全球水務領域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮
IWA全球水行業(yè)動態(tài)
數(shù)字化轉(zhuǎn)型
摘要：數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字水務是水務行業(yè)多年來一直存在的概念，但世界各地的實踐情況參差不齊。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字水務是水務行業(yè)多年來一直存在的概念，但世界各地的實踐情況參差不齊。依據(jù)所在地不同，該行業(yè)面臨著許多不同的挑戰(zhàn)，但所有這些挑戰(zhàn)的基礎都是可持續(xù)發(fā)展目標（SDG）6的范疇，即 “確保人人享有水和衛(wèi)生設施并對其進行可持續(xù)管理”。然而實現(xiàn)這一目標的進展緩慢。2021 年，聯(lián)合國報告稱，“平均而言，世界必須將目前的進展速度翻兩番，才有機會在 2030 年之前實現(xiàn)SDG 6”。我們在看待數(shù)字化轉(zhuǎn)型時，對它的實際含義一直存在一些困惑。至少對我來說，它是一系列數(shù)字化工具的集合，作為一個全球性行業(yè)，我們可以利用這些工具來告知我們的績效和需要做的事情，無論是解決溫室氣體排放（GHGs）問題、通過提高運營和資產(chǎn)管理效率來減少能源密集型流程，還是限制水行業(yè)可能造成的污染影響等。
在這篇文章中，我將列舉三個數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實例：
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在巴西，利用 LoRaWAN 幫助減少氣候變化造成的暴風雨對人們的影響。
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在中國，利用污水收集網(wǎng)絡數(shù)字孿生系統(tǒng)提高效率，降低污染發(fā)生率。
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在英國，使用先進的資產(chǎn)管理激光掃描技術，提高設計和運營管理的效率。
增強巴西的氣候變化應對能力
第一個案例研究展示了如何利用數(shù)字化轉(zhuǎn)型提高城市抗災能力。
政府間氣候變化專門委員會第六次評估報告（AR6）預計，即使在氣溫上升較為保守的情況下，全球范圍內(nèi)的暴風雨也將增加 1.5 倍。強風暴的增加已經(jīng)在許多國家出現(xiàn)，包括巴基斯坦、巴西和德國。
鑒于全球 55% 的人口生活在城市中，迫切需要加強城市供水、衛(wèi)生和雨水排放基礎設施的抗災能力。數(shù)字工具的使用有助于通過恢復、緩解和準備這三個應對步驟來提高城市適應力。
其中一個例子是利用 ASTHON Tecnologia 公司開發(fā)的遠距離廣域網(wǎng) (LoRaWAN) 遙測水文監(jiān)測系統(tǒng)，對巴西中型城市伊塔胡巴（Itajubá）城區(qū)的極端水文事件進行監(jiān)測、預測和警報發(fā)送。
薩普卡伊河（Sapucaí River）是橫穿該市城區(qū)的主要水道，長期以來洪水泛濫。近年來，薩普卡伊河支流--市區(qū)內(nèi)--的山洪暴發(fā)越來越頻繁。短時強降雨導致河岸泛濫，多個街區(qū)的街道被淹。多山的復雜地形需要高密度的監(jiān)測站，以便全面掌握降雨的空間變化。此外，流域的響應時間很短，需要在很短的時間間隔內(nèi)進行遙測測量。
由于伊塔胡巴是一個中等城市，資金有限。因此，利用 LoRaWAN 開發(fā)遙測系統(tǒng)被選為一種低成本解決方案。該系統(tǒng)由一個數(shù)字電路板組成，結(jié)構(gòu)非常緊湊，能耗低，只需一個小型電池，其電量可持續(xù)數(shù)月，無需太陽能電池板充電。使用的傳感器是本國制造的，成本低。整個系統(tǒng)的開發(fā)是基于團隊成員與市政民防團隊多年的合作。他們的經(jīng)驗使我們能夠確定市政當局對極端水文事件發(fā)生的要求。在系統(tǒng)運行和收集水文數(shù)據(jù)的過程中，一個用于水質(zhì)預測的 ANN 應用程序正在接受培訓，以幫助提高預測的準確性。
第二個案例研究探討了污水網(wǎng)絡數(shù)字孿生系統(tǒng)的快速發(fā)展，該系統(tǒng)的開發(fā)旨在實現(xiàn)低維護率，并通過全面監(jiān)控來促進運營管理。該項目在中華人民共和國九江市實施，九江市是江西省長江沿岸的欠發(fā)達地區(qū)。該地區(qū)在污水收集網(wǎng)絡管理方面面臨諸多挑戰(zhàn)，這意味著缺乏管理城市內(nèi)澇和溢流污染的有效措施，以及管理風險和主動控制的能力有限。該項目匯集了運營、勞動力、資產(chǎn)和工具、工作流程、監(jiān)測數(shù)據(jù)和數(shù)值模型等多個來源的數(shù)據(jù)，形成了一個高質(zhì)量的數(shù)據(jù)平臺和智能監(jiān)測系統(tǒng)。數(shù)字孿生方法的發(fā)展使中國提出了 “城市智慧水管家 ”（Urban Smart Water Steward）的概念，以促進城市水和環(huán)境的綜合管理，包括水資源、原水運輸、水處理和分配、污水收集和處理、排水管網(wǎng)、污泥處理和露天水域。利用地理信息系統(tǒng)（GIS）、動態(tài)監(jiān)測、數(shù)值模擬和大數(shù)據(jù)，加強智慧水務應用，促進跨部門協(xié)作和高效的信息共享。這一概念建立了一個集中的遠程控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能決策和調(diào)度規(guī)劃。這種方法降低了城市內(nèi)澇和下水道合流溢流的可能性，增強了排水系統(tǒng)應對緊急情況的能力，并提高了公眾滿意度。該平臺服務于九江城區(qū) 80 平方公里的區(qū)域，包括 4 座污水處理廠、1,929 公里排水管網(wǎng)、70 多座泵站、3 座調(diào)節(jié)水庫以及相關的管道、河流和湖泊設施，服務人口達 251 萬。自上線以來，共激活 316 個用戶賬戶，累計監(jiān)測數(shù)據(jù)超過 10 億條。日常水運行管理數(shù)據(jù)已超過 49600 條。此外，輔助運行決策的模型預測數(shù)據(jù)已超過約 1000 萬條。該項目已獲得 10 多項專利和 40 多項軟件版權。該項目的成果包括：
- 80% 的工藝操作和安全培訓基于數(shù)字孿生應用技術
- 通過深入的數(shù)據(jù)挖掘和分析，成功實現(xiàn)了六個污染源追蹤和污染源控制案例
- 為未來幾代水利工程師提供教育資源，每年吸引 100 多名利益相關者前來參觀
本案例研究探討了建筑信息模型 (BIM) 技術在英國飲用水和污水管理中的應用，以提供有效的資產(chǎn)管理和設計。水務行業(yè)是一個復雜的資產(chǎn)管理行業(yè)，由于其規(guī)模龐大，人口增長、氣候變化和日益增長的環(huán)境需求導致資產(chǎn)規(guī)模不斷擴大。工程設計已經(jīng)從繪圖員在紙上繪制圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎酶鞣N日益復雜的方法來獲取行業(yè)資產(chǎn)的相關信息。二十年前，人們使用紙質(zhì)手冊來記錄所有這些資產(chǎn)作為一個系統(tǒng)是如何工作的。而現(xiàn)代的工作方式則是利用激光掃描，在點云中捕捉資產(chǎn)。技術發(fā)展到今天，測量精度已經(jīng)可以精確到毫米。數(shù)字化工具在很大程度上實現(xiàn)了遠程工作，減少了工程師現(xiàn)場設計的需要，減少了差旅及其相關的碳排放。此外，數(shù)字化技術還能記錄難以到達地點的資產(chǎn)，并通過掃描檢測故障資產(chǎn)，實現(xiàn)主動維護，從而提高設計效率。在本案例研究中，數(shù)字化使運營商能夠在不中斷運營的情況下迅速確定現(xiàn)場的竣工狀態(tài)，從而更新文件和圖紙等關鍵信息。該資產(chǎn)的數(shù)字化提高了對客戶設備庫存的了解，為運營團隊提供了易于訪問的數(shù)據(jù)，有助于為現(xiàn)場范圍做準備。通過一個名為 “視覺”（Vision）的程序進行的可視化狀態(tài)評估發(fā)現(xiàn)了未知問題，并促使采取補救措施。在全球范圍內(nèi)，數(shù)字工具正被越來越多地用于幫助水務行業(yè)以更高效的方式運營，提高運營和資產(chǎn)管理效率，以更優(yōu)質(zhì)的方式服務公眾，并最終以更可持續(xù)的方式保護環(huán)境。數(shù)字工具在造福水務行業(yè)方面潛力巨大，而這僅僅是個開始。
本文作者
Oliver Grievson 是全球工程咨詢公司阿特金斯-雷利斯（AtkinsRéalis）的副總監(jiān)，也是埃克塞特大學皇家工程院數(shù)字水務客座教授。他還是國際水協(xié)會數(shù)字水務項目的主席。
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http://www.ytziyue.cn/news/202411/07/161905.html 10月29日，住建部發(fā)布《2023年中國城市建設狀況公報》。公報顯示， 截至2023年末，全國城市排水管道長度 95.25 萬公里， 同比增長 4.27%；污水處理廠處理能力 2.27 億立方米/日， 同比增長4.84%；污水處理率 98.69%，比上年增加 0.58 個百分點；生活污水集中收集率 73.63%，比上年增加3.57個百分點。截至2023年末，全國城市生活垃圾無害化處理率99.98%， 比上年增加0.08個百分點；生活垃圾無害化處理能力114.44 萬噸/日，同比增長 3.15%，其中，焚燒處理能力占比為 75.30%。http://www.ytziyue.cn/news/202411/07/161912.html
