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北京航天智造科技發(fā)展有限公司（以下簡稱天智公司）隸屬于航天云網(wǎng)公司，是一家以“互聯(lián)網(wǎng)+智能制造”為核心業(yè)務的專業(yè)化公司，是復雜產(chǎn)品智能制造技術國家重點實驗室和北京市復雜產(chǎn)品制造工程研究中心的組成單位。

天智公司在虛擬樣機工程技術、復雜產(chǎn)品智能制造總體技術、智能制造系統(tǒng)支撐平臺等制造業(yè)信息化技術及應用方面擁有深厚基礎，是“云制造”等國家級重大項目的技術總體單位，在國際上率先提出了復雜產(chǎn)品集成制造及云仿真/云制造等智能制造系統(tǒng)相關創(chuàng)新技術理念。作為推進基于“互聯(lián)網(wǎng)+智能制造”開展云制造業(yè)務的實施主體，天智公司承擔航天云網(wǎng)的云制造、供應鏈系統(tǒng)、智慧工廠等核心業(yè)務，提供智能制造整體解決方案、智能工廠改造實施、企業(yè)信息化云服務等產(chǎn)品與服務。

航天云網(wǎng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺逐步發(fā)展成為一個跨行業(yè)、跨領域、跨地域“三跨”，全系統(tǒng)、全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈“三全”的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，橫向支持企業(yè)互聯(lián)，縱向支持企業(yè)虛實結合的數(shù)字化應用。基于INDICS平臺的智慧供熱云平臺，通過對供熱全過程、全要素數(shù)據(jù)的挖掘分析，深挖供熱數(shù)據(jù)的潛在價值，為智慧供熱提供決策服務支持，最終達到供熱調(diào)節(jié)經(jīng)濟化、安全化、智能化的結果。

一、 項目概況

1. 項目背景

青島金澤熱力有限公司成立于2002年6月，廠區(qū)占地面積2.67公頃，鍋爐房一座，裝有5臺29MW熱水鍋爐，供熱能力145MW，一次管網(wǎng)長度28公里，二次管網(wǎng)長度126公里，所轄換熱站30座，居民用戶36479戶，工業(yè)用戶6戶，入網(wǎng)供熱面積約348萬平米。

目前大部分供熱系統(tǒng)存在以下問題：

（1）數(shù)據(jù)利用率低，存在信息孤島

熱源、管網(wǎng)、換熱站、熱用戶的相關運行參數(shù)采集比較完善，但在數(shù)據(jù)的深層次分析、系統(tǒng)化運用、入戶供熱調(diào)節(jié)方面較欠缺，在一定程度上，造成了“數(shù)據(jù)資源”的浪費，同時，也為“數(shù)據(jù)分析節(jié)能”留存了空間。

（2）能耗參差不齊，能源浪費嚴重

熱源、換熱站存在＂髙投訴、低效率＂的情況，運行的好壞，直接影響供熱品質(zhì)。管理方面相對粗放，造成了能源浪費、室溫合格率較低等問題，影響了供熱品質(zhì)。

（3）運行管理粗放，自控水平偏低

大部分換熱站采用人工操作，依賴工作人員的習慣進行控制，系統(tǒng)調(diào)節(jié)處于盲目狀態(tài)，缺少切實有效的操作依據(jù)，造成換熱站運行管理不科學，節(jié)能工作難以展開，供熱質(zhì)量難以保障。

2. 項目簡介

綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)模型應用技術，形成了“信息流為核心，大數(shù)據(jù)為導向，并行運算為支撐”的服務支撐體系。對現(xiàn)有業(yè)務系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)整合，實現(xiàn)了熱網(wǎng)循環(huán)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的獲取、融合、挖掘、建模、可視化等功能，通過對供熱全過程、全要素數(shù)據(jù)的挖掘分析，深挖供熱數(shù)據(jù)的潛在價值，為智慧供熱提供決策服務支持，最終達到供熱調(diào)節(jié)經(jīng)濟化、安全化、智能化的結果。

3. 項目目標

利用大數(shù)據(jù)、云計算、融合數(shù)據(jù)建模等技術，與傳統(tǒng)供熱行業(yè)的結合，搭建面向熱力行業(yè)的大數(shù)據(jù)云平臺。以系統(tǒng)集成、異構數(shù)據(jù)融合、供熱系統(tǒng)建模為核心，實現(xiàn)經(jīng)濟、安全、智能供熱，達到滿足居民供熱需求與節(jié)約能源的目的。

（1）搭建面向熱力行業(yè)的大數(shù)據(jù)云平臺

將換熱站PVSS系統(tǒng)、熱源DCS系統(tǒng)、脫硫脫硝系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、換熱站SCADA系統(tǒng)、分戶計量系統(tǒng)、室溫采集系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、客服系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)等25個系統(tǒng)，統(tǒng)一整合到智慧供熱管理化平臺，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、關系數(shù)據(jù)的融合共享。針對不同類型數(shù)據(jù)庫建立相應數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫以及接口。通過對多源異構數(shù)據(jù)的融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲和共享，按照供熱模型處理規(guī)則，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的關聯(lián)分析，提高調(diào)度效率。

（2）建立數(shù)據(jù)驅動的供熱模型

數(shù)據(jù)資源完成上下游整合，建立基于數(shù)據(jù)驅動的供熱模型，分為熱源預測模型、換熱站優(yōu)化模型、管網(wǎng)故障診斷模型等，將供熱系統(tǒng)全部環(huán)節(jié)打通，從熱源到換熱站、用戶，整體性分析，保證室溫達標的基礎上，更好的節(jié)約能源。為供熱安全經(jīng)濟調(diào)節(jié)、操作智能化提供技術支持。

二、項目實施方案

1. 項目總體架構和主要內(nèi)容

（1）總體架構

基于INDICS平臺智慧供熱云平臺總體架構如圖1所示，包括資源層、IIOT層、INDICS平臺層、應用層。

圖1 智慧供熱大數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)總體架構

資源層：主要涵蓋熱網(wǎng)運行過程的各個信息系統(tǒng)，包含換熱站PVSS系統(tǒng)、熱源DCS系統(tǒng)、脫硫脫硝系統(tǒng)、余熱回收系統(tǒng)、換熱站SCADA系統(tǒng)、分戶計量系統(tǒng)、室溫采集系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、客服系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)等。

IIOT層：提供自主知識產(chǎn)權的Smart IOT系列智能網(wǎng)關和虛擬網(wǎng)關SDK，實現(xiàn)異構數(shù)據(jù)的協(xié)議轉換，建立供熱大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)通路，構建平臺的數(shù)據(jù)基礎。

INDICS平臺層包括IaaS層、DaaS層和PaaS層三部分。

1）IaaS層：基于航天云網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，提供計算資源、網(wǎng)絡資源、存儲資源基礎設施。

2）DaaS層：在龐大的業(yè)務數(shù)據(jù)基礎上進行統(tǒng)一數(shù)據(jù)清理、存儲、處理，支持不同類型的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)供熱行業(yè)結構化、半結構化、非結構化數(shù)據(jù)的存儲。提供大數(shù)據(jù)管理工具和集成的第三方大數(shù)據(jù)管理引擎，解決大數(shù)據(jù)存儲與分析工具的集群化部署、服務配置管理、服務狀態(tài)監(jiān)控展示的問題，降低大數(shù)據(jù)平臺運維和使用的難度。提供數(shù)據(jù)流處理Spark和PIG等服務。內(nèi)置多種數(shù)據(jù)挖掘算法庫，支撐整體的數(shù)據(jù)增值業(yè)務。

3）PaaS層: 以Cloud Foundry基礎架構作為底層支撐架構，擴展基于Docker和Kubernetes的混合容器技術,提供彈性伸縮和服務編排功能。面向工業(yè)領域，提供微服務引擎IMSE、面向軟件定義制造的流程引擎IBPE、大數(shù)據(jù)分析引擎IBDA、仿真引擎ISE和人工智能引擎等工業(yè)PaaS服務，完成供熱行業(yè)工業(yè)APP的全生命周期管理。基于海量數(shù)據(jù)，深度挖掘數(shù)據(jù)信息，建立熱源預測模型、換熱站優(yōu)化模型、故障診斷模型、能耗分析模型等算法庫。

應用層：面向供熱行業(yè)，基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)多樣化、個性化的熱源預測、換熱站優(yōu)化分析、用熱量分析、信息查詢、管網(wǎng)能耗統(tǒng)計分析、GIS服務、故障診斷、報告報表等工業(yè)APP。

（2）主要功能

智慧供熱云平臺能夠提供基于專業(yè)供熱數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)挖掘與可視化分析展現(xiàn)功能，通過整合熱源、換熱站、管網(wǎng)、氣象、熱用戶數(shù)據(jù)及客服系統(tǒng)反饋信息，形成全熱網(wǎng)統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)挖掘分析平臺，幫助青島能源熱電有限公司及下屬熱力分公司掌握全熱網(wǎng)供熱各個環(huán)節(jié)運營狀況及客戶滿意度，通過整合現(xiàn)有粗放、零散、低效的數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)熱網(wǎng)的統(tǒng)一信息化協(xié)調(diào)監(jiān)管，針對性改善服務質(zhì)量，提供個性化服務，為節(jié)能降耗、運營管理和日常運作提供重要指導和支持。

圖2 青島能源智慧供熱云平臺

1）換熱站二次供熱溫度優(yōu)化曲線

根據(jù)大量歷史數(shù)據(jù)信息，基于數(shù)據(jù)驅動與機理分析，建立換熱站與二次供溫模型，指導供熱曲線，在極端天氣情況下，可以保證用戶室溫的穩(wěn)定性與供熱的經(jīng)濟性?？紤]中國北方地區(qū)溫度特性，結合所在地區(qū)居住人的熱中性溫度，豐富模型，起到保持室溫舒適的目的，如下圖所示。

2）熱源功率曲線優(yōu)化

基于大量歷史數(shù)據(jù)，得出一次網(wǎng)供熱溫度在不同工況下的純延遲與慣性時間?；跓嵩礄C理與數(shù)據(jù)驅動，建立精確的熱源預測模型，通過該模型得出熱源在室外溫度改變時，預測的熱源功率優(yōu)化曲線。進而保證合理的供熱量，保證換熱站的熱量供給，如下圖所示。

3）室溫合格率可視化

提供室溫合格率與室溫的可視化，通過數(shù)據(jù)脫敏，實時監(jiān)測供溫質(zhì)量情況，包括均溫，達標率，有利于運行管理粗，如下圖所示。

4）管道故障診斷

通過建立管道熱損模型，可以分析精確到每條管道的熱損情況。在發(fā)生管道泄漏時，及時報警，根據(jù)地理信息系統(tǒng)，及時得到坐標，避免造成大量損失，如下圖所示。

2.安全性及可靠性

結合智慧供熱云平臺的特點和要求，安全防護的原則高效、合理、經(jīng)濟并易于實施：（1）需求、風險、代價平衡分析的原則；（2）多重保護原則；（3）可評價性原則；（4）具有先進性、合理性、實用性、可擴展性；（5）技術與管理相結合原則。

依據(jù)安全需求和安全風險分析的結果，在遵循上述安全防護原則的基礎上，平臺安全防護的總體策略為：

分區(qū)部署：遵循內(nèi)外網(wǎng)隔離的原則，將智慧供熱云平臺中涉及Internet的業(yè)務及其功能模塊部署在信息外網(wǎng)。加強對部署在信息外網(wǎng)應用的安全防護，避免業(yè)務敏感信息的泄漏，以及成為黑客、計算機病毒的攻擊目標和跳板。理清智慧供熱云平臺與外圍接口模塊之間的邊界，針對不同的安全需求和安全風險，采取相應的安全措施。

應用加固：智慧供熱云平臺的安全不能完全依賴基礎環(huán)境和外圍安全設備的安全來保證。平臺自身具備有效的認證、授權和審計機制；在權限分級和數(shù)據(jù)分類的基礎上，能夠對關鍵操作、敏感數(shù)據(jù)進行重點防護；同時對外部攻擊和濫用具備一定的檢測和防御能力。

多層防護：針對不同的安全威脅和安全隱患，采用多種防護措施，多層次的加以保護，并加強不同層次之間的協(xié)同，建立一個完整的、縱深安全防護體系。

注重管理：“三分技術，七分管理”，完善安全防護的組織體系和制度建設，明確安全防護的責任與分工；加強安全運維和安全審計工作，根據(jù)安全風險的變化，持續(xù)改進安全防護策略；制定應急響應流程和事故處理流程，積極應對突發(fā)安全事件。

三、項目實施效果

（1）經(jīng)濟效益

針對30個換熱站，5臺鍋爐，供熱面積348萬平方米，通過模型與大數(shù)據(jù)結合技術，室溫合格率從97%上升到100%，系統(tǒng)可靠性從99%上升到100%，‘三來’上訪率降至0。在保證用戶室溫合格率的基礎上，單位采暖面積平均能耗由23.6W/m2減少到20.8 W/m2，單位采暖面積電耗由0.24W/m2減少到0.22 W/m2，供電耗標煤由43.5kg/GJ減少到40.7kg/GJ，取得了明顯的經(jīng)濟效益，如下圖所示。

圖17 經(jīng)濟效益

（2）管理效益

1）分散系統(tǒng)歸集統(tǒng)一

通過集成各個分散業(yè)務系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成管理，生產(chǎn)調(diào)度具有實時監(jiān)控、智能運行等手段。

2）提升供熱管控水平

根據(jù)模型計算、優(yōu)化，提供經(jīng)濟化、安全化運行調(diào)節(jié)方式，使整個業(yè)務系統(tǒng)覆蓋生產(chǎn)、運營與監(jiān)管，提升資源調(diào)度效率，整體提高管控水平。

3）管網(wǎng)可靠性提高

針對管網(wǎng)實時監(jiān)測，智能評估管道耗損情況與管道安全情況，及時發(fā)現(xiàn)設備故障信息，采取相關措施，保證設備安全穩(wěn)定長周期運行。

（3）社會效益

興業(yè)：通過能源熱力數(shù)據(jù)幫助企業(yè)做好能效管理，幫助企業(yè)節(jié)能，減少成本支出。

惠民：促進合理用能和能源消費模式變革，降低污染減排，提升環(huán)境質(zhì)量，以用戶熱舒適度為核心目標，提高用戶滿意度。

善政：推動跨領域大數(shù)據(jù)資產(chǎn)的共享融合，有利于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的開放，為國家大數(shù)據(jù)發(fā)展戰(zhàn)略的實現(xiàn)提供基層支撐和堅實保障，履行能源企業(yè)的責任。