數字水務及其在汙水處理廠中的應（yīng）用探索

摘要：麵對基礎設施老化且（qiě）資金不足、公共政策不能與（yǔ）時俱進（jìn）和氣候變化（huà）等（děng）因素加劇水資源短缺（quē）、水質問題以及（jí）水安全等新風險，數字水務顯示出多（duō）重價值。因此，加快水務行業（yè）的數字化進程顯（xiǎn）得尤（yóu）為（wéi）緊迫。汙水處（chù）理廠的建設（shè）是解決水環境汙染問題的基本舉措，著重介紹以5G 技術為基（jī）礎，探索（suǒ）其與數字技術在汙水處理（lǐ）廠中的結合與應用。本文由上海凱太轉載發布；上海凱（kǎi）太主要研發（fā）製造一體化預（yù）製泵站,智能一體化截汙井,一體化截流井（jǐng）,雙腔無負壓供水,餐飲隔油池等;歡（huān）迎訪（fǎng）問上海凱太官網（wǎng）查詢具體產品信息。

基礎設施和服務（wù）壓力，以及創新（xīn）意願使得城市成為應用智慧技（jì）術的最佳場（chǎng）所。智（zhì）慧（huì）城市將整合物質係統（tǒng）、數字係統和人類係統，為市民創造可持續、繁榮、包容的發展成果[1]。水資源作為城市重要的資源之一，與市民的生活休戚相關。水務行業將直接影響GB/T 33356—2016《新型智慧城市評價標（biāo）準框架（jià）》所述的城市服務、城市（shì）管理、公（gōng）共（gòng）安全和生態宜居（jū）等客（kè）觀指標，對市民體驗也具有很（hěn）大影響，因此數字化、智能化是建設新型（xíng）智慧城市的重要組成部分。與（yǔ）此同時，基礎設施老化、極端（duān）天氣的持續增多、城（chéng）市人口的（de）過度集中，加速（sù）水資源短缺，並引（yǐn）發一係列水質及水安全（quán）問題（tí）。麵對這些壓力，發展數字水務將有助於促進城市水（shuǐ）務管理的（de）轉型，並（bìng）為行業及消費者帶（dài）來全新變革。

1 不同業務領域的數（shù）字化（huà）發（fā）展

智（zhì）慧水務包括水務信息采集、傳輸、存（cún）儲、處理和服務，可提升（shēng）水（shuǐ）務管理的效率和效能，實現（xiàn）更全麵的感知、更主動的服務、更整合的資源、更（gèng）科學的決策、更自動的（de）控製和更及時的應對。水（shuǐ）務業務可以劃分為基礎業務、條塊業務以及支（zhī）撐業務。田（tián）雨等人[2] 認為四大條塊業務即防汛業務、水資源管理業務（wù）、水生態管理業務和水環境管理業（yè）務是數字水務建（jiàn）設中最為重要和最為迫切的建設（shè）領域（yù）。四大條塊業務的數字化都是建立在信息感知更全麵的基礎之上，各自發展側重（chóng）點不盡相同。其中，防汛業務體現在應（yīng）急預（yù）警方（fāng）麵，水資源管理業務體現（xiàn）在資源整合、主動服務等方麵，而水生態管理和（hé）水環境管理業務體（tǐ）現（xiàn）在科學決策（cè）、智能控製等方（fāng）麵。

2 數字水務的價值（zhí）潛力

數字技術將幫助水務行業（yè）自（zì）身創造出多種價值（zhí），如（rú）：降低（dī）運營成本、優（yōu）化現有資產、提高員工參與度與生產（chǎn）效率等。除此（cǐ）之外，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（zì）化方案（àn）都將有助（zhù）於提高用戶體驗（可參照電子賬（zhàng）單推送、線上繳費、網絡報修等服務），汙水收集係統的（de）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（dà）的力度保護環（huán）境。

3 數字水務（wù）在（zài）汙水處理廠中的應用探索

3.1 國內、外汙水（shuǐ）廠（chǎng）數字化（huà）現狀

歐美國家的汙水處理事業相對完善，並結合通信、自動（dòng）化、計算（suàn）機等領域的科研成果，逐步邁向（xiàng）數字化。以（yǐ）美國（guó）芝加哥STICKNEY 廠為（wéi）例，其監控係統高度自動化，控製係統通過計算對設（shè）備及工藝進（jìn）行優化，形成自動采集（jí）、自動判斷、自動調整和自動控製四位一體的運行模式（shì）。德國不來梅OPPOLZER 的汙水廠高度智能化，整（zhěng）個廠區隻（zhī）有幾個運行人員負責廠區日常記錄，其他管理（lǐ）都由數據中心的電腦進行控（kòng）製。亞洲地區日本汙水處理監控技術較為（wéi）突出，其數字係統的特（tè）點為監控係統小型化（huà）結（jié）合多傳（chuán）感器融合技術[5]。

3.2 汙水廠基於5G 技術的（de）數字化應（yīng）用探索（suǒ）

5G 技術可實現業（yè）務（wù）數據本（běn）地化處理和接入到移動雲平台，通過邊（biān）緣計算為（wéi）汙水廠提供服務：為汙（wū）水廠提供全生命周期管（guǎn）理；為大（dà）量多樣（yàng）化異構數據提供優化，提高汙水（shuǐ）廠計量、控製、執行、應用的實時性；為汙水廠（chǎng）遠程（chéng）控製、設（shè）備維修提供（gòng）依據。

1）GIS+BIM 技術應用。通過5G+GIS 技（jì）術（shù）汙水處理廠可實現對基礎數據資源的數字化、可視化管理，將地圖元素和地下空間信息融（róng）入到管理係統之中，采用3D 模擬技術對地下管線進行詳實的展示，切實解決汙水處理（lǐ）流程管理中（zhōng）設備和管道隱蔽性強、重疊交叉的問題，充分體現出輔（fǔ）助決策的科學性和先（xiān）進（jìn）性（見圖1）。通過此聯合技術的應用，將（jiāng）工程階段產生（shēng）的（de）數字化信息貫（guàn）穿於整個建（jiàn）設管理中，可（kě）解決大（dà）量（liàng）信息的溝通、協調問題，為設計（jì）、施工以及運營單位在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（chéng）建設全生命周期管理將是汙水廠（chǎng）未來數（shù）字化發展的主要趨勢之一。

3）虛擬現實與增強（qiáng）現實技術應用。虛擬現實技術（AR）和增強（qiáng）現實技術（shù）（VR）技術在汙水處理廠數字化應用中具有廣闊（kuò）的（de）發展空間，可通過提供建構築物、設備、管道、線纜等設（shè）備的全息圖像，為員（yuán）工（gōng）開展浸入（rù）式場景培訓。此外，還可（kě）以讓員工在沒有預先大量儲存相關知識的情況下（xià），通過可視化指導對設備（bèi）運行狀態進（jìn）行問（wèn）題識別（bié）甚至是檢修（見圖2）。同時，結合數據分析，實現預防性的設備維（wéi）護。再結合GIS、傳感器、數字孿生技術，可（kě）以更（gèng）進一步地生（shēng）成物理係統的運行副本，對汙（wū）水廠的功（gōng）能進行模擬，並進行直觀（guān）監控，提高汙水廠預測性維護及事故預防能力。

4 結語

近（jìn）年來（lái）智慧水務進入新（xīn）一（yī）輪（lún）的高（gāo）速發展期。5G 技術的突破無疑為數字技術的使用（yòng）提（tí）供更為廣闊的（de）發展空間。在汙水處理廠中，5G 技術通過與GIS 係統、傳感器係統、AR/VR 係統的結合，增強智能化手段的應用廣度和深度，不僅使運行單位及行業管理（lǐ）部門實時、全麵感知（zhī）汙水運行係（xì）統中方方麵麵的信（xìn）息，而且可運用（yòng）雲平台搭載（zǎi）大數據分析訓練引擎，從而有效提升水務決策能力及效率，為運行單位提供更為（wéi）靈（líng）活有效的決策管控方案（àn）。