規模經濟、基礎設施和服務壓力，創新意愿使城市成為應用智能技術的最佳場所。智慧城市整合物質系統、數字系統和人類系統，為市民創造可持續、繁榮、包容的發展成果，擴大和連接基礎設施是衡量智慧城市建設成功與否的關鍵。水資源作為城市的重要資源之一，與市民的生活有關。水務行業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、城市管理、公共安全、生態宜居等客觀指標，對市民體驗也有很大影響，因此其數字化、智能化是建設新型智能城市的重要組成部分。與此同時，基礎設施老化，極端天氣持續增加，城市人口過度集中，加快水資源短缺，引起一系列水質和水安全問題，面對這些壓力，發展數字水務有助于促進城市水務管理變革，給行業和消費者帶來新的變革。

本文在綜合國內外學者、機構研究的基礎上，結合國際數字水務的最新報告，分析和介紹業務領域、價值潛力、應用場景等數字水務，最終落腳于數字水務在污水廠的應用探索。

不同業務領域的數字化發展

智能水務包括水務信息收集、傳輸、存儲、處理和服務，提高水務管理的效率和效能，實現更全面的感知，更積極的服務，更綜合的資源，更科學的決策水務業務分為基礎業務、塊業務和支持業務，田雨等人認為防汛業務、水資源管理業務、水生態管理業務和水環境管理業務是數字水務建設中最重要、最緊迫的建設領域。四大條件業務的數字化基于信息感知的更全面，但各自的發展側重點不同，其中防汛業務出現在緊急警報方面，水資源管理業務出現在資源整合、積極服務等方面，水生態管理和水環境管理業務出現在科學決策、智能控制等方面。

以防汛業務為例，隨著極端天氣的頻發，數字業務可以實時監測洪水發生的可能性和影響，降低洪水造成的傷亡和經濟損失，為災后重建提供幫助，通過遙感技術、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澇，通過傳感器、監視設備等可以聯動地調整城市排水系統，防止洪水災害發生。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生洪災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，系統提前排水，自動降低蓄水池的水位，湖排水系統的天氣感應閥在暴雨前自己啟動，避免洪水的發生。

數字水務的價值潛力

數字技術有助于水務行業自身創造多種價值。例如，降低運營成本，優化現有資產，提高員工參與度和生產效率等。此外，數字水務的應用對用戶和環境有很大影響。例如，水務公司的運營和財務數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、網絡修理等服務)，污水收集系統的實施數據傳輸、流域傳感器網絡的建立盡量減少污染，最大限度地保護環境。

1、市場價值

(1)降低運營成本

數據、傳感器可用于實時跟蹤、分析大量能源消耗、化學品使用、運營維護和系統性能的數據；理財系統和財務跟蹤工具可確定運營成本，提高流程效率。通過長時間的數據采集和管理，可以獲得運營成本基礎，進一步判斷未來的趨勢，確保系統以最佳、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成本。

（2）優化現有資產

我國城市發展由“增量擴張”向“存量優化”的轉型已得到政府及社會各界的廣泛重視。水務行業作為重資產行業，隨著基礎設施建設的完善，如何以優化的方式應對基礎設施的老化整水務結構和功能的重點。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使用年齡在10年以上，管道功能性缺陷和結構性缺陷長度超過30%，在解決缺陷時修理或更換是功能保障和經濟結合預測數據分析和決策優化系統工具，可以解決這樣的問題，提出預測資產管理計劃修復老化資產，優化資產業績。

(3)提高生產效率

水務管理具有流量計、傳感器、視頻監視等一系列復雜的數據收集設施，但這些數據復雜龐大，運營者無法連接這些數據，識別其中存在的問題和危險。智能監視和分析系統可以統一不同來源的數據，收集和保存在中央存儲器中，經過一系列的運算分析，以圖表等形式直觀地出現在運行者面前，將能源和注意力集中在系統反映的異常數據中，提高生產效率。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據質量和準確性。

2、非市場價值

(1)提高用戶體驗

為了提高可持續性，提高水資源保護力，水務公司開始制定創新戰略，提高消費者參與度，重塑人們的水觀念。此外，水務公司正在建立功能齊全的在線綜合運營系統，全面優化各種服務。一般來說，為了改變用戶的水習慣，必須提供更方便的服務，盡量減少對用戶日常生活習慣的影響。昆士蘭麥凱區市政府引進自動復印技術，幫助消費者更好地管理用水，節約開支。如果發生漏水現象，數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字技術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，提供水和節水信息。

(2)降低管理風險

風險管理是水務行業的重要組成部分，對維持公共系統的有效性、公共安全和人們的信賴至關重要，利用先進的數字技術進行風險預測和管理，有助于水務部門和公司發現問題，在成為公共事件之前采取相應的措施。以管網漏水為例，隨著數字水務的推進，供水機構獲得GIS數據、水質/流量/壓力監測數據、日常維護數據等越來越多的數據，通過挖掘這些大數據中包含的信息，，降低管理風險。

(3)保護人類和環境健康

公共事業需要把保護人類和環境健康放在首位，但傳統模式由于紙質資料不方便、動態更新不及時、巡邏工作效率低、分析問題無根據等問題監督不及、不適當、監督不足、環境污染事件頻繁發生。數字技術為監督提供了手段和依據。以水體、流域為例，可設置原位傳感器或分析儀測量水質，結合流域尺度氣候模型、水利水質模型監測和判斷污染物濃度、分布、轉移等。

污水處理廠的應用探索

1、國內外污水廠的數字化現狀

歐美國家的污水處理事業比較完善，結合通信、自動化、計算機等領域的科學研究成果，逐漸走向數字化。以美國芝加哥Stickney工廠為例，其監控系統高度自動化，控制系統通過算法優化設備和技術，形成了自動采集、自動判斷、自動調整、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，其他管理由數據中心的計算機控制。亞洲地區日本污水處理監測技術突出，其數字系統特點是監測系統小型化與多傳感器融合技術相結合。

2、數字化污水廠的應用探索

(1)bim建模/無人機傾斜攝影+地理信息系統(GIS)技術應用

bim建模/無人機傾斜攝影+GIS技術，污水廠實現基礎數據資源的數字化、可視化管理，將地圖要素、地面、地下空間信息融入管理系統通過該聯合技術的應用，將工程階段產生的數字信息貫穿整個建設管理，解決大量信息的溝通、協調問題，為設計、施工、運營部門以內的各參加主體提供合作的基礎，建設基于5G+bim技術的工程建設全生命周期管理是污水廠未來數字化發展的主要趨勢之一。

(2)移動終端設備應用

為運行人員提供智能手機、平板電腦等移動設備，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據質量和準確性。這些終端的數據將上傳到數據中心，有利于其他人員檢查，保證數據的完整性，為大數據分析提供依據和基礎。

(3)提高現實和虛擬現實(AR和VR)的應用

AR和VR技術也有廣闊的發展空間，通過提供建筑物、設備、配管、電纜等資產的全息圖像，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知識的情況下，通過視覺指導進行設備的問題識別和檢查。

利用AR技術提供的文本輸入功能，現場工作人員可以使用它來快速共享信息。通過AR技術，可以判斷哪些設備運轉正常，同時結合數據分析，可以實現預防性的設備維護。再結合GIS、傳感器、數字孿生技術，可以更進一步的生成物理系統的運行副本，對污水廠的功能進行模擬，并直觀的進行監控，提高污水廠預測性維護及事故預防能力。

隨著物聯網大容量設備和各種新服務類型的出現，傳統的工程控制集群網絡逐漸負擔不起，5G技術可以實現業務數據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:提高污水廠的計量、控制、執行、應用的實時性