摘要：面(mian)對基礎設施(shi)老化且(qie)資金不足、公共(gong)政策不能與時(shi)俱進和氣(qi)候變化等因(yin)素加劇水資源短缺、水質問題(ti)以及水安全等新風險，數(shu)字(zi)水務顯示出(chu)多重價值(zhi)。因(yin)此(ci)，加快(kuai)水務行業的(de)(de)(de)數(shu)字(zi)化進程顯得(de)尤(you)為(wei)緊(jin)迫。污水處(chu)理(li)廠的(de)(de)(de)建設是解決水環境污染問題(ti)的(de)(de)(de)基本(ben)舉措，著重介紹以5G 技術(shu)為(wei)基礎，探索其與數(shu)字(zi)技術(shu)在污水處(chu)理(li)廠中的(de)(de)(de)結合與應用。

　　基礎(chu)設施(shi)和服務(wu)壓力，以(yi)及(ji)創新(xin)意愿使得城(cheng)(cheng)(cheng)市(shi)成為(wei)應用智(zhi)(zhi)(zhi)慧技術的最佳場所。智(zhi)(zhi)(zhi)慧城(cheng)(cheng)(cheng)市(shi)將(jiang)整合(he)物(wu)質系統、數字(zi)系統和人(ren)類(lei)系統，為(wei)市(shi)民創造(zao)可持續(xu)、繁(fan)榮(rong)、包(bao)容的發(fa)展(zhan)成果[1]。水(shui)資源作為(wei)城(cheng)(cheng)(cheng)市(shi)重要的資源之一(yi)，與市(shi)民的生活休戚相關。水(shui)務(wu)行(xing)業將(jiang)直(zhi)接影響GB/T 33356—2016《新(xin)型(xing)智(zhi)(zhi)(zhi)慧城(cheng)(cheng)(cheng)市(shi)評價標準(zhun)框架》所述(shu)的城(cheng)(cheng)(cheng)市(shi)服務(wu)、城(cheng)(cheng)(cheng)市(shi)管理(li)、公共安(an)全和生態宜居等客觀指標，對市(shi)民體驗也具有(you)很大(da)影響，因此數字(zi)化(hua)(hua)、智(zhi)(zhi)(zhi)能化(hua)(hua)是建設新(xin)型(xing)智(zhi)(zhi)(zhi)慧城(cheng)(cheng)(cheng)市(shi)的重要組成部分。與此同時，基礎(chu)設施(shi)老化(hua)(hua)、極端天氣的持續(xu)增多、城(cheng)(cheng)(cheng)市(shi)人(ren)口的過度集中，加速(su)水(shui)資源短(duan)缺(que)，并引(yin)發(fa)一(yi)系列水(shui)質及(ji)水(shui)安(an)全問題。面對這(zhe)些壓力，發(fa)展(zhan)數字(zi)水(shui)務(wu)將(jiang)有(you)助于促進城(cheng)(cheng)(cheng)市(shi)水(shui)務(wu)管理(li)的轉型(xing)，并為(wei)行(xing)業及(ji)消費者帶來全新(xin)變革。

　　1 不同業(ye)務領域的數字化發展

　　智(zhi)慧水(shui)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)包括水(shui)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)信息采集(ji)、傳輸(shu)、存儲、處理和(he)服務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)，可(ke)提升水(shui)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)管(guan)(guan)理的(de)(de)(de)(de)(de)效(xiao)率和(he)效(xiao)能，實(shi)現更全面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)感知、更主動的(de)(de)(de)(de)(de)服務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、更整(zheng)合(he)的(de)(de)(de)(de)(de)資(zi)源(yuan)、更科學(xue)的(de)(de)(de)(de)(de)決策、更自(zi)動的(de)(de)(de)(de)(de)控(kong)制(zhi)和(he)更及時的(de)(de)(de)(de)(de)應對。水(shui)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)可(ke)以劃分為(wei)基礎業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、條塊(kuai)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)以及支撐業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)。田(tian)雨等(deng)人[2] 認(ren)為(wei)四大條塊(kuai)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)即(ji)防汛(xun)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、水(shui)資(zi)源(yuan)管(guan)(guan)理業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)、水(shui)生態(tai)管(guan)(guan)理業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)水(shui)環境管(guan)(guan)理業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)是數字水(shui)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)建(jian)設中(zhong)(zhong)最為(wei)重要和(he)最為(wei)迫切的(de)(de)(de)(de)(de)建(jian)設領域。四大條塊(kuai)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)數字化都是建(jian)立在信息感知更全面(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)基礎之上，各自(zi)發展側(ce)重點不盡相(xiang)同。其中(zhong)(zhong)，防汛(xun)業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)體現在應急預警方(fang)面(mian)，水(shui)資(zi)源(yuan)管(guan)(guan)理業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)體現在資(zi)源(yuan)整(zheng)合(he)、主動服務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)等(deng)方(fang)面(mian)，而水(shui)生態(tai)管(guan)(guan)理和(he)水(shui)環境管(guan)(guan)理業(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)(ye)務(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)體現在科學(xue)決策、智(zhi)能控(kong)制(zhi)等(deng)方(fang)面(mian)。

　　2 數字水(shui)務的價值潛力

　　數(shu)字技術(shu)將(jiang)(jiang)幫助水務(wu)行業自身創造出多(duo)種(zhong)價值，如(ru)：降低(di)運營(ying)成(cheng)本(ben)、優化現有資產(chan)(chan)、提(ti)(ti)高(gao)(gao)員工參與度與生產(chan)(chan)效(xiao)率等(deng)。除(chu)此之外，數(shu)字水務(wu)的(de)應用(yong)還將(jiang)(jiang)對(dui)用(yong)戶及環境(jing)帶(dai)來深遠影響，如(ru)水務(wu)公司運營(ying)和財務(wu)方(fang)面的(de)數(shu)字化方(fang)案都將(jiang)(jiang)有助于提(ti)(ti)高(gao)(gao)用(yong)戶體(ti)驗(可參照電(dian)子賬單推送、線上繳費、網絡(luo)報修等(deng)服務(wu))，污(wu)水收集系統(tong)的(de)實(shi)施(shi)數(shu)據傳(chuan)輸(shu)、流(liu)域傳(chuan)感器網絡(luo)的(de)建立則將(jiang)(jiang)減少污(wu)染(ran)，以最大(da)的(de)力度保(bao)護環境(jing)。

　　3 數字水務在(zai)污(wu)水處理廠中(zhong)的(de)應(ying)用探索

　　3.1 國(guo)內、外污水(shui)廠數字(zi)化現(xian)狀

　　歐美國家的(de)污(wu)水處理事業(ye)相對完善(shan)，并結(jie)合通信(xin)、自動(dong)化(hua)、計算機等(deng)領域的(de)科研成(cheng)果(guo)，逐步邁(mai)向數字化(hua)。以美國芝(zhi)加哥STICKNEY 廠為(wei)例，其監(jian)控(kong)系(xi)統(tong)高度自動(dong)化(hua)，控(kong)制系(xi)統(tong)通過計算對設備及工(gong)藝(yi)進行(xing)(xing)優(you)化(hua)，形成(cheng)自動(dong)采集、自動(dong)判斷、自動(dong)調整和自動(dong)控(kong)制四位一體的(de)運(yun)行(xing)(xing)模式。德國不來梅OPPOLZER 的(de)污(wu)水廠高度智(zhi)能化(hua)，整個(ge)廠區(qu)(qu)只有幾(ji)個(ge)運(yun)行(xing)(xing)人員負責廠區(qu)(qu)日常(chang)記錄，其他管理都由(you)數據中心的(de)電腦進行(xing)(xing)控(kong)制。亞洲地區(qu)(qu)日本污(wu)水處理監(jian)控(kong)技(ji)術較為(wei)突出，其數字系(xi)統(tong)的(de)特點為(wei)監(jian)控(kong)系(xi)統(tong)小型化(hua)結(jie)合多(duo)傳感(gan)器(qi)融合技(ji)術[5]。

　　3.2 污水廠基于(yu)5G 技(ji)術的數字化應用探索

　　5G 技術可實(shi)現業務數據(ju)本地(di)化(hua)處理(li)和接(jie)入到移動云平臺，通過邊緣計算為污水(shui)(shui)廠(chang)提(ti)供服(fu)務：為污水(shui)(shui)廠(chang)提(ti)供全(quan)生(sheng)命周期管理(li);為大(da)量多樣化(hua)異構(gou)數據(ju)提(ti)供優化(hua)，提(ti)高污水(shui)(shui)廠(chang)計量、控制、執行、應用的實(shi)時(shi)性;為污水(shui)(shui)廠(chang)遠程控制、設備維修提(ti)供依據(ju)。

　　1)GIS+BIM 技(ji)術(shu)(shu)應用(yong)。通過5G+GIS 技(ji)術(shu)(shu)污水處(chu)理(li)(li)(li)廠(chang)可(ke)(ke)實現對(dui)基礎數(shu)據資(zi)源的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)字化(hua)(hua)(hua)、可(ke)(ke)視化(hua)(hua)(hua)管(guan)理(li)(li)(li)，將(jiang)地圖(tu)元素(su)和地下(xia)空間信息(xi)(xi)融入到管(guan)理(li)(li)(li)系統之中(zhong)(zhong)(zhong)，采用(yong)3D 模擬技(ji)術(shu)(shu)對(dui)地下(xia)管(guan)線進行詳(xiang)實的(de)(de)(de)(de)(de)展(zhan)示，切實解決(jue)污水處(chu)理(li)(li)(li)流程(cheng)管(guan)理(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)設備和管(guan)道隱蔽性(xing)強、重(zhong)疊交(jiao)叉(cha)的(de)(de)(de)(de)(de)問(wen)題(ti)，充分體現出輔(fu)助決(jue)策的(de)(de)(de)(de)(de)科學性(xing)和先進性(xing)(見(jian)圖(tu)1)。通過此聯合技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)應用(yong)，將(jiang)工(gong)程(cheng)階段產生的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)字化(hua)(hua)(hua)信息(xi)(xi)貫穿于(yu)整個建設管(guan)理(li)(li)(li)中(zhong)(zhong)(zhong)，可(ke)(ke)解決(jue)大(da)量信息(xi)(xi)的(de)(de)(de)(de)(de)溝通、協調問(wen)題(ti)，為設計、施工(gong)以及運營單位在內的(de)(de)(de)(de)(de)各參建主體提供協同的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作基礎，構建基于(yu)5G+GIS+BIM 技(ji)術(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)程(cheng)建設全生命周期管(guan)理(li)(li)(li)將(jiang)是污水廠(chang)未來數(shu)字化(hua)(hua)(hua)發展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)主要趨(qu)勢之一。

　　3)虛擬(ni)現(xian)實與增(zeng)強現(xian)實技(ji)(ji)術(shu)應用。虛擬(ni)現(xian)實技(ji)(ji)術(shu)(AR)和增(zeng)強現(xian)實技(ji)(ji)術(shu)(VR)技(ji)(ji)術(shu)在(zai)污(wu)水(shui)處理(li)廠數字化(hua)應用中具有廣闊的(de)發展(zhan)(zhan)空間，可通過提(ti)供建構(gou)筑物(wu)、設備(bei)、管道、線(xian)纜等設備(bei)的(de)全息圖像(xiang)，為員工開展(zhan)(zhan)浸(jin)入式場景(jing)培訓(xun)。此外，還可以讓員工在(zai)沒有預(yu)先大量儲存相關知(zhi)識的(de)情況下，通過可視化(hua)指導對(dui)(dui)設備(bei)運行(xing)狀(zhuang)態進(jin)行(xing)問題識別甚至是檢修(見(jian)圖2)。同時，結(jie)合數據分析，實現(xian)預(yu)防(fang)性的(de)設備(bei)維護。再結(jie)合GIS、傳感器、數字孿生技(ji)(ji)術(shu)，可以更進(jin)一(yi)步地(di)生成物(wu)理(li)系統的(de)運行(xing)副(fu)本，對(dui)(dui)污(wu)水(shui)廠的(de)功(gong)能(neng)進(jin)行(xing)模擬(ni)，并進(jin)行(xing)直觀(guan)監控，提(ti)高污(wu)水(shui)廠預(yu)測(ce)性維護及事故預(yu)防(fang)能(neng)力。

　　4 結語

　　近年來智(zhi)慧水務(wu)進入新一輪的(de)高速(su)發展期。5G 技術(shu)的(de)突破無疑為數(shu)字技術(shu)的(de)使(shi)用(yong)提(ti)(ti)供(gong)更(geng)為廣(guang)闊的(de)發展空間。在污水處(chu)理(li)(li)廠中，5G 技術(shu)通過(guo)與GIS 系(xi)統(tong)、傳感器系(xi)統(tong)、AR/VR 系(xi)統(tong)的(de)結合，增強智(zhi)能(neng)化手段的(de)應用(yong)廣(guang)度和深(shen)度，不僅使(shi)運(yun)(yun)行(xing)單位及行(xing)業管(guan)理(li)(li)部門實(shi)時、全面(mian)(mian)(mian)感知污水運(yun)(yun)行(xing)系(xi)統(tong)中方(fang)方(fang)面(mian)(mian)(mian)面(mian)(mian)(mian)的(de)信(xin)息，而且可運(yun)(yun)用(yong)云平臺(tai)搭載大數(shu)據分析訓練引擎，從而有(you)效(xiao)提(ti)(ti)升水務(wu)決(jue)策能(neng)力及效(xiao)率，為運(yun)(yun)行(xing)單位提(ti)(ti)供(gong)更(geng)為靈(ling)活(huo)有(you)效(xiao)的(de)決(jue)策管(guan)控方(fang)案。

　　來源：中(zhong)國市(shi)政工程(cheng)