2008年11月6日, 美国IBM总裁兼首席执行官彭明盛在纽约市外交关系委员会发表演讲《智慧地球:下一代的领导议程》。被认为是“智慧地球”理念的第一次明确提出, 随即在我国规划、通讯等行业得到快速响应, 2010年11月2日, “中国智慧城市论坛大会”在武汉召开, 标志着我国智慧城市的建设具备了理论、舆论基础。2012年住房城乡建设部办公厅颁布了建办科[2012]42号文件:《关于开展国家智慧城市试点工作的通知》, 智慧城市建设正式进入快车道。

　　 水处理系统作为重要的基础设施, 2012年《关于开展国家智慧城市试点工作的通知》附件2:国家智慧城市 (区、镇) 试点指标体系 (试行) 对供水系统提出明确的指标 (见表1) , 2014年8月, 国家发改委、工信部、科技部、公安部、财政部、国土部、住建部、交通部等八部委印发《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》中, 要求大幅提升电力、燃气、交通、水务、物流等公用基础设施的智能化水平。

　　 在国家政策的指引下, 各地纷纷推出了各类政策、管理办法和行动计划等配套措施进行细化。如《上海市推进智慧城市建设行动计划 (2014-2016) 》, 在重点专项智能化城市生命线中对此细化, 要求:聚焦水、电、油、气等城市生命线, 推动城市公共基础设施管理智能化, 提升管网利用效率和资源利用水平, 拓展新的服务模式, 保障城市运行安全、平稳、有序。加快智能电网建设, 推动智慧照明试点, 促进能源生产变革。深化智慧水网建设, 推动新兴信息技术在供水安全、防汛、水资源与环境生态一体化管理等方面的深度应用, 建设水资源管理信息平台和供水调度管理信息平台, 提升对全市水安全保障、水资源管理的支撑能力。

　　 无论是国家政策还是地方政策、规划, 水务都是不可或缺的重要一环, 但是, 这些政策、措施仍然是处于规划层面。与城管、交通等以管理为主的行业和纯制造业不同, 水务行业既涉及生产, 又服务于大众, 同时还有上游保护、下游环保等职责。水厂作为具有一定政府职能的企业, 虽然当前有各方面特别是很多著名企业都在努力探索, 推出大量的设想、产品和解决方案, 但要实现智慧城市要求下的水厂智慧化, 仍然存在没有清晰脉络, 没有形成共识的困境, 需要顶层规划, 探索实现智慧水厂建设的路径。

　　 建设智慧水厂的误区, 是将智慧水厂等同于全自动水厂、无人水厂。智慧百度汉语的基本释义是:辨析判断、发明创造的能力。如果单纯从字面来理解, 一个具有判断能力和创造能力的水厂, 显然不能体现在智慧城市理念下的智慧水厂的全部内涵, 因此, 要正确定义智慧水厂, 必须符合智慧城市理念。

　　 2012年住房城乡建设部办公厅《关于开展国家智慧城市试点工作的通知》明确:“智慧城市是通过综合运用现代科学技术、整合信息资源、统筹业务应用系统, 加强城市规划、建设和管理的新模式。为探索智慧城市建设、运行、管理、服务和发展的科学方式, 决定开展国家智慧城市试点工作”, 2014年八部委印发的《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》指出:“智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术, 促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式”, 由此可见, 智慧城市的手段是新的技术, 特别是信息技术, 目的是提高规划、建设、管理和服务能力。为满足智慧城市的要求, 作为城市重要基础设施, 智慧水厂应该是以应用新一代信息技术为手段, 生产、运行、维护、调度和服务等全方位、全过程各环节高度信息互通、反应快捷、管理有序的高效节能、绿色环保、环境舒适水厂。

　　 综上所述, 智慧水厂应该由一个从生产到管理全面信息化、自动化的框架系统组成。目前在“大众创业, 万众创新”的大背景下, 涉及水务业务的企业都在探索水务行业的智能化、进而智慧化, 如:远程抄表系统、管网GIS系统、漏损检测系统、能耗管理系统、泵房综合控制平台以及机器人、视频识别系统等等。根据以往的经验和思路, 整合这些成果, 我们通常会提出如图1的框架。

　　 该系统以水厂安全、可靠以及节能降耗为目标, 针对目前水厂运营可能存在的问题, 运用先进的信息技术和控制技术, 建立一系列的管理、控制系统, 加强水厂生产管理。

　　 从工业化、电气化到自动化, 都是通过技术的创新, 来提高我们的生产力, 水厂的发展也是如此, 电和电动机、水泵的发明, 使给水能够工业化、电气化, 继电器技术产生了“一键启动”, PLC使“自动化”成为可能, 网络成就了“中央控制”, 这些发展, 其共同的特点就是:发明新的技术-解决现有问题-提高生产效率-推进管理进步, 这是一种从下而上发展思路, 我们可以称之为“自动化”思路, 上述框架正是沿用了这一思路。智慧城市强调管理, 智慧水厂的建设思路应该是自上而下的思路, 即:完善管理体系-利用信息技术-提高管理效率-提升生产水平-实现新的目标。这一思路, 我们可以称之为“智慧”思路。基于目前的水厂管理制度, 是长期生产实践的结晶, 虽然在手段上可能不够先进, 但在实践中证明是可靠适用的。因此, 建议通过分解现有水厂生产管理功能, 以现有管理体系为依据, 将现有的管理需求分解整合为各功能模块, 这些可组合、可分期、可扩展的模块, 应该包含了现有水厂管理的各种需求, 并可通过扩展满足水厂管理的新需求。

　　 水厂除了最重要也是自动化最为关注的生产工艺外, 还包括:为确保生产可靠运行的人为保障工作、原材料的管理工作、设备的维护、建构筑物的维护以及人员的管理、安全的保障等。分解、分析和完善水厂的管理体系, 推荐的智慧水厂框架体系如图2。

　　 这些系统以及在此基础上不断补充完善, 构建了完整的水厂生产、管理、服务体系, 通过其智慧解决方案, 可以解决目前存在的管理、服务手段落后的痛点, 满足智慧城市对水厂的管理需求。

　　 针对水厂管理、服务的要求, 细化各功能模块的需求, 借鉴本行业已有的经验和其他行业的经验, 提出需求目标, 设计硬件框架、开发软件产品, 提出一揽子解决方案。各模块的大致需求如下:

　　 智慧生产系统:完善水厂生产自动化, 建立能耗管理等系统, 尽可能减少现场人工干预的需求, 在智慧生产管理系统的协调下, 高效低耗、保质保量完成制水任务。

　　 智慧生产管理系统:利用视频识别、机器人等新一代IT技术, 建立生产巡检系统、水质分析系统、应急处理系统等, 监视整个生产过程, 及时发现并处置计划外事件, 达到全厂保质、保量、安全生产的目标。

　　 智慧原料管理系统:建立生产药剂、试验药剂、沙料等生产原材料仓储管理系统、供应商信息系统、产品追溯系统等, 根据生产计划和历年原材料供应采购大数据, 自动制定采购计划, 在确保原材料安全、可靠供应的前提下, 做到少存储、零存储。

　　 智慧设备维护系统:重要设备设立在线监测系统, 利用BIM等技术, 建立机械、电气、仪表、自控、试验等设备档案管理系统、供应商信息系统、产品追溯系统、针对设备运用情况, 自动制定设备维护、检修计划, 规范维护工作。

　　 智慧构筑物监测系统:针对重要构筑物, 建立构筑物健康监测系统, 监测构筑物应力、变形、沉降等敏感参数, 与设计参数进行比较, 实时评估构筑物安全状况。

　　 智慧安保系统:利用视频及其识别、红外线、电子围栏等技术, 建立全面、立体的安保系统, 将水厂工作范围内的人员细化为工作、维护、清洁、检查、考察、参观等不同权限, 通过云计算、无线覆盖、移动终端、人员识别、人员定位等技术手段, 通过事先确定的路线和活动范围, 规范人员的活动, 并提供照明、通风空调以及说明、讲解、应急联络等服务, 保证生产安全、人员安全。

　　 智慧办公系统:通过建立个人办公、公共信息、行政事务、公文流转、知识管理、帮助、系统管理等模块, 实现水厂人事管理、财务管理、资产管理、科研管理等信息化和自动化。

　　 智慧环境控制系统:对全厂照明、通风、空调等建立控制系统, 针对不同设备、不同人员的不同需求, 制定精准的控制策略, 通过与其他系统的配合, 在满足人员的舒适性、设备的安全性等前提下, 达到节能、减排、减少污染的目的。

　　 智慧养护系统:针对水厂绿化多的特点, 设置自动浇灌系统、植物管理系统, 通过气象信息以及水厂植物档案信息, 自动浇灌, 并提供养护计划, 适时安排施肥、修剪等养护工作。

　　 随着水厂智慧化建设的发展, 水厂的管理工作也会不断地发展和调整, 同时, 水厂的管理工作繁复而细碎, 显然以水厂为单位的建设必然带来软硬件的大量投入和重复建设。而云技术能够很好地解决这一问题, 我们应该充分利用云技术的IaaS (Infrastructure as a Service, 基础设施即服务) 、PaaS (Platform as a Service, 平台即服务) 和SaaS (Software as a Service, 软件即服务) 三大服务模式, 根据水厂智慧化建设计划, 通过在先期建设的水厂建立“水厂云”并逐步扩展为“水务云”的技术路线, 以及利用公用云等方法, 从而达到硬件共享、软件共享、数据共享和信息共享, 提高设施的利用率, 降低软硬件费用和开发费用。同时, 新增的管理系统也可以很方便地在“云端”进行开发而不需要增加终端设备。

　　 智慧城市的建设, 涉及到城市的方方面面, 工程庞大, 《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》为此提出来:“以人为本, 务实推进;因地制宜, 科学有序;市场为主, 协同创新;可管可控, 确保安全”等原则, 并强调“加强顶层设计”。同样, 智慧水厂的重点在于管理和服务的信息化, 虽然在长期的实践中积累了一定的经验, 但仍然需要大量的软硬件开发, 因此, 智慧水厂的建设, 需要尽快建设示范工程, 在做好顶层设计的前提下, 针对这些管理需求, 有序推进, 逐步实施, 为全面推广智慧水厂乃至智慧水务, 提供经验, 为建设完善一套可复制、可推广的智慧水厂管理体系, 提供实践基地。

　　 智慧水厂的建设, 应该打破以往的思路, 自上而下, 做好顶层设计, 站在智慧城市的高度, 利用云计算、大数据等新的信息技术和思路, 将水厂的管理、服务工作全面的智慧化, 通过提升管理、服务的能效来保证水厂的安全、可靠、绿色。