城市供水是支撐城市發(fā)展的基礎設施，城市供水的技術應用水平體現(xiàn)對城市發(fā)展的保障能力，也在很大程度上影響供水運行效率和服務水平。目前，國內供水行業(yè)在水廠生產(chǎn)和工藝控制、管網(wǎng)輸配水、客戶服務和企業(yè)運營管理等環(huán)節(jié)，自動化、信息化、網(wǎng)絡化技術已廣泛獲得高水平的應用，但在二次供水環(huán)節(jié)，長期以來產(chǎn)權關系和建設管理責任不屬于供水企業(yè)，設施數(shù)量龐大，工藝參數(shù)各異，而供水企業(yè)正面臨統(tǒng)一接管的政策壓力，技術應用面臨巨大的考驗，需要尋求包括但不限于自動化、信息化、網(wǎng)絡化技術的有效解決方案。隨著科技的不斷發(fā)展，人工智能在各個領域應用正日漸普及，本文探討其在二次供水領域的應用與前景。

01 城市二次供水運營管理在技術上有待解決的問題

二次供水運營管理包括局部和整體兩個維度。局部是指具體到小區(qū)現(xiàn)場增壓設備的運行控制和作業(yè)，需要在合理的成本水平下連續(xù)穩(wěn)定保障該小區(qū)內用水終端龍頭的水量、水壓、水質；整體是指轄區(qū)內全部二次供水設施的統(tǒng)籌管理以及與城市管網(wǎng)輸配水體系的協(xié)同，實現(xiàn)人力物力合理分配，以及客觀資源條件下峰谷期的全體系安全高效運行。目前，國內不同城市的二次供水運營管理水平差異較大，除了歷史條件和政策因素外，在技術應用水平上的差異主要是自動化、信息化、網(wǎng)絡化技術的應用廣度和深度存在差異，其中，先進城市通過出臺標準、規(guī)范二次供水設施建設，在增壓設備自動化控制、運行數(shù)據(jù)采集、遠程集中監(jiān)控平臺建設、水齡管理、錯峰蓄水等環(huán)節(jié)已開展實踐，取得了相關成效和經(jīng)驗。但是，二次供水運營管理確實存在控制節(jié)點繁多、影響因素及其相互關系繁雜的客觀實際，難以生成清晰明確的決策邏輯，實踐中，即使能夠高水平運用自動化、信息化、網(wǎng)絡化技術，仍然存在有待解決的技術問題：

1 現(xiàn)場作業(yè)難以實現(xiàn)完全標準化決策，離不開經(jīng)驗指導

近年新建的二次供水增壓調蓄設施大都配備PLC系統(tǒng)進行該供水單元自身的自動化控制，建成年限長、欠缺PLC系統(tǒng)的舊設施則可以通過改造，增加配置該功能，但是，各小區(qū)供水單元的工藝參數(shù)各異，使用的設備品牌各異，無論是開發(fā)商的建設和采購標準，或是設備廠商的產(chǎn)品標準，均不可能從供水企業(yè)開展運行維護的角度進行設計，增壓調蓄設備自動化控制系統(tǒng)的控制參數(shù)、控制邏輯、輸出信號等，各色其色，并不能滿足運行維護現(xiàn)場作業(yè)的決策需要。

例如：增壓調蓄設備自動化控制系統(tǒng)輸出的報警信號，往往不能直接采信，一是除了實質性故障信號外，PLC系統(tǒng)往往反復出現(xiàn)大量提示性異常信號，這是因為PLC程序的控制邏輯所需的若干參數(shù)使用了計算值、虛擬值而并非實際監(jiān)測值，應用在不同的小區(qū)實際環(huán)境中必然產(chǎn)生偏差，因而無可避免地反復提示，這類報警屬于設備廠商內部工作，對現(xiàn)場運行維護作業(yè)只會造成干擾而沒有實際意義，二是報警信號只能反映某一狀態(tài)值發(fā)生偏差或缺失的結果，由于PLC系統(tǒng)本身不能對傳感回路和通訊回路故障進行識別，因此還需要對該偏差或缺失是否屬實、或是傳感器故障、或是通訊故障進行進一步判斷。

實踐中，單憑增壓調蓄設備自動化控制系統(tǒng)對現(xiàn)場運行維護作業(yè)的決策指引很不充分，難以實現(xiàn)完全標準化決策，一方面需要增加現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實際監(jiān)測，為作業(yè)決策提供更充足的依據(jù)，另一方面，需要運維人員的根據(jù)經(jīng)驗對故障信號加以過濾和分析，并且結合實際環(huán)境、設施建設和質量狀態(tài)、運維歷史數(shù)據(jù)等信息，才能夠作出合理的判斷和作業(yè)決策。

2 個別指標不足以統(tǒng)籌廠網(wǎng)體系與眾多二次供水

單元的協(xié)同，直接而充分的邏輯關系難以建立

每個二次供水單元的設計用水人口往往數(shù)以千計，從局部看，單個小區(qū)的進水要充分保障小區(qū)內水量水壓的需求，同時要避免水齡過長而產(chǎn)生水質問題，這方面主要受小區(qū)入住率高低影響，因此需要合理控制水箱進水，從整體看，小區(qū)水箱的進水對外圍管網(wǎng)水力狀態(tài)產(chǎn)生沖擊，多個小區(qū)進水的疊加效應必然對外圍管網(wǎng)輸配能力帶來更大考驗，甚至影響城市供水整體安全，這方面不但取決于廠網(wǎng)輸配水能力，還受到城市建設發(fā)展變化、居住人群用水特性和作息特性等因素影響。顯然，除了水質、水壓、水量以及二次供水小區(qū)地理布局、管網(wǎng)水力模型等可以實現(xiàn)明確的技術量化，但是諸如不同小區(qū)的入住率、用水和作息特性等因素均是難以量化而且是動態(tài)發(fā)展變化的，因此，二次供水錯峰蓄水等技術性管理措施往往僅限于局部試驗，難以從整體上建立充分的邏輯模型來實現(xiàn)科學的自動化統(tǒng)籌調度。

02 人工智能技術的優(yōu)勢

人工智能技術泛指研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)，包括機器人、語言和圖像識別、專家系統(tǒng)、機器學習等。具體到二次供水領域，對于前述的現(xiàn)場作業(yè)決策經(jīng)驗、小區(qū)用水特性和作息特性等難以建立技術量化和邏輯關系的諸多因素的處理和處置，專家系統(tǒng)和機器學習將具備相對于自動化、信息化技術的突出優(yōu)勢，繞開目前難以實現(xiàn)的量化邏輯關系，著重通過對經(jīng)驗化作業(yè)的“積累”和“學習”建立相應的有效“算法”，正如馬斯克指出的，“在人工智能機器學習面具之下的本質仍然是統(tǒng)計”，只要采集的客觀基礎數(shù)據(jù)足夠充分，智能算法的參照維度就足夠豐富，再通過一定規(guī)模、一定時間之下足夠多的實踐數(shù)據(jù)積累，人工智能算法替代經(jīng)驗化決策的準確性和有效性就能夠實現(xiàn)，并且能夠持續(xù)優(yōu)化，從而突破傳統(tǒng)自動化信息化技術的瓶頸，提高二次供水運營管理的效率。

03 人工智能技術在二次供水領域的應用條件與應用展望

綜上分析，人工智能技術在二次供水領域的應用具有現(xiàn)實意義，需要供水企業(yè)積極創(chuàng)造條件，開展實踐探索。

1 數(shù)據(jù)采集和信息化建設是人工智能技術應用的前提條件

每一個需要具體判斷或決策的特定場景，是此時此刻該場景的若干項相關數(shù)據(jù)描述構成的，數(shù)據(jù)項越直接、越細分、越完整，則對該場景的描述指向越準確，人工智能“學習”所得的算法的有效性越強。

對于局部的二次供水單元，包括增壓調蓄泵房的水箱液位、設備開關狀態(tài)、變頻泵運行頻率、電壓電流功率各項電能參數(shù)等自身運行數(shù)據(jù)，流量、進出水及末端壓力、水質等狀態(tài)數(shù)據(jù)，以及溫濕度、噪聲、震動、煙霧等環(huán)境參數(shù)，排水坑、門禁、視像系統(tǒng)等安全狀態(tài)，均為場景描述的基礎數(shù)據(jù)項;而二次供水設施建設檔案信息，包括規(guī)格、型號、材質、使用年限、工藝和配置參數(shù)等，以及運行故障維修歷史信息，包括故障記錄、維修方式及物料耗用記錄、處置時效等，則是現(xiàn)場作業(yè)有效性分析和作業(yè)決策的基礎因素。

至于二次供水單元與城市管網(wǎng)輸配水體系的統(tǒng)籌，需要構建小區(qū)管網(wǎng)以及外圍管網(wǎng)的信息化模型，以及城市輸配水體系的水力模型，盡可能將已知的、明確的信息，納入積累，作為機器學習的對象。

現(xiàn)實中，由開發(fā)商和設備廠商主導建設的二次供水增壓調蓄設備系統(tǒng)往往只能提供十分有限的數(shù)據(jù)項，再加已建成在用的設備品牌型號繁雜、數(shù)據(jù)通訊協(xié)議格式各異，供水企業(yè)管理二次供水所需開展的數(shù)據(jù)整合和利用遇到極大困難;管網(wǎng)輸配水體系水力建模，則是供水行業(yè)信息化建設達到較高水平的體現(xiàn)，需要企業(yè)全方位發(fā)展到一定階段作為基礎，大部分城市供水企業(yè)還需要一個夯實基礎、逐步發(fā)展的過程。

建議供水企業(yè)在規(guī)范二次供水設施建設、接管二次供水運營管理的過程中，著重強調現(xiàn)場完整數(shù)據(jù)項的配置和采集要求，運用兼容采集通訊等先進技術，克服數(shù)據(jù)采集的技術障礙，實現(xiàn)高效率的數(shù)據(jù)整合和利用，同時，重視廠網(wǎng)體系的信息化建設，為構建真正高效的智慧水務創(chuàng)造條件。

2 從現(xiàn)場作業(yè)實現(xiàn)標準化決策的迫切需求著手，

從局部到整體逐步建立算法、深化應用

事物發(fā)展總是需要由量變到質變的過程，人工智能技術在二次供水領域的應用也需要隨著相關條件的具備而逐步推進，由淺到深、由局部到整體逐步深化。

首先是“報警信號識別”：成百上千個二次供水單元的增壓調蓄泵房通過網(wǎng)絡連接到供水企業(yè)的監(jiān)控平臺，監(jiān)控平臺每時每刻接受到來自增壓調蓄泵房的報警信號，哪些屬于設備PLC系統(tǒng)自身的提示性異常信號、運維人員可以不受干擾而忽略？哪些不屬于干擾信號而是真實發(fā)生故障的信號？真實故障信號當中，哪些屬于傳感回路故障或通訊回路故障，哪些屬于真正的供水異常狀態(tài)？…… 實踐中，運維團隊基于具體小區(qū)具體設備具體特性的了解和經(jīng)驗，再結合數(shù)據(jù)采集傳感器獲得的數(shù)據(jù)信息，對監(jiān)控平臺接收到的每一個報警信號作出判斷和相應的不同響應安排，經(jīng)過一段時間的不同信號對應具體“場景”及其“判斷和響應”的積累，利用人工智能技術進行“學習”，就可以形成“報警信號識別算法”，實現(xiàn)自動過濾干擾性信號、精準反映報警故障信息，并通過持續(xù)的自動修正和完善過程，將大幅度提高對故障報警的響應效率，提高運維團隊工作效率和二次供水服務質量。

接著是“設施運行質量評價”：某個二次供水單元發(fā)生供水故障需要維修時，應該對故障部件進行零件修復或是整個部件更換？企業(yè)經(jīng)營預算能承受的更新改造資金有限，僧多粥少，應該安排哪個單元哪個設備實行更新改造？此時，在設施建設檔案系統(tǒng)提供的材質、使用年限等信息基礎上，加上運維工單系統(tǒng)的故障記錄、維修方式等歷史信息，以及監(jiān)控系統(tǒng)提供的水質、能耗等維修前后的數(shù)據(jù)進行維修有效性分析，就可以構建“設施運行質量評價模型”，關鍵在于各數(shù)據(jù)信息項的權重分配，既是不同供水企業(yè)的個性化選擇，也受不同的資金充裕程度影響而形成不同的傾向，結合這類非技術性因素，就能夠形成“設施運行質量”的人工智能專家系統(tǒng)算法，產(chǎn)生具有指導意義的評價結果，不但為維修及更新改造提供明確依據(jù)，還可指導開展預防性維護，提升二次供水資產(chǎn)管理和投資運營管理水平。

進一步可開展“小區(qū)水箱水齡管理”：小區(qū)入住率較低的階段，開展水齡管理、避免水質問題需要精準的進水控制。某一時點的水箱液位、箱內水體停留時間、水質等數(shù)據(jù)均可明確量化并控制調節(jié)，但是，僅依據(jù)這些數(shù)據(jù)計算而成的進水時點，是否與外圍管網(wǎng)的配水高峰期重合、加劇外圍管網(wǎng)的水力負擔？而且，入住率是難以量化且動態(tài)變化的，因此，在管網(wǎng)和水力模型逐步建設、管網(wǎng)信息化技術應用有待完善的過程中，“水齡管理”需要依賴人為的經(jīng)驗判斷，面對數(shù)量眾多、位置分散的二次供水單元，利用人工智能技術“學習”形成不同小區(qū)單元的水齡管理算法，是二次供水運營管理不斷提升的有效途徑。

 再進一步可開展“錯峰蓄水管理”：為避免多個小區(qū)同時進水的疊加效應對管網(wǎng)輸配水的沖擊，有必要對不同的二次供水單元尤其是密集區(qū)域的小區(qū)水箱實行錯峰進水控制。即使管網(wǎng)水力模型建成投入使用，但管網(wǎng)水力狀態(tài)受到自身的除二次供水之外的城市供水各種情況的影響，對單個乃至多個二次供水單元進水的承受能力往往需要實踐檢驗，直接關系到城市供水安全。從測試到確認的過程，涉及跨系統(tǒng)、多維度的信息綜合，既需要二次供水完整數(shù)據(jù)信息和管網(wǎng)水力模型信息等明確量化的技術指標，也有對安全風險和其他不確定因素的基于經(jīng)驗判斷的取值，如何形成標準化決策，在技術上很有挑戰(zhàn)性，正是人工智能技術的用武之地。

結語

城市供水支撐了城市快速發(fā)展，隨著城市建設和社會發(fā)展進入新階段，城市供水也面臨新的使命、機遇和挑戰(zhàn)，其中，二次供水日益成為焦點，人工智能可望助力供水企業(yè)解決二次供水技術和管理上的迫切難題。人工智能技術應用以數(shù)據(jù)采集和信息化建設為基礎條件，具備條件的城市供水企業(yè)應積極先行先試，為行業(yè)發(fā)展積累成功經(jīng)驗。2024（第九屆）供水高峰論壇即將于9月25-27日在沈陽舉辦，以“打造新Zhì供水，助力區(qū)域振興”為主題，從“制度、智能、質量”（三Zhì）的角度出發(fā)，探討供水對于區(qū)域振興的支撐作用。其中二次供水的制度化、智能化、品質化也是本次論壇的熱議話題之一，歡迎各位供水同行蒞臨參加。

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