數字水務（wù）及其在汙水處理廠中的應用探索

摘要：麵對基（jī）礎設施老化且資金不足、公共政策不能與時俱（jù）進和氣候變化等因素加劇水資源短缺、水質問題以及水安全等新風險，數字水務顯示出多重價值。因此，加快水務（wù）行業的數字化（huà）進（jìn）程顯得尤為緊迫（pò）。汙水（shuǐ）處理廠的建設是解決水環境汙染問（wèn）題的基本舉措，著重介紹（shào）以5G 技術為基礎，探索其與數字技術（shù）在汙水處理廠中的結合與應用。本文由上（shàng）海凱太轉載發（fā）布；上海凱太主要研發製造一體（tǐ）化預製泵站,智能一體化截汙井,一體化截流井,雙腔無負壓供水,餐飲隔油池等;歡（huān）迎訪問上海凱太（tài）官（guān）網查詢具體產品信息。

基礎設施和服務壓力，以（yǐ）及創新意願使得城市成為（wéi）應用智慧技（jì）術的最佳場所。智慧城市將（jiāng）整合物質係統、數字係統和人類係統，為市民創造可持（chí）續、繁榮、包容的發展成果[1]。水資源作為城市重要（yào）的（de）資源之一，與市民的生（shēng）活休戚相（xiàng）關。水務行業（yè）將直接影（yǐng）響GB/T 33356—2016《新型智慧城（chéng）市評價標準框架》所述的城市服務、城市管理、公共（gòng）安全和生態宜居等客觀指標（biāo），對市民體驗也具有很大影響，因此數字化、智能化是（shì）建設新型（xíng）智慧城市的重要組成部分。與此同時，基礎設施老化、極端天氣的持續增多、城市人口的（de）過度集中，加速水資源短缺，並引發一係列（liè）水質（zhì）及水安全問題。麵對這些壓（yā）力，發展數（shù）字水務將有助於（yú）促進城市水務管理的轉型，並（bìng）為行業及消費者帶來全（quán）新變革。

1 不同業務領域（yù）的數字化發展

智慧水務包（bāo）括水務信息采集、傳輸（shū）、存（cún）儲、處理和服務，可提升水務管理的（de）效率和效能，實現更全麵的感知、更主（zhǔ）動（dòng）的服務、更整合的資源（yuán）、更科學的決策、更（gèng）自動的控製和更及時的應對。水務業務可以劃分為基礎業（yè）務、條（tiáo）塊業務以及支撐業務。田雨等人[2] 認為四大條塊業務即防汛業務、水資源管理業務、水生態管理業務和水環境（jìng）管理業務是數字水務建設中最為重要和最為迫切的建設領域。四大條塊業務的數（shù）字化都是建立（lì）在信息感知更（gèng）全麵的基礎之（zhī）上，各自發（fā）展側重點不盡相同。其中，防（fáng）汛業務（wù）體現在應急預警方麵，水資（zī）源管理業務體現在資源整合、主動服（fú）務等方麵，而水生態管理和水環境管理業（yè）務體現在科學決策、智能（néng）控製等（děng）方麵。

2 數字水（shuǐ）務的價值潛力

數字技術（shù）將幫助水務行業自身創（chuàng）造出多種價值，如：降低運營成（chéng）本、優化現有資產、提高員工參與度與生產效率等。除此之外（wài），數字水務的應用還將對用戶及環境帶來深遠影響，如水務公司運營和財務方麵的數字化（huà）方案都將有助於提高（gāo）用戶體驗（可參（cān）照電（diàn）子賬單推送、線上繳費、網（wǎng）絡報修等服務），汙（wū）水收集係統的實施數據傳輸、流域傳感器網絡的建立則將減（jiǎn）少汙染，以最大的力度保（bǎo）護環境。

3 數字水務在汙水處理廠中的應用探索

3.1 國內、外汙水廠數字化現（xiàn）狀（zhuàng）

歐美國家的汙水處理事業相對完善，並結（jié）合（hé）通信、自動化、計算機等領域的科研成果（guǒ），逐步邁向數字化。以美國芝加（jiā）哥STICKNEY 廠為例，其監控係統高度自動化，控製係統（tǒng）通過計算（suàn）對設備及工藝進行優化，形成自動采集、自動判斷、自動調整和自動控製四位一體的運行模式。德國不（bú）來梅OPPOLZER 的汙水廠高度智能化，整個廠區（qū）隻有幾個運行人員負責廠區日（rì）常記錄，其他（tā）管理都由數據中心的電腦進行控製。亞洲地區日本汙水（shuǐ）處理監（jiān）控技術較為突出，其數字係統的特點為（wéi）監控係統小型化結合多傳感器融合技術[5]。

3.2 汙水廠基於5G 技術（shù）的數字化應用探索

5G 技術可實現業務數據本地化處理和接入（rù）到移動雲平台，通（tōng）過邊緣計算為（wéi）汙（wū）水廠提供服務：為汙水（shuǐ）廠提供全生命周期（qī）管理；為大量多樣化異構數據提供優化，提高（gāo）汙水廠計量、控製（zhì）、執行、應用（yòng）的實時性；為汙（wū）水廠遠程控製、設（shè）備維修提供（gòng）依據。

1）GIS+BIM 技術應用。通過5G+GIS 技術（shù）汙水處理廠可實現對基礎數據資源的（de）數字化、可視化管（guǎn）理，將地圖元素和地下空間信息融入到（dào）管理係統之中，采用3D 模（mó）擬技術對地下管線進行詳實的展示，切實解決汙水處理流程管理中設備和管道隱蔽性強、重疊交叉（chā）的問題，充分（fèn）體現出輔助決策的科學性和先進性（見圖1）。通過此聯合技術（shù）的應（yīng）用，將工程階段產（chǎn）生的（de）數字化（huà）信息貫（guàn）穿於整個建設管理中，可解決（jué）大量信（xìn）息的（de）溝通、協調問題，為設計、施（shī）工以及運營（yíng）單位在（zài）內的各參建主體提供協同的工作（zuò）基礎，構建基於5G+GIS+BIM 技術的工程建設全生（shēng）命周期管理將是汙水廠未來數字化發展的（de）主要趨勢之一。

3）虛擬現實與增強現（xiàn）實技術應用。虛擬現實技術（AR）和增強現實技術（VR）技術在汙水處理廠數字化應用中具有廣闊的發展空間，可通過提供建構築物、設備、管道（dào）、線纜（lǎn）等設備的（de）全息圖像，為員工開展浸入式場景培訓（xùn）。此（cǐ）外，還（hái）可以讓員工在沒有預先（xiān）大量儲存相關知（zhī）識的情況下，通過可視化指導對設備（bèi）運行狀態進行問題識別甚至是檢修（見圖2）。同時，結合數（shù）據分（fèn）析，實現預防性的設備維護。再（zài）結合GIS、傳感（gǎn）器、數字孿生技術，可以更進一步地生成物理係統的運行副本，對汙水廠的功能進行（háng）模擬，並進行直（zhí）觀監控，提高汙水廠預測性維護及事故預防能力。

4 結語

近年來智慧水務進入（rù）新一（yī）輪的（de）高速發展期。5G 技術的突破無疑為數字（zì）技術的使（shǐ）用提供更為廣闊的發展空間。在汙水處理（lǐ）廠中，5G 技術通（tōng）過與GIS 係統、傳感器係統、AR/VR 係統的結合（hé），增強智能化手段的應用（yòng）廣（guǎng）度和深度，不僅使運行單位及行業管理部門實時、全麵感知（zhī）汙（wū）水運行係統中方方麵麵（miàn）的（de）信息，而且可運用雲平台搭載大數據（jù）分（fèn）析訓（xùn）練引擎，從（cóng）而有效提升水務決策能力及（jí）效率，為運行單（dān）位提供更（gèng）為靈活有效（xiào）的決策管（guǎn）控方案。