規(guī)模經(jīng)濟(jì)、基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)壓力，創(chuàng)新意愿使城市成為應(yīng)用智能技術(shù)的最佳場(chǎng)所。智慧城市整合物質(zhì)系統(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)和人類(lèi)系統(tǒng)，為市民創(chuàng)造可持續(xù)、繁榮、包容的發(fā)展成果，擴(kuò)大和連接基礎(chǔ)設(shè)施是衡量智慧城市建設(shè)成功與否的關(guān)鍵。水資源作為城市的重要資源之一，與市民的生活有關(guān)。水務(wù)行業(yè)將直接影響新型智能城市評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)框架(GB/T3356-2021)上述城市服務(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)也有很大影響，因此其數(shù)字化、智能化是建設(shè)新型智能城市的重要組成部分。與此同時(shí)，基礎(chǔ)設(shè)施老化，極端天氣持續(xù)增加，城市人口過(guò)度集中，加快水資源短缺，引起一系列水質(zhì)和水安全問(wèn)題，面對(duì)這些壓力，發(fā)展數(shù)字水務(wù)有助于促進(jìn)城市水務(wù)管理變革，給行業(yè)和消費(fèi)者帶來(lái)新的變革。

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)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�，可設(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