淺談智慧水務配電能效平臺在珠江三角洲水資源配置工程中的應用分析

摘 要：珠江三角洲水資源配置工程是粵港澳大灣區中具有代表性的超大型水利工程。將智慧水務理念及技術應用于該工程，創建"工程建設管理系統"，創新應用"BIM+GIS"支撐平臺，不僅能提高供水效率，保障城市供水安全，還能為類似工程提供參考和借鑒。

　　關鍵詞：智慧水務；珠江三角洲水資源配置工程；管理系統

1 智慧水務理念

智慧水務是以解決城市水務發展需求為導向，利用現代傳感、物聯網及信息技術，構建城市水務綜合數據庫，實現水務信息充分共享，提高城市水務管理決策水平；并通過開展頂層設計、優化水務建設目標、系統規劃水務建設布局，提升水務建設和運營效益[2]。智慧水務是在工程數字化建設和智能化應用后的新型管理模式和組織形態，是先進信息、工業及管理技術的深度融合，能促進工程建設管理單位內部轉型升級，完成與“互聯網＋"社會生產力的和諧對接。智慧水務建設具有以下特點：①打造“新時代生態智慧水利工程"目標，從智慧設計、建造、運營、管理出發，建設貫穿工程全周期的水利信息化智慧管理系統；②通過“BIM+GIS"支撐平臺對工程設施、設備狀態及環境信息進行可視化展現；③建設水量調度管理系統，通過數據分析結果為工程供水調度提供科學數據支撐；④實現數字工程輔助建設單位開展日常運營、故障分析和維護，減少人工巡檢，加強自動化運維，提升效率[3]。

2 智慧水務系統的實際應用

2.1工程建設管理系統

該系統主要用于工程前期報批管理，包括工程進度計劃、總體投資控制、合同費用支付、質量控制、安全控制、工程溝通、資料審批等。項目端系統將建設、施工、監理、設計等單位集成到統一平臺，作為實際日常業務系統實現標準化、統一化、集成化管理[4]。主要包括五個模塊：①前期管理?？刹樵冺椖壳捌诟黜棇徟牧线M度，查詢各工作環節狀態，及時掌握當前標段開展情況。通過獲取工程數據對項目前期進展進行整體把握。②設計管理。涵蓋工程各階段的設計及設計變更管理，可控制進度、分配與下達任務、跟蹤計劃等。③招投標信息管理。記錄項目招投標業務的跟蹤管理情況，查找招標相關資料。④合同費用管理。提供項目中所有合同事項，如合同的基礎信息、計量計價、變更、進度、結算、終止、履行統計查詢等。⑤質量管理。是工程主體對參建單位在建設過程中涉及重要質量項的控制與管理，是以質量驗收與評價為主線，按質量計劃對質量控制點進行處理的過程。

2.2“BIM+GIS"支撐平臺

　　珠三角水資源配置工程覆蓋范圍大、地域分布廣、管理層級多、內容復雜，其運行包括輸水管線、泵站、水庫、調度管理等，是一項十分復雜的系統工程。因此，搭建“BIM+GIS"平臺是工程規范化、協同化管理的需要，可消除信息孤島，滿足不同層級參建方的信息需求和功能需求，保障工程管理的高效有序。利用“GIS+BIM"技術. 搭建“地形地質＋建筑物"的工程整體數字化模型，構建三維可視化管理平臺，實時展示施工進展、盾構機的位置和狀態等，便于工程管理人員從宏觀到微觀把控施工進程和運行狀態，追蹤質量和安全隱患，以便做出科學決策。供水工程大都具有地域廣、人員流動性強、作業環境復雜等特點，傳統信息采集方式難以保障信息的真實性、完整性、時效性和可追溯性。通過信息系統建設，可實現信息實時采集、直觀查詢、快速發布和高度共享，能便捷掌握工程動態，處理業務，提高管理效率和精細化管理水平。

　　平臺搭建需注意：①實現數據轉換。數據的準備和轉換包含兩個層面，一是GIS數據需支持從GIS數據服務器下載，同時也包含對影像、地形數據的處理；二是BIM數據其轉換需支持目前流行的主流BIM平臺。②平臺服務在考慮BIM數據的同時要兼顧GIS、文檔、協同、數據分析等部分。為了數據安全及未來需要，要滿足高可用的云架構系統設計。BIM數據管理平臺不僅是BIM和GIS 數據的管理，更應是行業數據的服務平臺和大數據的基礎，因為平臺在數據收集時已對BIM模型數據進行了結構化組織（見圖1）。

2.3安全預警管理系統

　　該系統利用物聯網、視頻監控、移動互聯、"BIM+GIS"等智慧工地技術，具有安全預警管理、感知信息接入、安全地圖、安全事故管理、安全隱患排查、風險管理、應急救援等主要功能、可提高工作的信息化、標準化、專業化水平。一方面，工程安全生產始終處于受控狀態并持續改良，從根本上降低了安全事故發生率；另一方面，水質自動檢測系統保障了供水安全和供水質量。

2.4水量調度管理系統

該系統包括水量調度日常業務處理、供水計劃編制、實時水量調度、應急水量調度、水量統計和水費計算、調度評價系統。其中，水量調度日常業務處理系統是核心部分，該系統按照同類功能合并，簡化系統結構，易于工程管理人員操作。

2.5合同費用管理系統

　　其為項目建設單位項目投資管理的核心部分。重點包括設備物資采購合同、工程施工合同的執行管理和監控分析，實現合同的結算管理、執行進度跟蹤、合同交付質量管理。要求可關聯項目進度管理進行進度執行聯查，關聯供應商管理功能進行供應商合同履約質量記錄與評估等。

2.6工程數字檔案系統

　　該系統作為完整檔案業務流程管理的信息化平臺，涵蓋檔案業務管理的“收集、管理、保存、利用"需求。其功能主要包括檔案的收集、保管、利用、統計及數據管理、輔助管理等。

2.7輸水自動化監控系統

　　該系統按"統一調度、無人值班、智能巡查、智慧供水"的原則設計，在工程管理中心設立調度中心，設置常規的應用及數據庫服務器、操作員工作站、通信工作站、常規監控系統設備等，負責整個工程的供水調度。在三個泵站設置泵站自動化監控系統，負責監控泵站內的設備及其管轄的供水管線上的監控對象，如盾構井滲漏排水泵等。在泵站副廠房設立監控調試室，放置站控層設備，設置操作員站、工程師工作站、1000 M/100 M網絡交換機等設備，主要用于泵站投運初期及檢修期的泵站監控。正常運行時泵站無人值班，主要運維人員可在泵站信息中心進行管理。

2.8應用系統集成

應用系統集成是本系統集成的核心內容，也是實現系統開發建設的目的，應用系統分布在運營公司各管理部門，用戶包括公司員工、上級部門、相關單位、公眾，是一個龐大復雜的調水業務應用系統。工程展現應用包括工程數字門戶和移動應用門戶。工程應用系統主要包括工程建設管理、安全預警管理、征地管理、水量調度管理、工程設施管理、工程安防與視頻監控、工程運行檢修培訓系統、工程數字檔案、辦公自動化、水文監測、水質監測、輸水自動化監控等系統。

3 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

3.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

3.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

3.3平臺拓撲圖

3.4平臺子系統

3.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

對水務配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

3.4.2電能質量監測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

3.4.3電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監測和報警。準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

3.4.4能耗管理

為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/國家指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

3.4.5智能照明控制

系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能的目的。

3.4.6電氣安全

①電氣火災監測：監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

②消防應急照明和疏散指示：根據預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

③消防設備電源監測：監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

④防火門監控系統：防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

3.4.7 環境監測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統，排除隱患，保持良好的水處理環境。

3.4.8分布式光伏監測

實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

平臺結合廠區實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

3.4.9工藝仿真監控

平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

4 相關平臺部署硬件選型清單

5 結語

　　水是支撐城市經濟社會發展的基礎性資源，智慧水務正成為城市水務高質量發展的顯著標志。目前，粵港澳大灣區建設如火如荼，對水安全保障也提出了更高要求，智慧水務建設是推進新階段水利高質量發展的重要路徑之一。對此，全國各流域管理局正積極開展先行先試任務，編制智慧水務專項規劃。在智慧水利工程思潮下，從思想上打破傳統水利“重建設、輕管理"的理念，逐步向"建管并重"的現代智慧水利方向發展。珠三角水資源配置工程是國家“大動脈"工程，是長距離有壓管道調水工程，建成后將對粵港澳大灣區發展提供戰略支撐。智慧水務應用于珠三角水資源配置工程，不僅能提高建管部門的供水效率，保證城市供水安全，還可為大灣區其他大型供水工程提供參考。

參考文獻：

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