加压站无人值守智慧化改造

麦永晖 张铭锐

(广州市自来水有限公司)

1.实施背景

1.1 国家、省市推进智慧水务高质量发展

党的十九大报告指出，我国进入了中国特色社会主义新时代，要坚持以人民为中心的发展思想，不断把人民对美好生活的向往变成现实。习近平总书记在视察广东时明确提出“推动高质量发展”的工作任务，强调“要发挥企业创新主体作用和市场导向作用，加快建立技术创新体系，激发创新活力”。近年来，国务院、国家发改委、水利部、住房城乡建设部等多部门都陆续印发了支持智慧水务行业的发展政策，涉及发展智能供水等内容。

为进一步提高城市供水安全保障水平，扎实推进供水高质量发展，持续提升供水安全保障能力，不断满足人民群众日益增长的美好生活需要，省、市政府也要求加快建设高水平新型基础设施体系，推进智慧水务建设，优化提升城市供水服务。

1.2 公司实现企业高质量发展和服务社会双重目标

南方某自来水公司，以党建引领，践行以人民为中心的发展思想，坚守智慧服务型公益企业定位。公司结合“十四五”供水规划，制定了智慧水务建设的发展思路，将借助云计算、大数据、物联网、人工智能等创新技术，推进公司向数字化、自动化转型升级，打造“智慧水务”，以更高质量推动供水建设、营运服务全面迈向新台阶新水平，以更强担当推进该城市实现老城新活力、四个出新出彩。

1.3 加压站运行存在的问题

城市供水系统是城市发展的命脉,是保障人民群众生活和经济可持续发展不可或缺的物质基础，构建一个安全、可靠、智慧的供水系统，是建设宜居宜业宜游幸福城市的需要，更是一个世界级城市必备的基础条件。通过加压站蓄水、加压作用，错峰调节，保障城市不同时段的供水压力平稳，还保障了城市应急供水需要，为供水的安全性、可靠性提供有力保障。

为满足城市供水量日益增长的需求和缓解局部地区缺水缺压问题，正不断优化市政管网加压站的布局。近三年来，新增接管运营的供水加压站共17 个，如仍采用传统24 小时有人值班的管理模式，一个加压站需十名四班三运转的值班人员，则需增加超百名值班人员，人员缺口较大，而且近年来人力成本也在不断的上升。通过加压站无人值守智慧改造，有效解决人力资源紧张问题，同时改造优化了加压站的生产全过程监控，保障了供水安全，解决传统值守管理模式效率低、运行成本高的问题。

2.目标与做法

2.1 项目目标

结合精细化管理降本增效的行业背景，以智慧水务作为突破点，通过实施加压站无人值守科技创新改革，运用无人值守泵站技术，解决加压站管理投入人力资源过多的痛点，形成无人值守及巡检结合的运行管理新模式，提升智能化运行管理水平，提高公司人力资源使用效率，降低人工运行成本，为粤港澳大湾区建设提供坚强的供水保障。

2.1.1 构建加压站无人值守系统，保障城市供水安全

图1 无人值守加压站

充分利用物联网、大数据等新一代技术，构建无人值守一体化感知体系，提升对设备运行监测、预警能力，大力提升加压站供水安全、管理和效能，提高居民生活用水安全保障水平。同时，通过加压站智能调度、自动投加、生产管理等系统，平衡供水能力与用水需求，大大提升能源利用率，降低能耗，实现供水生产精益化。利用智慧管理平台对加压站生产设备的全面、动态化管理，保障城市供水安全。

2.1.2 融合技术应用发展，辅助决策科学化

融合新一代信息技术，加强加压站信息化基础设施、数据资源、业务系统整合与成果复用，强化物联网、大数据等技术在智慧供水的应用，提升设备监测预报预警能力，使供水企业的运营与管理更加智能化，进而提升企业的运营效率，提高供水的安全性能，提升加压站的精细化管理水平与综合智能决策能力。

2.1.3 实现降本增效，有效降低运行成本

通过以降本增效为导向的智慧决策与自动化运行，实现供水加压站生产流程的优化控制，提高设备运行的自动化、信息化、智能化水平，并配置和完善信息化系统，实现加压站无人值守管理模式，降低运行成本，从而提升供水系统的经济、社会效益。

2.2 建设内容

结合直面社区、服务民生、支撑城市的工作特点，以保障城市供水平稳安全、改善人民群众用水环境、提升居民用水获得感和幸福感为目的，打造具有城市特色的“加压站无人值守智慧化改造”模式。

2.2.1 提前谋划，试点先行

在项目实施前，从顶层设计出发，统一规划，统筹实施，制定了加压站无人值守智慧化改造的技术标准和运行规定。目前国家和供水行业暂无供水加压泵站无人值守的有关技术规范，参考了电力行业无人值守变电班的国家规范，以及国内供排水企业无人值守泵站的一些案例，结合对水厂系统多年运行管理的技术经验，公司在2020 年编制并发布了《无人值守调节泵站技术规范》，为无人值守加压站技术方案设计、改造提供技术路线，也对其他新建加压站的前期设计有统一明确的指引作用，避免日后改造的重复建设。为规范无人值守加压站运行管理工作，保障无人值守加压站安全、可靠运行，公司还发布了《无人值守调节泵站运行管理规定》。

2.2.2 自动化控制系统

建立和完善无人值守加压站以PLC 为核心的自动化控制系统。无人值守加压站从来水到出水的生产全流程均可实现自动控制。可以根据来水压力、出站水压力实现泵组开停自动运行；根据来水余氯值、出水余氯值、水量实现消毒药剂自动投加。最终实现加压站生产全流程的自动化，达到无人值守的目标。无人值守加压站的自控系统能接收远程调度运行中心下达的调度指令，实现对加压站生产设备的安全远程控制；能根据指令或运行参数的变化自动改变设备运行状态。当自控系统上位机或网络故障时，现场控制柜按预设模式独立承担设备的运行控制。

2.2.3 物联网和数据中心

物联网的建立是实现无人值守加压站系统的基础，通过物联网对加压站内设备状态如设备运行信息、电压电流、清水池水位、管道流量、压力、水质和视频信号等关键运行数据进行监控，实现设备状态的远程监视、自动控制、智能报警，实现加压站生产全过程的信息采集。远程调度运行中心的数据中心将汇集各加压站所有数据进行统一处理和存储，实现无人值守加压站设施、数据、应用支撑平台等信息资源的集约化管理、分析与应用。

2.2.4 设备在线监测

无人值守加压站通过自动化系统和信息安全系统可实现主设备可远控、附属设施能监控，运用热成像温度监测、振动监测系统，智能表计等新技术新设备，代替人员定期现场巡检；依托智慧管理平台，通过大数据分析来判断泵站的故障状态。

（1）热成像温度监测

图2 热成像温度监测

利用红外热成像摄像头、模块对设备运行温度进行监测，包括水泵、电机、变频器、电柜母排等点位进行红外温度检测。然后通过智慧管理平台实时监测泵房环境和设备温度变化情况。管理平台能够将泵组实时温度数据与正常运行的历史温度数据库做对比，对突发温升异常进行系统预警并准确定位。红外热成像监测系统，可避免人工测量设备温度时所带来的不确定危险因素，并可实现连续不间断设备测温，及时反馈设备的运行状态，提高安全性。

（2）泵组振动监测

传统的人工测量机组振动数据，会存在人为测量误差，误触碰机械运动部件，现场噪声等其他危害。采用振动传感器测量振动数据则避免了上述不良因素和危险性，而且数据连续，可实时对机组的运行情况监控，及时对泵组进行“健康体检”，对泵组健康程度进行监测和预测，为故障诊断提供依据，辅助运行人员合理开停机组，延长机组使用寿命，减少运行人员巡检次数。

图3 泵组振动监测

2.2.5 信息安全

加压站属于相对封闭的生产场所，传统有人值守的加压站生产运行依靠人工调度指令，而随着智慧水务的加速发展，厂站网联动优化调度运行新要求的提出，加压站的生产运行数据由仅满足于自身运行管理需要，逐步向公司联动调度、集约化管理转变，加压站网络及信息安全也越来越重要。项目建立以计算环境安全为基础，以区域边界安全、通信网络安全为保障，以安全管理中心为核心的信息安全整体保障体系。在PLC 控制系统的上位机、服务器进行主机加固并加装基于可信计算和主机白名单的可信终端防护系统实现终端的病毒和安全防护。PLC 控制系统网络与加压站管理网络边界部署工业防火墙，实现 PLC 系统与加压站管理网络的横向隔离，保护系统网络边界安全。

2.2.6 管理平台

智慧管理平台是整个项目的主体。项目已建成一套可靠、高效、安全的无人值守管理平台，平台功能模块包括泵站总览、实时数据、设备异常诊断、业务分析、报表管理、视频门禁管理、规则管理、系统配置等。以自动控制、大数据、可视化等新技术为支撑，构建运行监测、分析及远程控制相结合的无人值守智慧化管理平台。在远程调度运行中心，运行人员可通过大屏显示系统，将无人值守加压站关键指标进行可视化展示，实现管辖范围内加压站详情展示，同时集中监控各无人值守加压站的运行状况，在需要实时调度运行时也可对加压站设备进行远程控制。

（1）设备异常自诊断

图4 无人值守调度运行中心

无人值守加压站管理平台对所有监控的数据，均可设置报警限制，通过报警规则的配置，针对加压站常见预警、报警制定准确的诊断逻辑，并通过规则引擎对海量加压站的流式数据进行实时计算，完成异常自动诊断系统。结合异常诊断与解决经验，将诊断形成规则模型，并不断增加和优化异常模型，为异常诊断提供解决方案，自动形成工单。

（2）BIM 建模技术融合

采用B/S 架构高精度三维数字化建模技术，搭建BIM LOD300 转WebGL 轻量化泵房全专业三维数字化孪生模型及设备安装信息，实现可视化安全管控、人员高效运维管理。通过对加压站进行BIM 建模，可加载在泵房内带动态图像叠加功能的摄像头系统上。BIM 技术可视化，可多角度、全方位、集中呈现供水生产全流程实时动态监控，及时掌握设备运行状态和供水情况，实现生产运营管控一体化，提高加压站运行管理水平。

（3）VR 虚拟仿真技术融合

依托VR 技术，建立起泵房、投加间、高/低压室、变压室、加压站全景沙盘等虚拟环境，让实景展现在眼前，实现加压站运行管理的信息化、智能化、可视化和集成化。无人值守加压站可视化管理结合VR 技术、物联网技术，模型与运行数据、监控视频相结合，实现泵站的三维可视化综合管理，提高设备信息利用的效率。

2.2.7 安防视频系统

供水企业反恐怖防范要求有严格规定，无人值守加压站在没有现场运行人员的情况下，安防系统应符合DT 4401T25 的相关要求，重点加强无人值守加压站的技防建设。安防系统技防设施包括视频监控系统、入侵和紧急报警系统、门禁系统和公共广播系统等。在主要出入口配置人面识别门禁，配电房和控制室设烟感，清水池、设备间、控制室、泵房、出入口、通道等设视频监视，围墙采用红外线对射安防系统防入侵。当有入侵报警时，能联动视频监控系统，进行图像复核并实时录像，并设有声光报警联动功能。

图5 无人值守加压站BIM 可视化

通过平台整合视频、门禁等安防信息，实现安防报警和出入授权监控管理。实时监测数据与HMI 和BIM 有机结合，实现运行状态感知的实时化和可视化。运行人员在调度运行中心即可通过远程监控系统实时监控加压站内泵组和相关设备的生产运行情况，从而达到无人值守的目的。

2.3 管理创新，降本增效

2.3.1 管理制度创新

在公司层面编制了无人值守加压站运行管理规定，管理单位制定具体运行、操作、巡检制度和指引。逐步建立和完善无人值守加压站的相关管理制度、应急预案、管理职责，包括新设巡检运维组及调整维修工段工作职能等，优化人员配置，逐步推进新的管理模式。加压站管理单位，根据实际情况细化和落实具体管理措施。针对无人值守加压站的故障抢修需求，成立运维巡检和应急抢修队伍，采用“日班运行巡检、夜班抢修值守”的方式，保障加压站运行正常。

2.3.2 优化调度管理

无人值守加压站的调度运行均由调度运行中心负责，实现扁平化管理，减少了调度指令的层级传递，提高了加压站运行调度的及时性和精确度。同时也加强了对运行数据的整体监管，较容易通过运行数据分析发现问题并及时解决。

3.项目成效

3.1 项目成效

加压站无人值守智慧化改造后，系统运行至今总体正常，在切实控制运营成本、优化人力资源配置方面有良好预期，助力公司实现降本增效。通过加压站无人值守智慧化改造，实时远程监测、故障报警和可视化代替人工定时现场巡查，运行可靠性提高13%；自动运行及远程控制代替人工现场操作，提高安全性和及时性；数据管理分析系统，代替值班人员手填报表，生产数据统一记录，技术人员能及时统计和分析，提高了准确性和便捷性。

3.2 项目效益

2022 年无人值守加压站实施，使加压站人员管理结构上有所优化，无人值守加压站比原管理模式所需人员减小约60%，优化了加压站人力资源配置。目前累计完成全市10座加压站无人值守智慧化升级改造建设，改造前需值班职工80 人，改造后实行片区管理，现场不设值班人员，建立运维和抢修小组对无人值守加压站进行日常运维，白天动态维护巡检、晚上应急待命值班，只需职工32 人。

通过加压站无人值守智慧化赋能，搭建“无人值守+巡检”运行管理模式，实现全过程智慧运行、集中管理，提升公司加压站信息化、智能化和集约化管理水平。通过优化加压站的运行管理模式，推行加压站片区化管理、站点巡检等，强化对加压站的科学调度，高效管理。同时措施将提升公司智能化运行及管理水平，提高公司人力资源使用效率，降低运行成本。

3.3 间接效益

2022 年的年初和年末，该市及周边地区疫情呈多点散发态势，在疫情防控形势严峻复杂的期间，公司下辖的加压站陆续实施“自主封闭”管理，无人加压站在保障供水方面“大展其能”：一是减少了在中高风险地区的运行人员，保障人员的健康安全，同时能置换出更多人员为用户服务；二是与传统有人值守相比，无人值守加压站无需考虑生活、防疫、车辆等物资配备，减轻了运行保障压力；三是生产运行更稳定，供水安全层面可靠，持续稳定保障居民用水加压。

4.结语

供水企业从传统生产型向智慧服务型转型是必然趋势，无人值守加压站是智慧水务的发展方向，项目运行情况表明加压站无人值守智慧化改造技术上可行，实践中有效，具有良好的社会和经济效益。公司将进一步探索打造关键设备有冗余、关键技术可自主、通信链路多通道的韧性加压站；探索构建控制智能化、数据资源化、管理精确化、决策智慧化的高效加压站；探索引入绿色能源，充分回收富余压力，打造低碳加压站；探索加压站与城市公共空间的融合与互动，打造因地制宜、还绿于民、多站合一的和谐加压站。