行管理

在生产运行管理方面，工程项目通过平台相关功能模块的运用，能够为管理人员提供全方位的生产运行信息感知，自动选用可靠性高的设备及仪表和自动控制逻辑冗余增强设计，保障控制执行可靠性。平台中的生产自动化系统可接受管理人员在项目平台下达的指令，根据后台AI计算结果进行指令识别，实现精细化工艺统一调节与控制，这是“实现无人值守、高效可靠运行安全”污水处理工程项目建设的坚实基础。

通过平台内嵌的SCADA系统，可以在平台自动搜集场站内生产数据集成分析，根据分析结果在后台进行设备调度，以此代替传统的以管理员经验为指标进行调度的管理办法，从而实现工程项目内各生产设备的智慧联动。

管理团队采用平台中的经营管控模块，将传统的人工绩效统计转变为KPI的自动统计生成及展示，以及各类报表图表自动生成[4]。管理质量、能耗分析、设备运行效率、运行工艺参数等多个方面实现定期对项目运行管理状况进行综合性评定，并以多维度统计图表的方式展现结果，协助识别污水处理工程项目运行管理薄弱环节，为项目可视化、精细化、智慧化运营提供数据依据和支撑。

污水处理设备管理一直是项目运行管理的中心，由于污水处理工艺复杂，设备需求量大，且城市出水水质要求逐年升高，有关设备采购质量和高效运行的管理成为污水处理工程项目生产运行最为关注的痛点。

与传统污水处理工程项目设备分散管理模式不同，通过平台的设备管理功能模块，项目管理团队能够实现管理人员对于设备全生命周期的集中管理，通过物联网技术实现设备识别，在设备采购、使用、维护、报废等全生命周期实现信息化的跟踪管理。并且通过平台内嵌展示的设备3D模型，即时了解设备的最新运行状态、性能和各项重要参数，随时查看设备内外部结构、历史维修记录、作业指导书和技术参考手册等。在后台对项目内设备运行期间发生的所有数据进行整合及评估，并生成设备报告，评估设备健康状态，包括设备使用年限、设备维修频次、设备维修成本和设备残值等信息。

项目管理团队利用平台数据挖掘、机器学习等技术手段，建立AVS精确曝气流量控制系统、加药除磷智能控制系统、BAM生物需气量计算模块等模型决策系统，在生产过程中以图表、图形、报表等直观方式自动为管理人员提供优化建议及决策辅助，由现场专家决定是否执行。通过模型决策系统输出的控制策略，实现与生产自动化控制系统的对接，协助实现污水处理工程项目运行的自感知、自学习、自决策、自执行、自适应。利用水质在线监测系统实现水质的全流程管理，包括全工艺全流程水质在线监测（含水源等数据信息）、化验业务流程信息化综合管理等功能。应用水质毒性生物监测仪（RTB）、水质预测模型等技术手段，快速反馈处理，实现水质预警。

使用平台进行项目内生产运行管理，不仅能够降低污水处理运行能耗，而且也能够保证水质稳定达标。以AVS精确曝气流量控制系统为例，收集本工程在采用该系统进行管理前后各30天的出水NH-N日均值和出水TN日均值进行对比。结果表明，在未采用精确曝气时的出水NH-N日均值波动较为明显，且有个别点存在未达标情况，出水NT日均值虽然整体波动不如前者明显，但数值较大；采用精确曝气之后，出水NH-N日均值和出水NT日均值波动平稳，且数值明显降低。

图3 出水NH-N日均值对比图

图4 出水TN日均值对比图

3.2内部管理

内部管理包括项目合规性管理、资产管理、安全管理以及办公自动化管理。在建立智慧水务管理云平台之前，项目一直采用传统的自下而上的汇报模式进行内部管理，需要投入大量人工进行会议、组织、协调、记录，影响项目的运行效率，增大经营成本。引入平台后，项目改为自下而上的决策式、流程式的管理模式，项目管理各部门及组织只需要提前在平台上设置其标准工作流程，即可在完成项目内部行政事务流程审批以及决策的下达，利用手机APP实现移动化办公。

资产管理由传统的仓库管理员管理转变为物料信息化管理，污水处理工程项目物料的入库管理、出库管理、调拨管理、盘点管理、库存调整等信息都可以在平台上实现自动录入和保存，管理员只需要利用扫码功能即可准确录入并在平台上以图表形式展现，由专业的水处理工程师对物料全生命周期信息进行科学管理，保证仓库日常管理工作正常进行，极大地减少了仓库管理人员需求并规范了仓库物料管理流程。

污水处理工程项目的安全风险一直是困扰项目管理团队的一大难题，平台应用之后，团队只进行一次信息录入即可完成对该安全风险进行识别定义、定性分析、制定对应策略、保存经验记录等过程的全数字化管理[5]。通过建立规范的项目应急预案制度并结合全数字化管理手段，让污水处理工程项目的运营更有保障，应急状态下的处置也更灵活，形成“全员、全过程、全方位、全天候”的安全风险管控体系，具备隐患上报、安全巡查、风险源管理、风险管理、事故报告、安全绩效考核等功能，自动生成事故树模型和检查点布置方案，通过监测手段、动态检查方法和事故树分析，实现模型的隐患排查和危险源辨识。

4 结语

通过引入智慧水务管理云平台，污水处理工程项目管理实现了全面的信息感知、主动的服务体验、多元化的设备控制、科学化的决策、安全化的生产，能够有效降低污水处理能耗及项目管理成本，并且保证出水质量稳定达标。

参考文献

[1]朱晓庆,殷峻暹,张丽丽,等.深圳市智慧水务应用体系研究[J].水利水电技术,2019,50(S2):176-180.

[2]郁片红,孔炜,赵玲玲. 上海浦东农村污水建设监管平台在智慧水务中的应用与实践[J]. 给水排水, 2020,46(1):130-133.

[3]涂杰,马宏娟,刘文睿, 等. 数字化水务管理平台建设—以大港油田供水公司为例[J].灌溉排水学报,2018,37(S1):141-144.

[4]齐鸣,陈燕波,张辛平, 等. 基于多源信息融合的智慧污水处理厂管控平台建设与应用[J]. 给水排水,2020,56(1):120-124.

[5]宋新新,林甲,刘杰, 等.面向未来污水处理技术应用研究现状及工程实践[J].环境科学学报，2021，41（1）：39-53.