城市供水是支撐城市發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，城市供水的技術(shù)應(yīng)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(wù)水平。目前，國內(nèi)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(wù)和企業(yè)運營管理等環(huán)節(jié)，自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)已廣泛獲得高水平的應(yīng)用，但在二次供水環(huán)節(jié)，長期以來產(chǎn)權(quán)關(guān)系和建設(shè)管理責任不屬于供水企業(yè)，設(shè)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(shù)應(yīng)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(luò)化技術(shù)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(lǐng)域應(yīng)用正日漸普及，本文探討其在二次供水領(lǐng)域的應(yīng)用與前景。

01 城市二次供水運營管理在技術(shù)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(shè)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(nèi)用水終端龍頭的水量、水壓、水質(zhì)；整體是指轄區(qū)內(nèi)全部二次供水設(shè)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(nèi)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(shù)應(yīng)用水平上的差異主要是自動化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的應(yīng)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(shè)施建設(shè)，在增壓設(shè)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(shè)、水齡管理、錯峰蓄水等環(huán)節(jié)已開展實踐，取得了相關(guān)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(guān)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(luò)化技術(shù)，仍然存在有待解決的技術(shù)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(diào)蓄設(shè)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(shè)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(shè)備品牌各異，無論是開發(fā)商的建設(shè)和采購標準，或是設(shè)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(shè)計，增壓調(diào)蓄設(shè)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(diào)蓄設(shè)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(zhì)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(yīng)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(shè)備廠商內(nèi)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(jié)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(diào)蓄設(shè)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(jié)合實際環(huán)境、設(shè)施建設(shè)和質(zhì)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(guān)系難以建立

每個二次供水單元的設(shè)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(nèi)水量水壓的需求，同時要避免水齡過長而產(chǎn)生水質(zhì)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(yīng)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(shè)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(zhì)、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(shù)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(shù)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(diào)度。

02 人工智能技術(shù)的優(yōu)勢

人工智能技術(shù)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(shù)及應(yīng)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(lǐng)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(shù)量化和邏輯關(guān)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(shù)的突出優(yōu)勢，繞開目前難以實現(xiàn)的量化邏輯關(guān)系，著重通過對經(jīng)驗化作業(yè)的“積累”和“學習”建立相應(yīng)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(zhì)仍然是統(tǒng)計”，只要采集的客觀基礎(chǔ)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?qū)崿F(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(shù)的瓶頸，提高二次供水運營管理的效率。

03 人工智能技術(shù)在二次供水領(lǐng)域的應(yīng)用條件與應(yīng)用展望

綜上分析，人工智能技術(shù)在二次供水領(lǐng)域的應(yīng)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(shè)是人工智能技術(shù)應(yīng)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(guān)數(shù)據(jù)描述構(gòu)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(diào)蓄泵房的水箱液位、設(shè)備開關(guān)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(zhì)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(chǔ)數(shù)據(jù)項;而二次供水設(shè)施建設(shè)檔案信息，包括規(guī)格、型號、材質(zhì)、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(chǔ)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(gòu)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(shè)備廠商主導建設(shè)的二次供水增壓調(diào)蓄設(shè)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(shè)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(shè)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(chǔ)，大部分城市供水企業(yè)還需要一個夯實基礎(chǔ)、逐步發(fā)展的過程。

建議供水企業(yè)在規(guī)范二次供水設(shè)施建設(shè)、接管二次供水運營管理的過程中，著重強調(diào)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(shù)，克服數(shù)據(jù)采集的技術(shù)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(shè)，為構(gòu)建真正高效的智慧水務(wù)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(yīng)用

事物發(fā)展總是需要由量變到質(zhì)變的過程，人工智能技術(shù)在二次供水領(lǐng)域的應(yīng)用也需要隨著相關(guān)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(diào)蓄泵房通過網(wǎng)絡(luò)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(diào)蓄泵房的報警信號，哪些屬于設(shè)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(shè)備具體特性的了解和經(jīng)驗，再結(jié)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(yīng)的不同響應(yīng)安排，經(jīng)過一段時間的不同信號對應(yīng)具體“場景”及其“判斷和響應(yīng)”的積累，利用人工智能技術(shù)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(yīng)效率，提高運維團隊工作效率和二次供水服務(wù)質(zhì)量。

接著是“設(shè)施運行質(zhì)量評價”：某個二次供水單元發(fā)生供水故障需要維修時，應(yīng)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(yīng)該安排哪個單元哪個設(shè)備實行更新改造？此時，在設(shè)施建設(shè)檔案系統(tǒng)提供的材質(zhì)、使用年限等信息基礎(chǔ)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(zhì)、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(gòu)建“設(shè)施運行質(zhì)量評價模型”，關(guān)鍵在于各數(shù)據(jù)信息項的權(quán)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(jié)合這類非技術(shù)性因素，就能夠形成“設(shè)施運行質(zhì)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(jié)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(zhì)問題需要精準的進水控制。某一時點的水箱液位、箱內(nèi)水體停留時間、水質(zhì)等數(shù)據(jù)均可明確量化并控制調(diào)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(shè)、管網(wǎng)信息化技術(shù)應(yīng)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(shù)“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(yīng)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(guān)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(shù)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(shù)上很有挑戰(zhàn)性，正是人工智能技術(shù)的用武之地。

結(jié)語

城市供水支撐了城市快速發(fā)展，隨著城市建設(shè)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(shù)和管理上的迫切難題。人工智能技術(shù)應(yīng)用以數(shù)據(jù)采集和信息化建設(shè)為基礎(chǔ)條件，具備條件的城市供水企業(yè)應(yīng)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(zhì)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(zhì)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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