前言

規(guī)模經(jīng)濟(jì)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)用智慧技術(shù)的最佳場(chǎng)所,。智慧城市將整合物質(zhì)系統(tǒng),、數(shù)字系統(tǒng)和人類(lèi)系統(tǒng),，并為市民創(chuàng)造可持續(xù)、繁榮,、包容的發(fā)展成果,，而基礎(chǔ)設(shè)施的擴(kuò)張和連接是衡量智慧城市建設(shè)成功與否的關(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)將直接影響新型智慧城市評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)框架（GB/T 33356-2016）所述的城市服務(wù)、城市管理,、公共安全,、生態(tài)宜居等客觀指標(biāo)，對(duì)市民體驗(yàn)也具有很大影響,，因此其數(shù)字化,、智能化是建設(shè)新型智慧城市的重要組成部分。與此同時(shí),，基礎(chǔ)設(shè)施老化,、極端天氣的持續(xù)增多、城市人口的過(guò)度集中,，加速了水資源短缺,，并引發(fā)一系列水質(zhì)及水安全問(wèn)題，面對(duì)這些壓力,，發(fā)展數(shù)字水務(wù)將有助于促進(jìn)城市水務(wù)管理的轉(zhuǎn)型,，并為行業(yè)及消費(fèi)者帶來(lái)全新變革。

本文在綜合國(guó)內(nèi)外學(xué)者,、機(jī)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上,，結(jié)合國(guó)際數(shù)字水務(wù)最新報(bào)告，對(duì)業(yè)務(wù)領(lǐng)域,、價(jià)值潛力,、應(yīng)用場(chǎng)景等方面對(duì)數(shù)字水務(wù)進(jìn)行分析介紹,，最后落腳于數(shù)字水務(wù)在污水廠(chǎng)中的應(yīng)用探索,。

不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)字化發(fā)展

智慧水務(wù)包括水務(wù)信息采集,、傳輸、存儲(chǔ),、處理和服務(wù),，可提升水務(wù)管理的效率和效能，實(shí)現(xiàn)更全面的感知,，更主動(dòng)的服務(wù),，更整合的資源，更科學(xué)的決策,，更自動(dòng)的控制和更及時(shí)的應(yīng)對(duì),。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(rèn)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,，但各自發(fā)展側(cè)重點(diǎn)不盡相同其中防汛業(yè)務(wù)體現(xiàn)在應(yīng)急預(yù)警方面，水資源管理業(yè)務(wù)體現(xiàn)在資源整合,、主動(dòng)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(xué)決策、智能控制等方面,。

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(shí)時(shí)監(jiān)控洪水發(fā)生的可能性和影響,，從而降低洪水帶來(lái)的傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,，為災(zāi)后重建提供幫助；可以通過(guò)遙感技術(shù),、水利模型等管理雨水徑流和極端天氣事件造成的城市內(nèi)澇,；可以通過(guò)傳感器、監(jiān)控設(shè)備等對(duì)城市排水系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)控,，防止洪澇災(zāi)害發(fā)生,。在2017年颶風(fēng)厄瑪席卷佛羅里達(dá)之前，奧蒙德海灘在五處可能發(fā)生洪災(zāi)的湖泊上安裝了傳感器,。當(dāng)時(shí),，傳感器和軟件檢測(cè)到暴雨即將來(lái)臨，于是系統(tǒng)提前排水,，自動(dòng)降低了儲(chǔ)水池的水位,，而湖泊排水系統(tǒng)上的天氣感應(yīng)閥門(mén)則在暴雨前自行啟動(dòng)，避免了一場(chǎng)洪災(zāi)的發(fā)生,。

數(shù)字水務(wù)的價(jià)值潛力

數(shù)字技術(shù)將幫助水務(wù)行業(yè)自身創(chuàng)造出多種價(jià)值,，如：降低運(yùn)營(yíng)成本,、優(yōu)化現(xiàn)有資產(chǎn)、提高員工參與度與生產(chǎn)效率等,。除此之外,，數(shù)字水務(wù)的應(yīng)用還將對(duì)用戶(hù)及環(huán)境帶來(lái)深遠(yuǎn)影響，如水務(wù)公司運(yùn)營(yíng)和財(cái)務(wù)方面的數(shù)字化方案都將有助于提高用于體驗(yàn)（可參照電子賬單推送,、線(xiàn)上繳費(fèi),、網(wǎng)絡(luò)報(bào)修等服務(wù)），污水收集系統(tǒng)的實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸,、流域傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立則將盡可能減少污染,，以最大的力度保護(hù)環(huán)境。

1,、市場(chǎng)價(jià)值

（1）降低運(yùn)營(yíng)成本

數(shù)據(jù),、傳感器可以用來(lái)實(shí)時(shí)跟蹤、分析大量的有關(guān)能源消耗,、化學(xué)品使用,、運(yùn)行維護(hù)和系統(tǒng)性能的數(shù)據(jù)；資產(chǎn)管理系統(tǒng)和財(cái)務(wù)跟蹤工具可以確定運(yùn)營(yíng)成本,，并提高流程的效率,。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)收集與管理，可以得到運(yùn)營(yíng)成本基線(xiàn)并進(jìn)一步判斷未來(lái)趨勢(shì),，這將確保系統(tǒng)以最優(yōu)和成本效益最高的方式運(yùn)行,，在減少資源消耗的同時(shí)降低服務(wù)成本。

（2）優(yōu)化現(xiàn)有資產(chǎn)

我國(guó)城市發(fā)展由“增量擴(kuò)張”向“存量?jī)?yōu)化”的轉(zhuǎn)型已得到政府及社會(huì)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(guò)優(yōu)化的方式來(lái)應(yīng)對(duì)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(diǎn),。以我國(guó)排水管道為例,，截止到2017年底，我國(guó)城市排水管道長(zhǎng)度總量達(dá)到63.0萬(wàn)千米,，其中超過(guò)27萬(wàn)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(zhǎng)度占比超過(guò)30%，解決缺陷時(shí)究竟是修理還是更換才能達(dá)到功能保障及經(jīng)濟(jì)最優(yōu),，是目前管道修復(fù)工程面臨的最直接問(wèn)題之一,。預(yù)測(cè)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(lèi)問(wèn)題，其提出預(yù)測(cè)性資產(chǎn)管理計(jì)劃用于修復(fù)老化資產(chǎn),，優(yōu)化資產(chǎn)績(jī)效,。

（3）提高生產(chǎn)效率

水務(wù)管理具有一系列復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集設(shè)施，如流量計(jì)、傳感器,、視頻監(jiān)控等,，但這些數(shù)據(jù)復(fù)雜而龐大，運(yùn)行人員無(wú)法將這些數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái),，從而識(shí)別其中存在的問(wèn)題與隱患。智能監(jiān)控及分析系統(tǒng)可以統(tǒng)籌不同來(lái)源的數(shù)據(jù),，收集保存至中央存儲(chǔ)器,，經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算分析后以圖表等形式直觀的呈現(xiàn)在運(yùn)行人員面前，使他們可以將精力及注意力集中在系統(tǒng)所反映的異常數(shù)據(jù)上,，從而提高生產(chǎn)效率,。除此之外，一些移動(dòng)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(shí)提高工作中收集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性,。

2,、非市場(chǎng)價(jià)值

（1）增強(qiáng)用戶(hù)體驗(yàn)

為了提高可持續(xù)性，加大水資源保護(hù)力度,，水務(wù)公司開(kāi)始制定創(chuàng)新戰(zhàn)略,，以便提高消費(fèi)者參與度，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(gè)功能齊全的線(xiàn)上網(wǎng)路綜合運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，全面優(yōu)化各類(lèi)服務(wù),，包括：抄表,、計(jì)費(fèi)、客戶(hù)服務(wù),、收款和財(cái)務(wù)報(bào)告等,。總的來(lái)說(shuō)想讓用戶(hù)改變用水習(xí)慣,，就要提供更為便捷的服務(wù),，盡量降低對(duì)用戶(hù)日常生活習(xí)慣的影響。昆士蘭麥凱區(qū)市政府則引入了自動(dòng)抄表技術(shù),，幫助消費(fèi)者更好地管理用水,，節(jié)約開(kāi)支。如果出現(xiàn)漏水現(xiàn)象,，數(shù)字水表還能及時(shí)警告消費(fèi)者和當(dāng)局,，方便當(dāng)局盡早解決問(wèn)題，減少水資源的浪費(fèi)。AI聊天機(jī)器人等新數(shù)字技術(shù)可以隨時(shí)為消費(fèi)者答疑解惑,，為加強(qiáng)用戶(hù)參與提供了極大的可能,，同時(shí)還能推送用戶(hù)快訊，提供用水和節(jié)水信息,。

（2）降低管理風(fēng)險(xiǎn)

風(fēng)險(xiǎn)管理是水務(wù)行業(yè)的重要組成部分,，其對(duì)于維護(hù)公用系統(tǒng)有效性、公共安全和民眾信任至關(guān)重要,，使用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及管理,，可以幫助水務(wù)部門(mén)或公司發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并在其變?yōu)楣彩录安扇∠鄳?yīng)的措施給予應(yīng)對(duì)。以管網(wǎng)漏損為例,，隨著數(shù)字水務(wù)的推進(jìn),，供水單位獲取了越來(lái)越多的數(shù)據(jù)如GIS數(shù)據(jù)、水質(zhì)/流量/壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),、日常維護(hù)數(shù)據(jù)等,，通過(guò)挖掘這些大數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的信息，可以用于輔助供水管網(wǎng)的漏損檢測(cè),，從而降低管理風(fēng)險(xiǎn),。

（3）保護(hù)人類(lèi)及環(huán)境健康

公共事業(yè)需要把保護(hù)人類(lèi)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(dòng)態(tài)更新不及時(shí),、巡檢工作效率低、分析問(wèn)題無(wú)依據(jù)等問(wèn)題造成監(jiān)管不及,、不得當(dāng)甚選自.投標(biāo)書(shū)代寫(xiě)網(wǎng) yipai178.com 至是缺乏監(jiān)管,，至使環(huán)境污染事件頻發(fā)。數(shù)字技術(shù)為監(jiān)管提供了手段及依據(jù),。以水體,、流域?yàn)槔梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置原位傳感器或分析儀對(duì)水質(zhì)進(jìn)行測(cè)量,，并結(jié)合流域尺度的氣候模型,、水利水質(zhì)模型對(duì)污染物的濃度、分布,、遷移等進(jìn)行監(jiān)測(cè)及判斷,。

污水處理廠(chǎng)中的應(yīng)用探索

1、國(guó)內(nèi)外污水廠(chǎng)數(shù)字化現(xiàn)狀

歐美國(guó)家的污水處理事業(yè)相對(duì)完善,，并結(jié)合通信,、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的科研成果,，逐步邁向數(shù)字化,。以美國(guó)芝加哥Stickney廠(chǎng)為例,，其監(jiān)控系統(tǒng)高度自動(dòng)化，控制系統(tǒng)可通過(guò)算法對(duì)設(shè)備及工藝進(jìn)行優(yōu)化,，形成了自動(dòng)采集,、自動(dòng)判斷、自動(dòng)調(diào)整,、自動(dòng)控制四位一體的運(yùn)行模式,。德國(guó)不來(lái)梅Oppolzer的污水廠(chǎng)高度智能化，整個(gè)廠(chǎng)區(qū)只有幾個(gè)運(yùn)行人員來(lái)負(fù)責(zé)廠(chǎng)區(qū)日常記錄,，其他管理都由數(shù)據(jù)中心的電腦進(jìn)行控制,。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(diǎn)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(guó)內(nèi)污水廠(chǎng)自動(dòng)化程度不高,，設(shè)備運(yùn)行通常處于半自動(dòng)狀態(tài),，例如：粗格柵及提升泵房的提升泵處于現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制或上位機(jī)遠(yuǎn)程單純啟停,，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)根據(jù)污水流量而自動(dòng)調(diào)節(jié)提升泵頻率、亦沒(méi)有根據(jù)提升泵的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)控制泵的啟停,；二沉池的污泥輸送機(jī)及剩余污泥泵沒(méi)有聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng),，致使工作人員需根據(jù)污泥量的多少控制污泥輸送機(jī)的數(shù)量及運(yùn)行。監(jiān)控手段以PLC監(jiān)控系統(tǒng)為主,，隨著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展,，計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)組成的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)始得以應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程查看,。目前,，隨著無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的突破以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的成熟，遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控成為新的發(fā)展主流,，技術(shù)人員將無(wú)線(xiàn)傳感器布局在檢測(cè)區(qū)域,，組成傳感器陣列，以無(wú)線(xiàn)跳躍的方式傳輸信號(hào),，進(jìn)而匯總到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),，再以GPRS無(wú)線(xiàn)技術(shù)傳輸出去。

2,、數(shù)字化在污水廠(chǎng)中的應(yīng)用探索

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

通過(guò)BIM建模/無(wú)人機(jī)傾斜攝影+GIS技術(shù),，污水廠(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guò)采用三維模擬技術(shù)對(duì)廠(chǎng)內(nèi)建構(gòu)筑物進(jìn)行詳實(shí)的展示,，其中BIM建?？捎糜谛陆ㄎ鬯幚韽S(chǎng)，無(wú)人機(jī)傾斜攝影技術(shù)可用于已建污水處理廠(chǎng),。通過(guò)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(gè)建設(shè)管理中，解決大量信息的溝通,、協(xié)調(diào)問(wèn)題,，為設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營(yíng)單位在內(nèi)的各參建主體提供協(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(chǎng)未來(lái)數(shù)字化發(fā)展的主要趨勢(shì)之一,。

（2）移動(dòng)終端設(shè)備應(yīng)用

為運(yùn)行人員提供諸如智能手機(jī)，平板電腦等移動(dòng)設(shè)備,，使污水廠(chǎng)員工能夠在巡檢過(guò)程中更快更輕松地完成工作,，同時(shí)提高工作中收集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)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)分析提供了依據(jù)和基礎(chǔ),。

（3）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí)（AR和VR）應(yīng)用

AR和VR技術(shù)也具有廣闊的發(fā)展空間,，其可通過(guò)提供建構(gòu)筑物、設(shè)備,、管道,、線(xiàn)纜等資產(chǎn)的全息圖像，為員工開(kāi)展浸入式場(chǎng)景培訓(xùn),，此外,，還可以讓員工在沒(méi)有預(yù)先大量?jī)?chǔ)存相關(guān)知識(shí)的情況下，通過(guò)可視化指導(dǎo)對(duì)設(shè)備進(jìn)行問(wèn)題識(shí)別甚至是檢修,。

利用AR技術(shù)提供的文本輸入功能,，現(xiàn)場(chǎng)工作人員可以使用它來(lái)快速共享信息。通過(guò)AR技術(shù),，可以判斷哪些設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常,，同時(shí)結(jié)合數(shù)據(jù)分析，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)防性的設(shè)備維護(hù),。再結(jié)合GIS,、傳感器、數(shù)字孿生技術(shù),，可以更進(jìn)一步的生成物理系統(tǒng)的運(yùn)行副本,，對(duì)污水廠(chǎng)的功能進(jìn)行模擬，并直觀的進(jìn)行監(jiān)控,，提高污水廠(chǎng)預(yù)測(cè)性維護(hù)及事故預(yù)防能力,。

（4）5G技術(shù)應(yīng)用

隨著4G進(jìn)入規(guī)模商用,，面向2020年級(jí)未來(lái)的第五代移動(dòng)通信（5G）已成為全球通信發(fā)展熱點(diǎn)。相對(duì)4G,，5G將以一種全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),，提供縫制10Gbps以上的帶寬、毫秒級(jí)時(shí)延,，及超高密度連接,，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能新的躍升。相比于4G以人為中心的移動(dòng)寬帶網(wǎng)絡(luò),，5G網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)真正的“萬(wàn)物互聯(lián)”,，從人與人通信延伸到物與物、人與物智能互聯(lián),，使移動(dòng)通信技術(shù)滲透至更加廣闊的行業(yè)和領(lǐng)域,。

隨著物聯(lián)網(wǎng)海量設(shè)備和各種新服務(wù)類(lèi)型的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的工控集群網(wǎng)絡(luò)逐漸不堪重負(fù),，5G技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)本地化處理和接入到移動(dòng)云平臺(tái),，通過(guò)邊緣計(jì)算可以為污水廠(chǎng)提供以下服務(wù)：提高污水廠(chǎng)計(jì)量、控制,、執(zhí)行,、應(yīng)用的實(shí)時(shí)性,；為大量多樣化異構(gòu)數(shù)據(jù)提供優(yōu)化,；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的就地閉環(huán)，訪(fǎng)問(wèn)控制與威脅防護(hù)的廣度和難度因此大幅提升,。

>數(shù)字水務(wù)及其在污水處理廠(chǎng)中的應(yīng)用探索