揭秘"智能水厂"的"亦庄智慧"节能率赶超行业标杆新加坡

全区一半以上的工业用水为再生水、万元GDP水耗仅为全市四分之一、新增产业项目不用新水……北京经济技术开发区（简称经开区，也称北京亦庄）取得的一系列水循环利用成果，离不开"第二水源"再生水。在北京经开区，一座国际领先的智能制水原型母工厂破茧而出。智能制水原型母工厂与常规的再生水厂有何不同？如何实现快速复制建设？如何进一步提升水循环利用水平？近日，记者带着这些问题，走进位于北京经开区西环南路上的智能制水原型母工厂进行探秘。

一键点击秒变无人工厂

走进智能制水原型母工厂，两米多高的污水处理设备排成排，组成再生水产线。现场设备运转声持续，监测数据仪表上的数据跳动，却不见设备操作人员。

来到中控室才发现奥秘。两名工程师盯守在集中控制平台前，此时一组设备已连续工作33小时，正赶上启停操作，只见一名操作人员移动鼠标打开相应界面，点击了一下启停按钮，显示大屏上的5个开关图标依次由绿变红、由红变绿。"作为24小时运转的再生水厂，生产设备需要轮换停机'休息'，保障生产质量。"工厂负责人说，这样的启停操作是常规操作，以前一次启停操作可没有一键操作这么简单。

记者在显示大屏上看到，每一个开关图标对应着现场设备上的每一个控制阀或开关，多个控制阀和开关相互配合、有序动作，完成正冲、运行、反洗等多个程序，才实现一次启停。以前启停操作需要多名操作人员到现场，手持对讲机不停交流，手动打开或关闭控制阀和开关，共同配合完成，操作时间在20分钟以上。从2020年下旬智能制水原型母工厂建成试运行以来，每台设备上的控制阀和开关实现了自动化，通过工业互联网技术，集中到控制平台，利用集中控制系统，点击一键就能完成以前一队人、20多分钟的操作。

不仅是启停操作，集中控制平台如同整个工厂的操作面板，加药、开机等工厂所有常规操作，都能通过平台一键点击，设备自动完成。"整个工厂以前需要20多名工作人员在现场不停记录数据与操作，如今只需要5人倒班在中控室盯守、操作，就能实现工厂24小时运转。"工厂负责人说，整个工厂已经成为无人工厂、黑灯工厂，未来还将应用虚拟现实技术，除常规操作以外的设备保养、检修工作也实现智能化。

传感平台让生产更精细

跟随工作人员走进智能制水原型母工厂内部，来到生产级中试测控平台，其外观看上去与其它生产设备无异，但功能却极为关键。

"随着气候的变换、添加新药剂、工艺改善，水处理质量会有波动，需要频繁实验采集数据，指导调整生产设备，保障产水质量。"工厂负责人指着旁边两台稍显低矮的设备介绍，这是以前采用的小试、中试平台，只能进行离线状态的独立实验，而创新研发出的生产级中试测控平台，在生产过程中就能进行实验检测。

生产级中试测控平台由四组特殊定制的反渗透模块和配套的多传感器系统组成，嵌套在整套生产设备中间。平台侧面两排正方形的白色仪表格外显眼，表盘上显示的是设备内部传感器回传的电导率、浊度、压力、流量、ph值等常规数值实时数据。据崔勇介绍，此前只在生产设备的进水口与出水口安装传感器监测数据，现在有了生产级中试测控平台的加入，组成了多传感器系统，根据这些实时回传数据，指导所有生产设备调整参数优化水质。

而在被称为工厂"大脑"的监控中心，通过巨幅电子看板不仅能看到整个水厂的三维场景，还能看到传感器回传的电导率、浊度、压力、流量、ph值等实时数据，以及产能负荷、进水量、产水量等运行状态与图表分析。

"叮咚……"一声手机短信提示音响起，监控中心工作人员立即查看，根据信息显示数据，工作人员在监控中心操作系统相应位置输入数值，优化调整生产参数。原来，手机与监控中心的大数据系统绑定，设备生产监测数据传入大数据系统，经过分析后向手机推送信息，供工作人员调整。以前通过工作人员现场抄录仪表数据、分析运行状况进行设备调整，如今大数据系统收集数据并分析，指导工作人员精准调整，让调整工作从凭经验变为凭数据，提升了精细化与产水质量。

其中，反冲洗是再生水厂的关键步骤，设备工作一段时间，对过滤系统进行冲洗，保障处理质量。以前需要人工看见数据指导进行反冲洗，或通过控制系统设置每个固定时间阶段冲洗一次。现在，随着传感器传送实时监测数据，过滤系统需要冲洗时自动进行反冲洗，大大提高了生产效率。

数字工厂正在搭建形成

遍布在生产设备上的传感器，收集的大数据怎么用起来呢？对记者的疑问，工厂负责人解释说，"大数据系统是工厂大脑，未来将实现智能化、自动化生产，工厂内生产运行的所有数据，包括工作人员的操作数据，都收集在大数据系统里，供系统分析抓取，形成数字控制工厂运行的算法，数字孪生工厂正在搭建形成。这些参数积累起来的大数据，为新建复制再生水厂产水质量提供支撑。"

所谓数字孪生工厂，就是大数据系统中模拟的数字工厂，与现实中的工厂完全一致，最直接的体现就是，大数据预测的生产运行数据，与实时监测数据完全一致。在大数据系统中，代表通过算法预测的红色数值，与代表实时监测的绿色数值正快速接近。

当大数据系统的数据积累到一定程度、算法稳定了、预测数值与监控数值完全相符，数字孪生工厂就建成了。在智能制水原型母工厂中，手机推送信息、人工修改参数的手动模式将成为过去时，进入到系统根据实时监测数据的变化自动修正控制设备的智能化、自动化模式。而数字孪生工厂也是原型母工厂的关键部分，将与实体工厂共同复制建设，赋予复制再生水厂智慧大脑。

而随着生产级中试测控平台运行稳定性提升，整套生产设备的设计也将更加集约、合理，可以开发设计出模块化、拼装式设备，让再生水处理设施从工程变成产品，快速拼装建设的再生水厂，将完全复制标杆再生水厂的产水质量与效率。

目前，智能制水原型母工厂尚在持续优化升级阶段，生产效率与节能效果却已显现。数据显示，效率已从此前的75%提高到90%，达到了行业领先水平。效率提升的同时，节能量也持续提升。如今节电量达到了15%-30%，用1.33度电就能生产1吨水，比此前行业中能耗最低的新加坡新生水水厂能耗还低。

凭借着创新性与优秀表现，该水厂在清华大学专家的评审中，得到了多项技术填补国际空白的评价，并获得了北京市智能制造标杆称号，参与制定的ISO国际标准获得通过。

这样的智能制水原型母工厂，将在亦庄新城内优先复制建设。预计今年年内，在马驹桥智能制造基地复制建设，支撑数据存储、电子芯片等公司生产用水，同时也在亦庄新城范围内的集成电路装备材料产业园配套建设，用高品质工业用再生水，支撑集成电路产业高质量发展。