引言传统水厂利用自动化技术进行简单的远程控制，依靠人工巡检和经验判断实现对水厂的控制，水厂运行的可靠性和效率均需要进一步提高。目前，我国正在大力发展智慧城市的建设，智慧水务[1-4]的建设中，需要解决排水企业中综合生产运管平台[5-7]监督不到位、数据分析体系不完善、信息孤岛等问题。综合生产运管平台结合大数据和移动互联等技术，能够实现对污水厂区的实时监管和可移动化[8-12]管理，用户可以利用综合生产运管平台随时、随地对全厂的运行工艺及数据进行全方位的综合管理，实现对污水厂运行状态的实时监视、数据分析、远程协助及设备控制等操作，简化运行管理人员的工作方式，降低企业经营过程中人工干预参与度，全面提升排水企业的综合管理和监督能力。以某污水处理厂为例，设计综合生产运管平台，为智慧水务建设提供参考。1综合生产运管平台整体结构综合生产运管平台主要由运营分析、现场监控、运营管理、设备管理、库存管理、报表管理、能耗分析、出水预测和学习园地共9个板块组成。综合生产运管平台整体结构如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.019.F001图1综合生产运管平台整体结构建立污水厂运行的关键绩效指标评估机制，从管理质量、能耗分析、设备运行效率、运行工艺参数等方面，定期对污水厂的运行管理状况进行综合评定。应用绩效评估指标体系，通过信息系统对污水厂的业务管理数据进行统计计算与评估分析，以多维度统计图表的方式展现绩效结果，识别污水厂运行管理的薄弱环节，为污水厂的运行管理优化提供数据和决策支持，使管理者的决策更加综合、合理、可行，为全厂的可视化、精细化、智能化运营提供参考。1.1运营分析为了方便管理者了解和合理运用污水处理厂的运营数据，采集和统计生产过程产生的数据，运营分析主要由运营统计、运行统计、药耗统计、考勤统计、运营质量共5个模块组成。运营统计模块主要对年处理水量、成本费用、年电量、污水处理量、湿污泥量、出水合格率等指标进行月统计，将每月的计划与实际数据差异进行对比。将统计数据以柱状图、饼图和表格的形式进行展示。运营统计模块界面如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.019.F002图2运营统计模块界面运行统计模块主要统计厂区生产时产生的数据，包括出水水质实时数据、污水处理量、污泥处理量、加药量、水电费、吨水药费和运行指标数据的百分比。运行统计模块界面如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.019.F003图3运行统计模块界面药耗统计模块主要统计厂区各个工艺段所需药品的用量和库存量，方便管理人员随时查看药耗的使用情况和剩余情况，及时购买药品。考勤统计模块主要统计每日的出勤人数、每日出勤率、月出勤率。利用该模块可以实时掌握人员的出勤情况，实现对厂区人员的监督管理。运营质量模块对污水厂月度和年度的运营质量进行评价，从设施设备利用率、环境效益、能耗物耗和设施设备完好率共4个方面对污水厂的综合质量进行评价，最终得出该污水厂运营质量得分。1.2现场监控现场监控主要监控整个厂区的生产和重要监控点，包括工艺画面、在线监测、虚拟水厂、工况回放和视频画面共5个方面。工艺画面模块将整个厂区的工艺制成一张动画图，图中实时显示厂区重要设备的运行状态、进出水水质以及其他重要工艺参数，5 s刷新一次数据，能够保证数据的实时性和有效性。在线监测模块将构筑物分类，实时监测运行数据，每5 min保存一次数据；为了方便查看，可以选择个人关注，将重要的数据置于数据顶端，同时也可以选择对象查看其折线图。虚拟水厂模块通过VR拍摄制作，可以点击图上的热点信息查看不同场景，部分场景添加数据热点进行实时监测，点击热点信息可以查看当前数据图形分析。虚拟水厂模块界面如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.019.F004图4虚拟水厂模块界面工况回放模块与工艺画面相似，可以在图中选择回放区间对历史画面进行回放。视频画面模块连接厂区摄像头，进行实时监控，点击播放按键播放当前画面，点击照片图标可以查看抓拍画面，每2 h抓拍一次。视频画面模块界面如图5所示。当系统检测发现运行异常情况，可以立即发布预警和报警信息，并以短信、电话等方式发送至相关人员。通过调取相应监测点的视频监控录像启动专家系统，进行故障诊断与风险预测，形成监控、报警、诊断的一体化联动机制。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.019.F005图5视频画面模块界面1.3运行管理运行管理模块内容包括值班统计、值班记录和报警日历。值班统计模块根据月份统计值班人员值班次数、按时交接班率、值班人次的统计。值班记录模块可以查看每日巡检班组值班任务及完成情况。报警日历模块按照月份查看记录，点击标记可以查看告警记录。运行管理模块界面如图6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.019.F006图6运行管理模块界面1.4设备管理设备管理主要对厂区设备信息进行统计和分析，包括设备统计、异常维修、设备档案、维修档案、完好统计和统计分析共5个方面。设备统计模块记录设备分类、设备完好率、设备分布等内容，能够展现厂区设备的使用情况。设备统计模块界面如图7所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.019.F007图7设备统计模块界面异常维修模块统计异常分类、维修次数、异常完成率、异常处理率、维修费用等内容。设备档案模块可以按照构筑物分类查看所有设备列表，构筑物名称可以与在线监测中的名称不一致，由厂区自行设置。在线监测的数据按照构筑物类型划分，设备档案按照名称划分，可以通过点击设备名称对设备信息进行修改和关联。维修档案模块主要记录历史点检异常、维修、大修情况，方便管理者对维修的历史情况进行查看。统计分析模块主要统计设备运行期间的相关参数，按工艺段划分，统计某工艺段使用设备的运行台数、运行时长、累计异常警告次数、维护次数等信息，为污水厂更换设备提供参考。1.5库存管理库存管理内容包括库存统计、入库管理和存量盘点。库存统计模块进行库存商品信息统计、分类金额占比计算、出入库统计、月度入库金额统计。入库管理模块主要为商品添加入库记录，便于后续统计。利用存量盘点模块可以查询商品库存余量和当月出入库统计信息。1.6报表管理快速便捷地生成各类报表可以为企业的运营管理、决策提供参考数据。综合生产运管平台的报表管理包括数据管理、数据配置、报表配置和报表管理功等4个方面。数据管理模块中，每个数据均具有唯一的数据编号，部分数据可以通过配置公式计算得出，用户可以自行添加分类对数据进行管理。数据管理模块界面如图8所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.019.F008图8数据管理模块界面数据配置模块根据用户的需求配置每个角色的读写权限，同时可以显示周期、填报期限、计算时间、填报角色和查询角色。报表配置模块对报表周期、操作权限和报表数据进行配置，根据报表模板配置对应单元格数据，实现报表的灵活配置。报表配置模块界面如图9所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.019.F009图9报表配置模块界面报表管理模块可以一键生成报表，实现报表的批量下载，方便管理者对报表进行管理。1.7能耗分析能耗分析主要分析厂区用电量，包括电耗统计、电费管理、电表统计和电费分析等模块。板块统计了总电量、尖时电量、峰时电量、平时电量、谷时电量的占比和各个单元的电量占比。通过统计分析每个单元所需的电量，为用户提供准确的用电信息和决策方案。1.8出水预测出水预测板块主要预测污水厂的总氮（TN）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）和氨氮（NH-N）等参数，算法利用Jaccard相似度系数比较选定区域的连续水质数据，与历史生产数据中截取的样本集进行相似性与差异性比较，实现对出水水质的预测。采用Jaccard系数进行相似度计算时，需要计算两个集合的交集和并集。海量维度场景下，计算时间和空间的复杂度非常大。采用minHash哈希算法可以减少计算的复杂度。建立分析模型，根据污水厂的实际工艺流程进行配置并添加历史数据完善模型。进水数据与历史数据进行对比，预测出水数据。1.9学习园地学习园地板块展示行业资讯、学习资料、规则制度和运行规范，用户可以自行上传相关行业资讯的网址链接、相关学习资料、公司的规则制度和运行规范。除了行业资讯，其他上传的资料可以为jpg、png、pdf、xls、doc、ppt、mp3、wav、mp4和avi文件。浏览运行规范时，可以选择不同人声的语音播报。2综合生产运管平台移动端综合生产运管平台不仅提供网页版本，同时也提供移动端工具。摆脱工作对固定办公环境和网络的依赖，将网页版的功能衔接至移动App。移动端展示界面如图10所示。用户可以随时地查看污水厂的运营情况，实时监测污水厂的运转过程，同时提供新型的巡检方式，方便管理者对巡检人员的监控，为污水厂安全性提供保障。10.3969/j.issn.1004-7948.2022.11.019.F010图10移动端展示界面3应用效果与评价分析利用综合生产运营平台加强了对设备的基础维护和状态评估工作，有助于减少设备备件库存和维修次数，降低设备维修费用，提高设备维护效率，提供设备技改依据，合理管理备件库存，提高设备管理资金的周转率。通过设备全生命周期管理控制，预估节省5%~10%的维修费用。通过故障分析可以对设备状态、生产工艺进行可视化分析，降低对传统人工经验的依赖性。运行管理系统可以实时查询巡检轨迹，优化巡检人员的巡检路径。采用标准化管理提升了巡检人员的工作执行效率。平台对各个板块的数据、出水预测结果进行分析，为管理者提供决策思路，为厂内安全生产运行供参考依据。通过进水水质预测出水水质指标，保证厂内设备的安全稳定运行。4结语综合生产运管平台的网页版和移动App实现了对污水厂工艺段、值班人员全方位的监管，简化了管理人员的工作方式。通过各个板块进行数据分析和出水预测，减少了企业在经营过程中人工的干预程度，减轻对人为经验的依赖程度。平台全面提升了排水企业的综合管理和监督能力，实现对污水处理厂生产全方位、全过程、全人员的控制和管理，达到节能降耗的目的。