Word文檔數(shù)字水務(wù)及其在污水處理廠中的應(yīng)用探索前言

規(guī)模經(jīng)濟性、基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)壓力，以及創(chuàng)新意愿使得城市成為應(yīng)用才智技術(shù)的最佳場所。才智城市將整合物質(zhì)系統(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)和人類系統(tǒng)，并為市民制造可持續(xù)、富強、包涵的進展成果，而基礎(chǔ)設(shè)施的擴張和連接是衡量才智城市建設(shè)勝利與否的關(guān)鍵。水資源作為城市做重要的資源之一，與市民的生活休戚相關(guān)。水務(wù)行業(yè)將直接影響新型才智城市評價標準框架（GB/T33356-2021）所述的城市服務(wù)、城市管理、公共平安、生態(tài)宜居等客觀指標，對市民體驗也具有很大影響，因此其數(shù)字化、智能化是建設(shè)新型才智城市的重要組成部分。與此同時，基礎(chǔ)設(shè)施老化、極端天氣的持續(xù)增多、城市人口的過度集中，加速了水資源短缺，并引發(fā)一系列水質(zhì)及水平安問題，面對這些壓力，進展數(shù)字水務(wù)將有助于促進城市水務(wù)管理的轉(zhuǎn)型，并為行業(yè)及消費者帶來全新變革。

本文在綜合國內(nèi)外學者、機構(gòu)討論的基礎(chǔ)上，結(jié)合國際數(shù)字水務(wù)最新報告，對業(yè)務(wù)領(lǐng)域、價值潛力、應(yīng)用場景等方面對數(shù)字水務(wù)進行分析介紹，最終落腳于數(shù)字水務(wù)在污水廠中的應(yīng)用探究。

不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)字化進展

才智水務(wù)包括水務(wù)信息采集、傳輸、存儲、處理和服務(wù)，可提升水務(wù)管理的效率和效能，實現(xiàn)更全面的感知，更主動的服務(wù)，更整合的資源，更科學的決策，更自動的掌握和更準時的應(yīng)對。水務(wù)業(yè)務(wù)可以劃分為基礎(chǔ)業(yè)務(wù)、條塊業(yè)務(wù)以及支撐業(yè)務(wù)，田雨等人認為四大條塊業(yè)務(wù)即防汛業(yè)務(wù)、水資源管理業(yè)務(wù)、水生態(tài)管理業(yè)務(wù)和水環(huán)境管理業(yè)務(wù)是數(shù)字水務(wù)建設(shè)中最為重要和最為迫切的建設(shè)領(lǐng)域。四大條塊業(yè)務(wù)的數(shù)字化都是建立在信息感知更全面的基礎(chǔ)之上，但各自進展側(cè)重點不盡相同其中防汛業(yè)務(wù)體現(xiàn)在應(yīng)急預警方面，水資源管理業(yè)務(wù)體現(xiàn)在資源整合、主動服務(wù)等方面，而水生態(tài)管理和水環(huán)境管理業(yè)務(wù)體現(xiàn)在科學決策、智能掌握等方面。

以防汛業(yè)務(wù)為例，隨著極端天氣頻發(fā)，數(shù)字業(yè)務(wù)可以實時監(jiān)控洪水發(fā)生的可能性和影響，從而降低洪水帶來的傷亡和經(jīng)濟損失，為災后重建供應(yīng)關(guān)心；可以通過遙感技術(shù)、水利模型等管理雨水徑流和極端天氣大事造成的城市內(nèi)澇；可以通過傳感器、監(jiān)控設(shè)備等對城市排水系統(tǒng)進行聯(lián)動調(diào)控，防止洪澇災難發(fā)生。在2021年颶風厄瑪席卷佛羅里達之前，奧蒙德海灘在五處可能發(fā)生洪災的湖泊上安裝了傳感器。當時，傳感器和軟件檢測到暴雨即將來臨，于是系統(tǒng)提前排水，自動降低了儲水池的水位，而湖泊排水系統(tǒng)上的天氣感應(yīng)閥門則在暴雨前自行啟動，避開了一場洪災的發(fā)生。

數(shù)字水務(wù)的價值潛力

數(shù)字技術(shù)將關(guān)心水務(wù)行業(yè)自身制造出多種價值，如：降低運營成本、優(yōu)化現(xiàn)有資產(chǎn)、提高員工參加度與生產(chǎn)效率等。除此之外，數(shù)字水務(wù)的應(yīng)用還將對用戶及環(huán)境帶來深遠影響，如水務(wù)公司運營和財務(wù)方面的數(shù)字化方案都將有助于提高用于體驗（可參照電子賬單推送、線上繳費、網(wǎng)絡(luò)報修等服務(wù)），污水收集系統(tǒng)的實施數(shù)據(jù)傳輸、流域傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立則將盡可能削減污染，以最大的力度愛護環(huán)境。

1、市場價值

（1）降低運營成本

數(shù)據(jù)、傳感器可以用來實時跟蹤、分析大量的有關(guān)能源消耗、化學品使用、運行維護和系統(tǒng)性能的數(shù)據(jù)；資產(chǎn)管理系統(tǒng)和財務(wù)跟蹤工具可以確定運營成本，并提高流程的效率。通過長時間的數(shù)據(jù)收集與管理，可以得到運營成本基線并進一步推斷將來趨勢，這將確保系統(tǒng)以最優(yōu)和成本效益最高的方式運行，在削減資源消耗的同時降低服務(wù)成本。

（2）優(yōu)化現(xiàn)有資產(chǎn)

我國城市進展由"增量擴張'向"存量優(yōu)化'的轉(zhuǎn)型已得到政府及社會各界的廣泛重視。水務(wù)行業(yè)作為重資產(chǎn)行業(yè)，隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的完善，如何通過優(yōu)化的方式來應(yīng)對基礎(chǔ)設(shè)施的老化將成為今后調(diào)整水務(wù)結(jié)構(gòu)與功能的重點。以我國排水管道為例，截止到2021年底，我國城市排水管道長度總量達到63.0萬千米，其中超過27萬千米排水管網(wǎng)的使用年齡在十年以上，管道功能性缺陷及結(jié)構(gòu)性缺陷長度占比超過30%，解決缺陷時畢竟是修理還是更換才能達到功能保障及經(jīng)濟最優(yōu)，是目前管道修復工程面臨的最直接問題之一。猜測數(shù)據(jù)分析與決策優(yōu)化系統(tǒng)工具相結(jié)合可以解決此類問題，其提出猜測性資產(chǎn)管理方案用于修復老化資產(chǎn)，優(yōu)化資產(chǎn)績效。

（3）提高生產(chǎn)效率

水務(wù)管理具有一系列簡單的數(shù)據(jù)采集設(shè)施，如流量計、傳感器、視頻監(jiān)控等，但這些數(shù)據(jù)簡單而浩大，運行人員無法將這些數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，從而識別其中存在的問題與隱患。智能監(jiān)控及分析系統(tǒng)可以統(tǒng)籌不同來源的數(shù)據(jù)，收集保存至中央存儲器，經(jīng)過一系列運算分析后以圖表等形式直觀的呈現(xiàn)在運行人員面前，使他們可以將精力及留意力集中在系統(tǒng)所反映的特別數(shù)據(jù)上，從而提高生產(chǎn)效率。除此之外，一些移動終端如智能收集、平板電腦的使用，也可以使員工更快更輕松的完成工作，同時提高工作中收集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精確?????性。

2、非市場價值

（1）增加用戶體驗

為了提高可持續(xù)性，加大水資源愛護力度，水務(wù)公司開頭制定創(chuàng)新戰(zhàn)略，以便提高消費者參加度，重塑人們的用水觀念。除此之外，水務(wù)公司正在努力打造一個功能齊全的線上網(wǎng)路綜合運營系統(tǒng)，全面優(yōu)化各類服務(wù)，包括：抄表、計費、客戶服務(wù)、收款和財務(wù)報告等?？偟膩碚f想讓用戶轉(zhuǎn)變用水習慣，就要供應(yīng)更為便捷的服務(wù)，盡量降低對用戶日常生活習慣的影響。昆士蘭麥凱區(qū)市政府則引入了自動抄表技術(shù)，關(guān)心消費者更好地管理用水，節(jié)省開支。假如消失漏水現(xiàn)象，數(shù)字水表還能準時警告消費者和當局，便利當局盡早解決問題，削減水資源的鋪張。AI談天機器人等新數(shù)字技術(shù)可以隨時為消費者答疑解惑，為加強用戶參加供應(yīng)了極大的可能，同時還能推送用戶快訊，供應(yīng)用水和節(jié)水信息。

（2）降低管理風險

風險管理是水務(wù)行業(yè)的重要組成部分，其對于維護公用系統(tǒng)有效性、公共平安和民眾信任至關(guān)重要，使用先進的數(shù)字技術(shù)進行風險猜測及管理，可以關(guān)心水務(wù)部門或公司發(fā)覺問題并在其變?yōu)楣泊笫虑皩嵭邢鄳?yīng)的措施賜予應(yīng)對。以管網(wǎng)漏損為例，隨著數(shù)字水務(wù)的推動，供水單位獵取了越來越多的數(shù)據(jù)如GIS數(shù)據(jù)、水質(zhì)/流量/壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)、日常維護數(shù)據(jù)等，通過挖掘這些大數(shù)據(jù)所蘊含的信息，可以用于幫助供水管網(wǎng)的漏損檢測，從而降低管理風險。

（3）愛護人類及環(huán)境健康

公共事業(yè)需要把愛護人類及環(huán)境健康放在首位，但傳統(tǒng)模式可能由于紙質(zhì)資料不便捷、動態(tài)更新不準時、巡檢工作效率低、分析問題無依據(jù)等問題造成監(jiān)管不及、不得當甚至是缺乏監(jiān)管，至使環(huán)境污染大事頻發(fā)。數(shù)字技術(shù)為監(jiān)管供應(yīng)了手段及依據(jù)。以水體、流域為例，可以通過設(shè)置原位傳感器或分析儀對水質(zhì)進行測量，并結(jié)合流域尺度的氣候模型、水利水質(zhì)模型對污染物的濃度、分布、遷移等進行監(jiān)測及推斷。

污水處理廠中的應(yīng)用探究

1、國內(nèi)外污水廠數(shù)字化現(xiàn)狀

歐美國家的污水處理事業(yè)相對完善，并結(jié)合通信、自動化、計算機等領(lǐng)域的科研成果，逐步邁向數(shù)字化。以美國芝加哥Stickney廠為例，其監(jiān)控系統(tǒng)高度自動化，掌握系統(tǒng)可通過算法對設(shè)備及工藝進行優(yōu)化，形成了自動采集、自動推斷、自動調(diào)整、自動掌握四位一體的運行模式。德國不來梅Oppolzer的污水廠高度智能化，整個廠區(qū)只有幾個運行人員來負責廠區(qū)日常記錄，其他管理都由數(shù)據(jù)中心的電腦進行掌握。亞洲地區(qū)日本污水處理監(jiān)控技術(shù)較為突出，其數(shù)字系統(tǒng)的特點為監(jiān)控系統(tǒng)小型化結(jié)合多傳感器融合技術(shù)。

目前國內(nèi)污水廠自動化程度不高，設(shè)備運行通常處于半自動狀態(tài)，例如：粗格柵及提升泵房的提升泵處于現(xiàn)場手動掌握或上位機遠程單純啟停，沒有實現(xiàn)依據(jù)污水流量而自動調(diào)整提升泵頻率、亦沒有依據(jù)提升泵的運行時間長短來掌握泵的啟停；二沉池的污泥輸送機及剩余污泥泵沒有聯(lián)動掌握系統(tǒng)，致使工作人員需依據(jù)污泥量的多少掌握污泥輸送機的數(shù)量及運行。監(jiān)控手段以PLC監(jiān)控系統(tǒng)為主，隨著網(wǎng)絡(luò)進展，計算機與互聯(lián)網(wǎng)組成的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)開頭得以應(yīng)用，實現(xiàn)了遠程查看。目前，隨著無線傳感技術(shù)的突破以及無線網(wǎng)絡(luò)的成熟，遠程無線監(jiān)控成為新的進展主流，技術(shù)人員將無線傳感器布局在檢測區(qū)域，組成傳感器陣列，以無線跳動的方式傳輸信號，進而匯總到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，再以GPRS無線技術(shù)傳輸出去。

2、數(shù)字化在污水廠中的應(yīng)用探究

（1）BIM建模/無人機傾斜攝影+地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)應(yīng)用

通過BIM建模/無人機傾斜攝影+GIS技術(shù)，污水廠可以實現(xiàn)對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源的數(shù)字化、可視化管理，將地圖元素、地面、地下空間信息融入到管理系統(tǒng)之中，通過采納三維模擬技術(shù)對廠內(nèi)建構(gòu)筑物進行詳實的展現(xiàn)，其中BIM建?？捎糜谛陆ㄎ鬯幚韽S，無人機傾斜攝影技術(shù)可用于已建污水處理廠。通過此聯(lián)合技術(shù)的應(yīng)用，將工程階段產(chǎn)生的數(shù)字化信息貫穿于整個建設(shè)管理中，解決大量信息的溝通、協(xié)調(diào)問題，為設(shè)計、施工以及運營單位在內(nèi)的各參建主體供應(yīng)協(xié)同工作的基礎(chǔ)，構(gòu)建基于5G+BIM技術(shù)的工程建設(shè)全生命周期管理將是污水廠將來數(shù)字化進展的主要趨勢之一。

（2）移動終端設(shè)備應(yīng)用

為運行人員供應(yīng)諸如智能手機，平板電腦等移動設(shè)備，使污水廠員工能夠在巡檢過程中更快更輕松地完成工作，同時提高工作中收集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量和精確?????性。這些終端的數(shù)據(jù)將上傳至數(shù)據(jù)中心，有利于其他人員查看，并保障了數(shù)據(jù)的完整性，為大數(shù)據(jù)分析供應(yīng)了依據(jù)和基礎(chǔ)。

（3）增加現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實（AR和VR）應(yīng)用

AR和VR技術(shù)也具有寬闊的進展空間，其可通過供應(yīng)建構(gòu)筑物、設(shè)備、管道、線纜等資產(chǎn)的全息圖像，為員工開展浸入式場景培訓，此外，還可以讓員工在沒有預先大量儲存相關(guān)學問的狀況下，通過可視化指導對設(shè)備進行問題識別甚至是檢修。

利用AR技術(shù)供應(yīng)的文本輸入功能，現(xiàn)場工作人員可以使用它來快速共享信息。通過AR技術(shù)，可以推斷哪些設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，同時結(jié)合數(shù)據(jù)分析，可以實現(xiàn)預防性的設(shè)備維護。再結(jié)合GIS、傳感器、數(shù)字孿生技術(shù)，可以更進一步的生成物理系統(tǒng)的運行副本，對污水廠的功能進行模擬，并直觀的進行監(jiān)控，提高污水廠猜測性維護及事故預防力量。

（4）5G技術(shù)應(yīng)用

隨著4G進入規(guī)模商用，面對2021班級將來的第五代移動通信（5G）已成為全球通信進展熱點。相對4G，5G將以一種全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，供應(yīng)縫制10Gbps以上的帶寬、毫秒級時延，及超高密度連接，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能新的躍升。相比于4G以人為中心的移動寬