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)的最新報(bào)告,分析和介紹業(yè)務(wù)領(lǐng)域、價(jià)值潛力、應(yīng)用場(chǎng)景等數(shù)字水務(wù),最終落腳于數(shù)字水務(wù)在污水廠(chǎng)的應(yīng)用探索。
不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)字化發(fā)展
智能水務(wù)包括水務(wù)信息收集、傳輸、存儲(chǔ)、處理和服務(wù),提高水務(wù)管理的效率和效能,實(shí)現(xiàn)更全面的感知,更積極的服務(wù),更綜合的資源,更科學(xué)的決策水務(wù)業(yè)務(wù)分為基礎(chǔ)業(yè)務(wù)、塊業(yè)務(wù)和支持業(yè)務(wù),田雨等人認(rèn)為防汛業(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)中最重要、最緊迫的建設(shè)領(lǐng)域。四大條件業(yè)務(wù)的數(shù)字化基于信息感知的更全面,但各自的發(fā)展側(cè)重點(diǎn)不同,其中防汛業(yè)務(wù)出現(xiàn)在緊急警報(bào)方面,水資源管理業(yè)務(wù)出現(xiàn)在資源整合、積極服務(wù)等方面,水生態(tài)管理和水環(huán)境管理業(yè)務(wù)出現(xiàn)在科學(xué)決策、智能控制等方面。
以防汛業(yè)務(wù)為例,隨著極端天氣的頻發(fā),數(shù)字業(yè)務(wù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)洪水發(fā)生的可能性和影響,降低洪水造成的傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,為災(zāi)后重建提供幫助,通過(guò)遙感技術(shù)、水利模型等可以管理雨水流通和極端天氣事件造成的城市內(nèi)澇,通過(guò)傳感器、監(jiān)視設(shè)備等可以聯(lián)動(dòng)地調(diào)整城市排水系統(tǒng),防止洪水災(zāi)害發(fā)生。在2021年颶風(fēng)厄馬席卷佛羅里達(dá)之前,奧蒙德海灘在五個(gè)可能發(fā)生洪災(zāi)的湖泊中安裝了傳感器。當(dāng)時(shí),傳感器和軟件檢測(cè)到暴雨臨近,系統(tǒng)提前排水,自動(dòng)降低蓄水池的水位,湖排水系統(tǒng)的天氣感應(yīng)閥在暴雨前自己?jiǎn)?dòng),避免洪水的發(fā)生。
數(shù)字水務(wù)的價(jià)值潛力
數(shù)字技術(shù)有助于水務(wù)行業(yè)自身創(chuàng)造多種價(jià)值。例如,降低運(yùn)營(yíng)成本,優(yōu)化現(xiàn)有資產(chǎn),提高員工參與度和生產(chǎn)效率等。此外,數(shù)字水務(wù)的應(yīng)用對(duì)用戶(hù)和環(huán)境有很大影響。例如,水務(wù)公司的運(yùn)營(yíng)和財(cái)務(wù)數(shù)字化方案有助于提高體驗(yàn)(可以參考電子賬單推進(jìn)、在線(xiàn)收費(fèi)、網(wǎng)絡(luò)修理等服務(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)的建立盡量減少污染,最大限度地保護(hù)環(huán)境。
1、市場(chǎng)價(jià)值
(1)降低運(yùn)營(yíng)成本
數(shù)據(jù)、傳感器可用于實(shí)時(shí)跟蹤、分析大量能源消耗、化學(xué)品使用、運(yùn)營(yíng)維護(hù)和系統(tǒng)性能的數(shù)據(jù);理財(cái)系統(tǒng)和財(cái)務(wù)跟蹤工具可確定運(yùn)營(yíng)成本,提高流程效率。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集和管理,可以獲得運(yùn)營(yíng)成本基礎(chǔ),進(jìn)一步判斷未來(lái)的趨勢(shì),確保系統(tǒng)以最佳、最具成本效益的方式運(yùn)營(yíng),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,如何以?xún)?yōu)化的方式應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的老化整水務(wù)結(jié)構(gòu)和功能的重點(diǎn)。以我國(guó)排水管道為例,截至2021年底,我國(guó)城市排水管道長(zhǎng)度總量達(dá)63.0萬(wàn)公里,其中27萬(wàn)公里以上的排水管網(wǎng)使用年齡在10年以上,管道功能性缺陷和結(jié)構(gòu)性缺陷長(zhǎng)度超過(guò)30%,在解決缺陷時(shí)修理或更換是功能保障和經(jīng)濟(jì)結(jié)合預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)分析和決策優(yōu)化系統(tǒng)工具,可以解決這樣的問(wèn)題,提出預(yù)測(cè)資產(chǎn)管理計(jì)劃修復(fù)老化資產(chǎn),優(yōu)化資產(chǎn)業(yè)績(jī)。
(3)提高生產(chǎn)效率
水務(wù)管理具有流量計(jì)、傳感器、視頻監(jiān)視等一系列復(fù)雜的數(shù)據(jù)收集設(shè)施,但這些數(shù)據(jù)復(fù)雜龐大,運(yùn)營(yíng)者無(wú)法連接這些數(shù)據(jù),識(shí)別其中存在的問(wèn)題和危險(xiǎn)。智能監(jiān)視和分析系統(tǒng)可以統(tǒng)一不同來(lái)源的數(shù)據(jù),收集和保存在中央存儲(chǔ)器中,經(jīng)過(guò)一系列的運(yùn)算分析,以圖表等形式直觀地出現(xiàn)在運(yùn)行者面前,將能源和注意力集中在系統(tǒng)反映的異常數(shù)據(jù)中,提高生產(chǎn)效率。此外,一些移動(dòng)終端,如智能采集、平板電腦的使用,也可以使員工更快完成工作,提高工作中采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量和準(zhǔn)確性。
2、非市場(chǎng)價(jià)值
(1)提高用戶(hù)體驗(yàn)
為了提高可持續(xù)性,提高水資源保護(hù)力,水務(wù)公司開(kāi)始制定創(chuàng)新戰(zhàn)略,提高消費(fèi)者參與度,重塑人們的水觀念。此外,水務(wù)公司正在建立功能齊全的在線(xiàn)綜合運(yùn)營(yíng)系統(tǒng),全面優(yōu)化各種服務(wù)。一般來(lái)說(shuō),為了改變用戶(hù)的水習(xí)慣,必須提供更方便的服務(wù),盡量減少對(duì)用戶(hù)日常生活習(xí)慣的影響。昆士蘭麥凱區(qū)市政府引進(jìn)自動(dòng)復(fù)印技術(shù),幫助消費(fèi)者更好地管理用水,節(jié)約開(kāi)支。如果發(fā)生漏水現(xiàn)象,數(shù)字水表可以立即警告消費(fèi)者和當(dāng)局,當(dāng)局可以盡快解決問(wèn)題,減少水資源的浪費(fèi)。人工智能聊天機(jī)器人等新的數(shù)字技術(shù)可以隨時(shí)回答消費(fèi)者的問(wèn)題,為加強(qiáng)用戶(hù)參與提供了巨大的可能性。同時(shí),它還可以推送用戶(hù)快遞,提供水和節(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,對(duì)維持公共系統(tǒng)的有效性、公共安全和人們的信賴(lài)至關(guān)重要,利用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和管理,有助于水務(wù)部門(mén)和公司發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,在成為公共事件之前采取相應(yīng)的措施。以管網(wǎng)漏水為例,隨著數(shù)字水務(wù)的推進(jìn),供水機(jī)構(gòu)獲得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)等越來(lái)越多的數(shù)據(jù),通過(guò)挖掘這些大數(shù)據(jù)中包含的信息,,降低管理風(fēng)險(xiǎn)。
(3)保護(hù)人類(lèi)和環(huán)境健康
公共事業(yè)需要把保護(hù)人類(lèi)和環(huán)境健康放在首位,但傳統(tǒng)模式由于紙質(zhì)資料不方便、動(dòng)態(tài)更新不及時(shí)、巡邏工作效率低、分析問(wèn)題無(wú)根據(jù)等問(wèn)題監(jiān)督不及、不適當(dāng)、監(jiān)督不足、環(huán)境污染事件頻繁發(fā)生。數(shù)字技術(shù)為監(jiān)督提供了手段和依據(jù)。以水體、流域?yàn)槔稍O(shè)置原位傳感器或分析儀測(cè)量水質(zhì),結(jié)合流域尺度氣候模型、水利水質(zhì)模型監(jiān)測(cè)和判斷污染物濃度、分布、轉(zhuǎn)移等。
污水處理廠(chǎng)的應(yīng)用探索
1、國(guó)內(nèi)外污水廠(chǎng)的數(shù)字化現(xiàn)狀
歐美國(guó)家的污水處理事業(yè)比較完善,結(jié)合通信、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的科學(xué)研究成果,逐漸走向數(shù)字化。以美國(guó)芝加哥Stickney工廠(chǎng)為例,其監(jiān)控系統(tǒng)高度自動(dòng)化,控制系統(tǒng)通過(guò)算法優(yōu)化設(shè)備和技術(shù),形成了自動(dòng)采集、自動(dòng)判斷、自動(dòng)調(diào)整、自動(dòng)控制四位一體化的運(yùn)行模式。德國(guó)不來(lái)梅Oppolzer的污水廠(chǎng)很智能,整個(gè)工廠(chǎng)只有幾個(gè)運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)工廠(chǎng)的日常記錄,其他管理由數(shù)據(jù)中心的計(jì)算機(jī)控制。亞洲地區(qū)日本污水處理監(jiān)測(cè)技術(shù)突出,其數(shù)字系統(tǒng)特點(diǎn)是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)小型化與多傳感器融合技術(shù)相結(jié)合。
2、數(shù)字化污水廠(chǎng)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
bim建模/無(wú)人機(jī)傾斜攝影+GIS技術(shù),污水廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源的數(shù)字化、可視化管理,將地圖要素、地面、地下空間信息融入管理系統(tǒng)通過(guò)該聯(lián)合技術(shù)的應(yīng)用,將工程階段產(chǎn)生的數(shù)字信息貫穿整個(gè)建設(shè)管理,解決大量信息的溝通、協(xié)調(diào)問(wèn)題,為設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)部門(mén)以?xún)?nèi)的各參加主體提供合作的基礎(chǔ),建設(shè)基于5G+bim技術(shù)的工程建設(shè)全生命周期管理是污水廠(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)行人員提供智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)設(shè)備,使污水廠(chǎng)員工在巡邏過(guò)程中更快、更簡(jiǎn)單地完成工作,同時(shí)提高工作中收集的數(shù)據(jù)質(zhì)量和準(zhǔn)確性。這些終端的數(shù)據(jù)將上傳到數(shù)據(jù)中心,有利于其他人員檢查,保證數(shù)據(jù)的完整性,為大數(shù)據(jù)分析提供依據(jù)和基礎(chǔ)。
(3)提高現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)(AR和VR)的應(yīng)用
AR和VR技術(shù)也有廣闊的發(fā)展空間,通過(guò)提供建筑物、設(shè)備、配管、電纜等資產(chǎn)的全息圖像,可以對(duì)員工進(jìn)行浸入式場(chǎng)景的訓(xùn)練,并且員工可以在沒(méi)有大量?jī)?chǔ)存相關(guān)知識(shí)的情況下,通過(guò)視覺(jué)指導(dǎo)進(jìn)行設(shè)備的問(wèn)題識(shí)別和檢查。
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。
隨著物聯(lián)網(wǎng)大容量設(shè)備和各種新服務(wù)類(lèi)型的出現(xiàn),傳統(tǒng)的工程控制集群網(wǎng)絡(luò)逐漸負(fù)擔(dān)不起,5G技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的本地化處理和訪(fǎng)問(wèn)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)的計(jì)量、控制、執(zhí)行、應(yīng)用的實(shí)時(shí)性
RC-5閥門(mén)電動(dòng)執(zhí)行器,電動(dòng)執(zhí)行器
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