數字水務及其在汙水處理廠中的應用探索

摘要：麵對基礎設施（shī）老化且資金不足、公共政策不能（néng）與時俱進和（hé）氣候變化等因（yīn）素加劇水資（zī）源短缺、水質問題以及水安全（quán）等新（xīn）風險，數字水務顯示出多重價（jià）值。因此（cǐ），加快水務行業的數字化進程顯得尤為緊迫（pò）。汙水處理廠的建設是解決水環境汙染問題的基本舉措，著重介紹以（yǐ）5G 技術為基礎，探索其與數字技術在汙水處理廠（chǎng）中的結（jié）合與應用。本文（wén）由上海凱太轉載發布；上海凱太主要（yào）研發製造一體化（huà）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;歡迎訪問上海凱太官網查詢具體產品信息。

基（jī）礎設施和（hé）服務壓力，以及創新意願使得城市成為應用智慧技術的最佳場所。智慧城市將整合物質係統、數字係統和（hé）人類係統，為市民創造（zào）可持續、繁榮、包容的發（fā）展成果[1]。水（shuǐ）資源作為城市重要的資（zī）源之（zhī）一，與市民的生活休（xiū）戚相（xiàng）關。水（shuǐ）務行業將直接影響GB/T 33356—2016《新型智慧城市評價標準框（kuàng）架》所述（shù）的城市服務、城市管理、公共安全和生態宜居等客（kè）觀指標，對市民體驗也具有（yǒu）很大影響，因此數字化、智能化是建（jiàn）設（shè）新型智慧城市的重要組成部分。與此同時，基礎設施老（lǎo）化、極端（duān）天氣的持續增（zēng）多、城市人口（kǒu）的過度集中，加速水資（zī）源短缺（quē），並引發一係列水質及水安全問題。麵對這些壓力，發展（zhǎn）數字（zì）水務將有助（zhù）於促（cù）進城市水務管理的轉型，並為行業及消費者帶來全新變革。

1 不同業務領域的數字化發展

智慧水務包括水務信息采集（jí）、傳輸、存儲、處（chù）理和服務，可提升水務管理的效率和效能，實現更全麵（miàn）的感知、更主動的服務（wù）、更整合的資源、更科學的決策、更自動的控製和更（gèng）及時的應對。水務（wù）業務可以劃分（fèn）為基礎業務、條塊業務以及支撐業務（wù）。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（kuài）業務的數字化都是建立在信息感知更全麵的基礎（chǔ）之上，各自發展側重點不盡（jìn）相同（tóng）。其（qí）中，防汛業務體現（xiàn）在應急預警方麵，水（shuǐ）資源管理業務體（tǐ）現在資源整合、主動服務等方麵（miàn），而水生態管理和水環境管理業務體（tǐ）現在科學決策、智能控製等方麵。

2 數字水務的價值（zhí）潛力

數字技術將幫助（zhù）水務行業自身創造出多種（zhǒng）價值，如：降低運營成本、優化現有資產、提高員工參與度與生產效率等。除（chú）此（cǐ）之外，數字水務的應用還將對用戶（hù）及環境帶來深遠影響（xiǎng），如水務公司運營和（hé）財務方麵的數字（zì）化方案（àn）都將有助於提高用戶體驗（可參照電子賬單推送、線上繳費、網絡報修等服務），汙水收集係（xì）統的實施數據（jù）傳輸、流域傳感器（qì）網絡的建立則將減少汙染，以最大的力度保護（hù）環境。

3 數字水務在汙水處理廠中的應用探索

3.1 國內、外（wài）汙水廠數字化現狀

歐美國家（jiā）的汙水（shuǐ）處理事業（yè）相對完善，並結合（hé）通信、自動化、計（jì）算機等領域的科研成果，逐步邁（mài）向數字化。以美國（guó）芝（zhī）加哥STICKNEY 廠為例，其監控係統高度（dù）自動化，控製係統通過計算對設備及工藝進行（háng）優化，形成自動采集、自動（dòng）判斷、自動調整和自動（dòng）控製四位一體的運（yùn）行模式。德國不（bú）來梅OPPOLZER 的汙水廠高度智能化，整個廠區隻有幾個運行人員負責廠區日常（cháng）記錄，其他管理都由數據中心的電腦進行控製。亞洲地區日本汙水（shuǐ）處理監控技術較為突出，其數字係統的特點為監控（kòng）係（xì）統小型化結合多傳感器融合技術[5]。

3.2 汙水廠基於5G 技術的數字化應用探索

5G 技術可實現業務數據本地化處理和（hé）接入到移動雲平台，通過邊緣計算為汙水廠提供服務：為汙水廠提供全生命（mìng）周期管理；為大量多樣化異構數據提供優化，提高汙水（shuǐ）廠計量、控製、執（zhí）行、應用的實時性；為汙水廠（chǎng）遠程控製、設備維修提供依據。

1）GIS+BIM 技術應用。通過5G+GIS 技術汙水處（chù）理廠可實現對（duì）基礎數據（jù）資（zī）源的（de）數字化、可視化管理，將地圖元素和地下空間信息融入到管理係（xì）統之中，采用3D 模擬技術對（duì）地下（xià）管線進行詳實（shí）的展示，切實解決汙水處理流程管理中設備（bèi）和管道隱蔽性（xìng）強、重疊交叉的問題，充分體現（xiàn）出（chū）輔（fǔ）助決策的科學性和先進性（見圖1）。通過此聯合技術的應用，將工程階段產生（shēng）的數字化（huà）信息貫穿於整個建設管理中，可解決大量信息的溝通、協（xié）調問（wèn）題，為設計、施工以及運營單位（wèi）在（zài）內的各參建主體提供協（xié）同的工作基礎，構建（jiàn）基於5G+GIS+BIM 技術的工（gōng）程建設（shè）全生（shēng）命周期管理將是汙水廠未來數字化發展的主要趨（qū）勢之一。

3）虛擬現實與增強（qiáng）現（xiàn）實技術應用。虛擬（nǐ）現實技術（AR）和增強現實技術（VR）技術（shù）在（zài）汙水處理廠數字化（huà）應（yīng）用中（zhōng）具有廣闊的發展空間（jiān），可通過（guò）提供建構築物、設備、管道、線纜等設備的全息圖像，為員工開展浸入式場景培（péi）訓。此外，還可以讓（ràng）員工在沒（méi）有預（yù）先大量儲存相關知識的情況下，通過（guò）可視化指導對設備運（yùn）行狀態進（jìn）行問題識別甚至（zhì）是檢修（見圖2）。同時，結合（hé）數據（jù）分析，實現預防性的設備維護。再（zài）結合GIS、傳（chuán）感器、數字孿生技術，可以更進一步地生成物理係統的（de）運（yùn）行副本，對汙水廠的功（gōng）能進行模擬，並進行直（zhí）觀監控，提（tí）高汙水廠預測（cè）性維護（hù）及事故預防能力。

4 結（jié）語

近年來智慧水務進入新一輪的高速發展（zhǎn）期。5G 技術的突破無疑（yí）為數（shù）字技術的使用提供更為廣闊的發（fā）展空間。在汙水處理廠中，5G 技術通過（guò）與GIS 係統、傳感器係統（tǒng）、AR/VR 係統的結（jié）合，增強（qiáng）智（zhì）能化手段的應用廣度和（hé）深度，不僅使運行單位及行業（yè）管理部門實（shí）時、全麵感知（zhī）汙水運行係統中方（fāng）方麵麵的信息（xī），而且可運用（yòng）雲平台搭載大數據（jù）分析訓練引擎，從而有效提升水務決（jué）策能力及效率，為運（yùn）行單位提供更為靈活有（yǒu）效的決策管控方（fāng）案。