摘要：面對基礎設施老化且資金不足、公共政策不能與時(shí)俱進(jìn)和氣候變化等因素加劇水資源短缺、水質(zhì)問(wèn)題以及水安全等新風(fēng)險，數字水務(wù)顯示出多重價(jià)值。因此，加快水務(wù)行業(yè)的數字化進(jìn)程顯得尤為緊迫。污水處理廠(chǎng)的建設是解決水環(huán)境污染問(wèn)題的基本舉措，著(zhù)重介紹以5G 技術(shù)為基礎，探索其與數字技術(shù)在污水處理廠(chǎng)中的結合與應用。

       基礎設施和服務(wù)壓力，以及創(chuàng )新意愿使得城市成為應用智慧技術(shù)的最佳場(chǎng)所。智慧城市將整合物質(zhì)系統、數字系統和人類(lèi)系統，為市民創(chuàng )造可持續、繁榮、包容的發(fā)展成果[1]。水資源作為城市重要的資源之一，與市民的生活休戚相關(guān)。水務(wù)行業(yè)將直接影響GB/T 33356—2016《新型智慧城市評價(jià)標準框架》所述的城市服務(wù)、城市管理、公共安全和生態(tài)宜居等客觀(guān)指標，對市民體驗也具有很大影響，因此數字化、智能化是建設新型智慧城市的重要組成部分。與此同時(shí)，基礎設施老化、極端天氣的持續增多、城市人口的過(guò)度集中，加速水資源短缺，并引發(fā)一系列水質(zhì)及水安全問(wèn)題。面對這些壓力，發(fā)展數字水務(wù)將有助于促進(jìn)城市水務(wù)管理的轉型，并為行業(yè)及消費者帶來(lái)全新變革。

       1 不同業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數字化發(fā)展

       智慧水務(wù)包括水務(wù)信息采集、傳輸、存儲、處理和服務(wù)，可提升水務(wù)管理的效率和效能，實(shí)現更全面的感知、更主動(dòng)的服務(wù)、更整合的資源、更科學(xué)的決策、更自動(dòng)的控制和更及時(shí)的應對。水務(wù)業(yè)務(wù)可以劃分為基礎業(yè)務(wù)、條塊業(yè)務(wù)以及支撐業(yè)務(wù)。田雨等人[2] 認為四大條塊業(yè)務(wù)即防汛業(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)是數字水務(wù)建設中最為重要和最為迫切的建設領(lǐng)域。四大條塊業(yè)務(wù)的數字化都是建立在信息感知更全面的基礎之上，各自發(fā)展側重點(diǎn)不盡相同。其中，防汛業(yè)務(wù)體現在應急預警方面，水資源管理業(yè)務(wù)體現在資源整合、主動(dòng)服務(wù)等方面，而水生態(tài)管理和水環(huán)境管理業(yè)務(wù)體現在科學(xué)決策、智能控制等方面。

       2 數字水務(wù)的價(jià)值潛力

       數字技術(shù)將幫助水務(wù)行業(yè)自身創(chuàng )造出多種價(jià)值，如：降低運營(yíng)成本、優(yōu)化現有資產(chǎn)、提高員工參與度與生產(chǎn)效率等。除此之外，數字水務(wù)的應用還將對用戶(hù)及環(huán)境帶來(lái)深遠影響，如水務(wù)公司運營(yíng)和財務(wù)方面的數字化方案都將有助于提高用戶(hù)體驗（可參照電子賬單推送、線(xiàn)上繳費、網(wǎng)絡(luò )報修等服務(wù)），污水收集系統的實(shí)施數據傳輸、流域傳感器網(wǎng)絡(luò )的建立則將減少污染，以最大的力度保護環(huán)境。

       3 數字水務(wù)在污水處理廠(chǎng)中的應用探索

       3.1 國內、外污水廠(chǎng)數字化現狀

       歐美國家的污水處理事業(yè)相對完善，并結合通信、自動(dòng)化、計算機等領(lǐng)域的科研成果，逐步邁向數字化。以美國芝加哥STICKNEY 廠(chǎng)為例，其監控系統高度自動(dòng)化，控制系統通過(guò)計算對設備及工藝進(jìn)行優(yōu)化，形成自動(dòng)采集、自動(dòng)判斷、自動(dòng)調整和自動(dòng)控制四位一體的運行模式。德國不來(lái)梅OPPOLZER 的污水廠(chǎng)高度智能化，整個(gè)廠(chǎng)區只有幾個(gè)運行人員負責廠(chǎng)區日常記錄，其他管理都由數據中心的電腦進(jìn)行控制。亞洲地區日本污水處理監控技術(shù)較為突出，其數字系統的特點(diǎn)為監控系統小型化結合多傳感器融合技術(shù)[5]。

        3.2 污水廠(chǎng)基于5G 技術(shù)的數字化應用探索

        5G 技術(shù)可實(shí)現業(yè)務(wù)數據本地化處理和接入到移動(dòng)云平臺，通過(guò)邊緣計算為污水廠(chǎng)提供服務(wù)：為污水廠(chǎng)提供全生命周期管理；為大量多樣化異構數據提供優(yōu)化，提高污水廠(chǎng)計量、控制、執行、應用的實(shí)時(shí)性；為污水廠(chǎng)遠程控制、設備維修提供依據。

       1）GIS+BIM 技術(shù)應用。通過(guò)5G+GIS 技術(shù)污水處理廠(chǎng)可實(shí)現對基礎數據資源的數字化、可視化管理，將地圖元素和地下空間信息融入到管理系統之中，采用3D 模擬技術(shù)對地下管線(xiàn)進(jìn)行詳實(shí)的展示，切實(shí)解決污水處理流程管理中設備和管道隱蔽性強、重疊交叉的問(wèn)題，充分體現出輔助決策的科學(xué)性和先進(jìn)性（見(jiàn)圖1）。通過(guò)此聯(lián)合技術(shù)的應用，將工程階段產(chǎn)生的數字化信息貫穿于整個(gè)建設管理中，可解決大量信息的溝通、協(xié)調問(wèn)題，為設計、施工以及運營(yíng)單位在內的各參建主體提供協(xié)同的工作基礎，構建基于5G+GIS+BIM 技術(shù)的工程建設全生命周期管理將是污水廠(chǎng)未來(lái)數字化發(fā)展的主要趨勢之一。

      3）虛擬現實(shí)與增強現實(shí)技術(shù)應用。虛擬現實(shí)技術(shù)（AR）和增強現實(shí)技術(shù)（VR）技術(shù)在污水處理廠(chǎng)數字化應用中具有廣闊的發(fā)展空間，可通過(guò)提供建構筑物、設備、管道、線(xiàn)纜等設備的全息圖像，為員工開(kāi)展浸入式場(chǎng)景培訓。此外，還可以讓員工在沒(méi)有預先大量?jì)Υ嫦嚓P(guān)知識的情況下，通過(guò)可視化指導對設備運行狀態(tài)進(jìn)行問(wèn)題識別甚至是檢修（見(jiàn)圖2）。同時(shí)，結合數據分析，實(shí)現預防性的設備維護。再結合GIS、傳感器、數字孿生技術(shù)，可以更進(jìn)一步地生成物理系統的運行副本，對污水廠(chǎng)的功能進(jìn)行模擬，并進(jìn)行直觀(guān)監控，提高污水廠(chǎng)預測性維護及事故預防能力。

       4 結語(yǔ)

       近年來(lái)智慧水務(wù)進(jìn)入新一輪的高速發(fā)展期。5G 技術(shù)的突破無(wú)疑為數字技術(shù)的使用提供更為廣闊的發(fā)展空間。在污水處理廠(chǎng)中，5G 技術(shù)通過(guò)與GIS 系統、傳感器系統、AR/VR 系統的結合，增強智能化手段的應用廣度和深度，不僅使運行單位及行業(yè)管理部門(mén)實(shí)時(shí)、全面感知污水運行系統中方方面面的信息，而且可運用云平臺搭載大數據分析訓練引擎，從而有效提升水務(wù)決策能力及效率，為運行單位提供更為靈活有效的決策管控方案。

編輯：徐冰冰