在 # 中，上海市供水調度監測中心副主任/國家城市供水水質監測網上海監測站站長張立尖，基于《智慧化供水廠建設工程技術標準》《智慧水廠評價標準》，總結分析了上海臨港水廠和南市水廠在智慧供水廠建設和運行方面的工作經驗，探究了智慧供水廠實現數字化管理、智能化運行和智慧化決策的目標與路徑。

張立尖

本文根據嘉賓發言內容整理。已經由專家本人審閱。

前言：現狀與客觀需求

城市數字化轉型

2020年底，上海發布了《關于全面推進上海城市數字化轉型的意見》。回顧這份文件，若置于五年前的背景下來審視，其中兩句話無疑會引起公眾的廣泛共鳴。首先，數字化正以不可逆轉的趨勢改變著人類社會，這表明數字化正以其不可抗拒的力量改變我們的生活方式。其次，數字化越來越成為推動經濟社會發展的核心驅動力。對于那些涉足股市的投資者而言，可以觀察到涉及數字化和人工智能領域的股票在過去幾年中經歷了顯著的增長。

2021年，上海發布了《上海市全面推進城市數字化轉型“十四五”規劃》（滬府辦發〔2021〕29號），明確提出了兩大目標：至2025年，上海全面推進城市數字化轉型取得顯著成效；2035年，全面建成具有全球影響力的國際數字之都。同時，規劃提出率先建立健全適應數字時代需求的城市公共事業體系，打造泛在賦能、智能協同、開放共享的城市數字底座，實現基礎設施國際一流、數據潛能全面激活、共性平臺能級提升的目標，這是我們當前面臨的發展形勢。

智慧水務

2023年，中國水協發布了《城鎮智慧水務技術指南》，其中對智慧水務發展過程中面臨的問題進行了詳盡的總結。盡管該指南已發布兩年，但回顧其所指出的五個問題，我確信各位可能深有同感。例如，智慧水務在頂層設計方面存在缺失，標準體系尚不完善。經過兩年的發展，我們是否已經完善了標準體系？其次，數據質量普遍不高。第三點，我認為尤其值得深思，即市場上展示的產品眾多，而實際應用場景卻相對較少。我曾參觀過多家水廠，并聽取了很多關于智慧化運營的介紹，尤其是在領導視察和調研時，我們所展示的內容確實較為豐富。第四個問題是智慧水務泛化、平臺建設缺乏系統性。同時，該指南還提出了五個方面的發展目標，如圖所示。

《城鎮智慧水務技術指南》介紹

智慧水廠發展的客觀需求

對于供水廠而言，自其最早出現在英國以來，至今已逾一百多年。在這期間，供水廠經歷了從手工操作、人工控制為主逐步向自動化、數字化乃至智慧化轉型的發展歷程。

供水廠發展歷程

在智慧水廠的發展過程中，其客觀需求首先體現在確保水質安全上。當前，許多水廠面臨的主要問題之一是水質波動，其次是能耗較高，以及運行效率相對較低。因此，智慧水廠的客觀需求主要在于解決以下三個問題：首先，確保水質安全；其次，推動節能降耗，實現綠色低碳運行；最后，提升水廠生產運行的精細化管理水平。

智慧水廠相關標準

前面提到的《城鎮智慧水務技術指南》中指出，現行的標準體系尚不健全，對此，我進行了相應的資料搜集。關于智慧水廠的技術標準，中國水協發布了兩項標準。其一為2024年11月26日發布的《智慧水廠評價標準》，該標準由中國市政中南設計研究總院牽頭編制，并于2025年2月1日起實施。緊接著，中國水協官網于11月27日發布了《智慧供水廠建設工程技術標準》的征求意見稿，該標準由天津水務集團牽頭編制。在準備PPT的過程中，我特意與天津水務集團進行了電話溝通，以了解該工程技術標準的起草過程以及目前意見征集的狀況。

關于智慧水廠的定義，兩項標準均作出了明確闡釋。《智慧供水廠建設工程技術標準》征求意見稿中的術語主要借鑒了《智慧水廠評價標準》，該準則對智慧供水廠的定義為：利用信息技術實現生產運營的數字化管理、智能化控制和智慧化決策，安全高效運行的供水廠。此外，標準對數字化管理、智能化控制以及智慧化決策也進行了明確的定義。

智慧水廠相關定義

在《智慧化供水廠建設工程技術標準》的征求意見稿中，我仔細審視了其六個主要方面。該標準規定智慧供水廠的建設應在自動化的基礎上利用信息技術，逐步實現供水廠的數字化管理、智能化控制和智慧化決策。智慧供水廠的建設應統籌兼顧水廠智慧化和自動化的需求，二者之間互為支撐、深度融合。供水廠智慧化建設過程著重在對水廠管理方式的智慧化構建，從而使水廠管理具有運用知識和經驗來做出判斷和決策的能力。智慧供水廠應利用物聯網、人工智能等新一代信息技術，緊密結合供水廠的水力和水質模型，以實現作業流程標準化、生產管理信息化、工藝操作智能化、運營信息可視化和決策過程智慧化作為主要工作目標。該標準強調供水廠建設應遵循整體規劃、分步實施的原則。此外，安全方面亦受到高度重視，要求安全體系及安全系統實現“三同步”，即同步規劃、同步建設、同步運行。鑒于水廠即便智能化運行亦無法完全避免意外情況的發生，標準中保留了人工干預機制。我認為這一規定極為重要和關鍵，因為在眾多智慧水廠建設項目中，人們往往忽略了這一點，即在智慧系統出現故障時，是否設有明確的人工干預機制。

《智慧化供水廠建設工程技術標準》征求意見稿

《智慧化供水廠建設工程技術標準》征求意見稿涵蓋了七個方面內容，包括智慧供水廠架構、在線監測與控制、數據、智慧管理、基礎設施、實施與驗收、運行與維護管理。核心架構為“四層三體系”，四層架構依次為感知層、設施層、數據層和應用層，三大體系包括標準體系、安全保障體系和統一運維體系。

《智慧化供水廠建設工程技術標準》征求意見稿主要內容

“四層三體系”核心架構

接下來，介紹一下《智慧水廠評價標準》。該標準旨在對智慧水廠的運行狀況進行評價。評價的前提條件是水廠的智慧化建設或改造竣工驗收滿2年，且處于正常、穩定、自動運行狀態，評價的有效期為5年。因此，水廠的評價并非基于部分建設或者改造內容，而是建立在一定的前提條件之上。整個評價標準共分為7章，評價體系涵蓋4個主要部分：基礎設施、智慧運營、綜合成效以及創新與特色。其中，基礎設施、智慧運營設控制項和評分項；綜合成效、創新與特色只設評分項。

《智慧水廠評價標準》主要內容

在《智慧水廠評價標準》的評價體系中，基礎設施所占權重為30%，智慧運營為40%，綜合成效為25%，創新與特色為5%。此外，智慧水廠的評價等級共分為五個等級，類似于酒店的星級評定。一星級的評分區間為60至70分，依此類推，五星級的評分則需達到95分以上，這意味著，若水廠被評為五星級，則其水廠制水全過程已基本實現全鏈條的智慧化，處于國際領先水平。其中，基礎設施涵蓋物聯設備、信息基礎設施、信息安全、應用支撐及服務；智慧運營包含智能化控制、數字化管理、智慧化決策；綜合成效部分著重于保障安全、高效運營、監管監督；創新與特色部分則主要強調新技術的應用，以及智慧水廠體系是否與城市信息管理系統（CIM平臺）實現了對接。

《智慧水廠評價標準》評價體系與等級劃分

智慧水廠案例分享

臨港水廠

臨港水廠是上海全新建設、全新規劃的“安全優質、創新智慧、高效節能、綠色生態”水廠。該水廠的原水源自青草沙水源地，采用的是常規處理+臭氧生物活性炭深度處理工藝。一期工程的產能為每日20萬噸，2022年底投入運營，規劃供水能力為每日40萬噸。水廠目前在線監測儀表總數為84臺，其中涉及水線的監測儀表有67臺，泥線相關的監測儀表有17臺。該水廠保留了超濾膜生產工藝用地，一期工程中未實施，預計二期工程將同步引入超濾膜處理工藝。

臨港水廠對三類數據進行實時監測，包括靜態數據、動態數據以及業務數據。數據收集完成后，通過機理模型和數理模型這兩大類模型的綜合應用，最終構建出一個具備數字孿生特性的智能體。該智能體不僅能夠自我學習、進行精準預測，還能夠自主執行任務，并且集成了智能加礬、智能濾池和智能泵組系統。智能濾池系統旨在實現彈性維護和按需沖洗，而智能泵組則通過優化泵組配置，確保泵組高效運行，進而實現節能目標。此外，臨港水廠在設備維護和智能故障診斷方面也進行了若干探索，通過在泵房安裝傳感器，賦予了其智能報警功能。

臨港水廠采用“數字孿生”技術構建了新一代三維數字水廠，實現了全面要素的可視化運行監管。該水廠納入運行監管的設備總數高達1163臺，多個系統能夠實現協同聯動。由于水廠為新建項目，因此構建了多個數字化應用場景。水廠員工數量較少，大約僅有20余人，實現了高效運行的目標。

臨港水廠節能降碳

（1）回用水

臨港廠對砂濾池、碳濾池的反沖洗水、臭氧系統外循環冷卻水等進行了有效回收利用。此外，還通過收集屋頂雨水用于綠化灌溉和道路清洗。

（2）一般工業固廢資源化利用

污泥也得到了百分之百的資源化利用，2024年利用水廠污泥制備了約500萬塊磚。

（3）能源利用系統優化

臨港水廠配備了光伏及儲能設施，主要利用水廠建筑物的屋頂建設光伏設施。一期與二期的總裝機容量約為兩兆瓦，年發電量預計可達250萬千瓦時。同時，實施了一個儲能項目，該項目的年放電量大約為14萬度。該儲能項目通過在電價較低時儲存能量，并在電價較高時釋放儲存的能量，以實現節能減排的目標。

經過上述節能降碳措施，臨港水廠在節能降碳方面取得了顯著成效，主要體現在五個方面：一是生產過程的智慧化，主要體現在礬耗用量的降低以及反沖洗電耗的減少；二是固廢的資源化利用；三是水廠用水節約化；四是能源消耗的低碳化；五是建筑設計綠色化，臨港水廠基于全新規劃和設計，采用了全重力水力流程和疊合集約化布置，從而實現了生產用地的有效節約。

臨港水廠對碳排放進行了核算，核算結果顯示每生產一噸水的碳排放量約為0.1千克。通過查閱相關資料，碳排放水平處于較低水平。

南市水廠

南市水廠具有較為悠久的歷史，始建于1902年，2009年進行了重建，供水規模70萬立方米/日。南市水廠智慧化改造工程自2019年啟動，至2024年完成。南市水廠建設了一個管控平臺、兩個智慧大腦和一個數字底座。

一個管控平臺包括MES系統，即生產執行管理系統，通過MES管控平臺，可以實現作業計劃、運行監視、質量控制、設備管理、資源協同、安環管控、員工績效、平臺互聯、分析評價、系統維護等功能。

兩個智慧大腦包括水平衡系統（水量模型）和水質模型，水平衡系統（水量模型）能夠實現自動接受壓力指令、感知供水流量需求、實時評估產能負荷、動態調整生產分配、按需調度進廠原水、自動控制制供平衡等功能；水質模型中的藥劑投加以神經網絡算法為核心算法，能實時感知工藝條件變化，具有對高密度澄清、臭氧活性炭、消毒等工藝所需投加藥劑自主調節、精細控制的能力。

南市水廠在打造數字孿生與仿真平臺這一數字底座時做到在形態上要逼真，功能上要能用、管用和好用，業務融合主要圍繞提質降本增效保安全展開。南市水廠配備了智能巡檢機器人、機器輔助等自動化設備，用于PAM車間、砂濾池、加氨間、配電間以及機泵健康診斷。南市水廠建設了自動化實驗室，可以實現進廠原水18項和出廠水18項水質指標的全自動檢測。

智慧水廠未來展望

總體上，我國智慧水廠建設尚處于起步和探索階段，各地水廠的規模、水質、工藝及運行管控水平等方面存在差別，問題與需求不盡相同，既要采用統一的評價指標加以規范和引導，也要結合水廠實際進行建設和評價，要以能夠解決現實問題和取得切實成效為出發點，要避免盲目建設。

智慧水廠的未來發展，將以全面數字化和智能化為主導，通過多項先進技術包括但不限于GIS、SCADA、BIM、數字孿生、VR/AR、大數據、云計算、物聯網、 移動互聯、人工智能、智能機器人、數學模型、大數據分析模型等的融合應用， 解決傳統水廠管理效率低、能耗高、水質不穩定的問題，實現水廠安全高效、綠色低碳運行。具體而言包括全面數字化轉型、智能化升級、節能降耗與綠色運行以及行業協同與標準化建設等四個方面。

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編輯整理：《凈 水技術》編輯 楊潔

排版：《凈水技術》編輯 李濱妤

審核：《凈水技術》社長/執行主編 阮辰旼

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