規(guī)模經(jīng)濟、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)的最佳場所。智慧城市整合物質(zhì)系統(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)和人類系統(tǒng)，為市民創(chuàng)造可持續(xù)、繁榮、包容的發(fā)展成果，擴大和連接基礎(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估標準框架(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，對市民體驗也有很大影響，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，基礎(chǔ)設(shè)施老化，極端天氣持續(xù)增加，城市人口過度集中，加快水資源短缺，引起一系列水質(zhì)和水安全問題，面對這些壓力，發(fā)展數(shù)字水務(wù)有助于促進城市水務(wù)管理變革，給行業(yè)和消費者帶來新的變革。

本文在綜合國內(nèi)外學者、機構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合國際數(shù)字水務(wù)的最新報告，分析和介紹業(yè)務(wù)領(lǐng)域、價值潛力、應(yīng)用場景等數(shù)字水務(wù)，最終落腳于數(shù)字水務(wù)在污水廠的應(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、處理和服務(wù)，提高水務(wù)管理的效率和效能，實現(xiàn)更全面的感知，更積極的服務(wù)，更綜合的資源，更科學的決策水務(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)重點不同，其中防汛業(yè)務(wù)出現(xiàn)在緊急警報方面，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)可以實時監(jiān)測洪水發(fā)生的可能性和影響，降低洪水造成的傷亡和經(jīng)濟損失，為災(zāi)后重建提供幫助，通過遙感技術(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，通過傳感器、監(jiān)視設(shè)備等可以聯(lián)動地調(diào)整城市排水系統(tǒng)，防止洪水災(zāi)害發(fā)生。在2021年颶風厄馬席卷佛羅里達之前，奧蒙德海灘在五個可能發(fā)生洪災(zāi)的湖泊中安裝了傳感器。當時，傳感器和軟件檢測到暴雨臨近，系統(tǒng)提前排水，自動降低蓄水池的水位，湖排水系統(tǒng)的天氣感應(yīng)閥在暴雨前自己啟動，避免洪水的發(fā)生。

數(shù)字水務(wù)的價值潛力

數(shù)字技術(shù)有助于水務(wù)行業(yè)自身創(chuàng)造多種價值。例如，降低運營成本，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)用對用戶和環(huán)境有很大影響。例如，水務(wù)公司的運營和財務(wù)數(shù)字化方案有助于提高體驗(可以參考電子賬單推進、在線收費、網(wǎng)絡(luò)修理等服務(wù))，污水收集系統(tǒng)的實施數(shù)據(jù)傳輸、流域傳感器網(wǎng)絡(luò)的建立盡量減少污染，最大限度地保護環(huán)境。

1、市場價值

(1)降低運營成本

數(shù)據(jù)、傳感器可用于實時跟蹤、分析大量能源消耗、化學品使用、運營維護和系統(tǒng)性能的數(shù)據(jù)；理財系統(tǒng)和財務(wù)跟蹤工具可確定運營成本，提高流程效率。通過長時間的數(shù)據(jù)采集和管理，可以獲得運營成本基礎(chǔ)，進一步判斷未來的趨勢，確保系統(tǒng)以最佳、最具成本效益的方式運營，在減少資源消耗的同時降低服務(wù)成本。

（2）優(yōu)化現(xiàn)有資產(chǎn)

我國城市發(fā)展由“增量擴張”向“存量優(yōu)化”的轉(zhuǎn)型已得到政府及社會各界的廣泛重視。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，如何以優(yōu)化的方式應(yīng)對基礎(chǔ)設(shè)施的老化整水務(wù)結(jié)構(gòu)和功能的重點。以我國排水管道為例，截至2021年底，我國城市排水管道長度總量達63.0萬公里，其中27萬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)性缺陷長度超過30%，在解決缺陷時修理或更換是功能保障和經(jīng)濟結(jié)合預(yù)測數(shù)據(jù)分析和決策優(yōu)化系統(tǒng)工具，可以解決這樣的問題，提出預(yù)測資產(chǎn)管理計劃修復(fù)老化資產(chǎn)，優(yōu)化資產(chǎn)業(yè)績。

(3)提高生產(chǎn)效率

水務(wù)管理具有流量計、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，運營者無法連接這些數(shù)據(jù)，識別其中存在的問題和危險。智能監(jiān)視和分析系統(tǒng)可以統(tǒng)一不同來源的數(shù)據(jù)，收集和保存在中央存儲器中，經(jīng)過一系列的運算分析，以圖表等形式直觀地出現(xiàn)在運行者面前，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)量和準確性。

2、非市場價值

(1)提高用戶體驗

為了提高可持續(xù)性，提高水資源保護力，水務(wù)公司開始制定創(chuàng)新戰(zhàn)略，提高消費者參與度，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綜合運營系統(tǒng)，全面優(yōu)化各種服務(wù)。一般來說，為了改變用戶的水習慣，必須提供更方便的服務(wù)，盡量減少對用戶日常生活習慣的影響。昆士蘭麥凱區(qū)市政府引進自動復(fù)印技術(shù)，幫助消費者更好地管理用水，節(jié)約開支。如果發(fā)生漏水現(xiàn)象，數(shù)字水表可以立即警告消費者和當局，當局可以盡快解決問題，減少水資源的浪費。人工智能聊天機器人等新的數(shù)字技術(shù)可以隨時回答消費者的問題，為加強用戶參與提供了巨大的可能性。同時，它還可以推送用戶快遞，提供水和節(jié)水信息。

(2)降低管理風險

風險管理是水務(wù)行業(yè)的重要組成部分，對維持公共系統(tǒng)的有效性、公共安全和人們的信賴至關(guān)重要，利用先進的數(shù)字技術(shù)進行風險預(yù)測和管理，有助于水務(wù)部門和公司發(fā)現(xiàn)問題，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，供水機構(gòu)獲得GIS數(shù)據(jù)、水質(zhì)/流量/壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)、日常維護數(shù)據(jù)等越來越多的數(shù)據(jù)，通過挖掘這些大數(shù)據(jù)中包含的信息，，降低管理風險。

(3)保護人類和環(huán)境健康

公共事業(yè)需要把保護人類和環(huán)境健康放在首位，但傳統(tǒng)模式由于紙質(zhì)資料不方便、動態(tài)更新不及時、巡邏工作效率低、分析問題無根據(jù)等問題監(jiān)督不及、不適當、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、流域為例，可設(shè)置原位傳感器或分析儀測量水質(zhì)，結(jié)合流域尺度氣候模型、水利水質(zhì)模型監(jiān)測和判斷污染物濃度、分布、轉(zhuǎn)移等。

污水處理廠的應(yīng)用探索

1、國內(nèi)外污水廠的數(shù)字化現(xiàn)狀

歐美國家的污水處理事業(yè)比較完善，結(jié)合通信、自動化、計算機等領(lǐng)域的科學研究成果，逐漸走向數(shù)字化。以美國芝加哥Stickney工廠為例，其監(jiān)控系統(tǒng)高度自動化，控制系統(tǒng)通過算法優(yōu)化設(shè)備和技術(shù)，形成了自動采集、自動判斷、自動調(diào)整、自動控制四位一體化的運行模式。德國不來梅Oppolzer的污水廠很智能，整個工廠只有幾個運營商負責工廠的日常記錄，其他管理由數(shù)據(jù)中心的計算機控制。亞洲地區(qū)日本污水處理監(jiān)測技術(shù)突出，其數(shù)字系統(tǒng)特點是監(jiān)測系統(tǒng)小型化與多傳感器融合技術(shù)相結(jié)合。

2、數(shù)字化污水廠的應(yīng)用探索

(1)bim建模/無人機傾斜攝影+地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)應(yīng)用

bim建模/無人機傾斜攝影+GIS技術(shù)，污水廠實現(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)字信息貫穿整個建設(shè)管理，解決大量信息的溝通、協(xié)調(diào)問題，為設(shè)計、施工、運營部門以內(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未來數(shù)字化發(fā)展的主要趨勢之一。

(2)移動終端設(shè)備應(yīng)用

為運行人員提供智能手機、平板電腦等移動設(shè)備，使污水廠員工在巡邏過程中更快、更簡單地完成工作，同時提高工作中收集的數(shù)據(jù)質(zhì)量和準確性。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)實和虛擬現(xiàn)實(AR和VR)的應(yīng)用

AR和VR技術(shù)也有廣闊的發(fā)展空間，通過提供建筑物、設(shè)備、配管、電纜等資產(chǎn)的全息圖像，可以對員工進行浸入式場景的訓練，并且員工可以在沒有大量儲存相關(guān)知識的情況下，通過視覺指導進行設(shè)備的問題識別和檢查。

利用AR技術(shù)提供的文本輸入功能，現(xiàn)場工作人員可以使用它來快速共享信息。通過AR技術(shù)，可以判斷哪些設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，同時結(jié)合數(shù)據(jù)分析，可以實現(xiàn)預(yù)防性的設(shè)備維護。再結(jié)合GIS、傳感器、數(shù)字孿生技術(shù)，可以更進一步的生成物理系統(tǒng)的運行副本，對污水廠的功能進行模擬，并直觀的進行監(jiān)控，提高污水廠預(yù)測性維護及事故預(yù)防能力。

隨著物聯(lián)網(wǎng)大容量設(shè)備和各種新服務(wù)類型的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的工程控制集群網(wǎng)絡(luò)逐漸負擔不起，5G技術(shù)可以實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的本地化處理和訪問移動云平臺，通過邊緣計算可以為污水廠提供以下服務(wù):提高污水廠的計量、控制、執(zhí)行、應(yīng)用的實時性