2020年11月15日，IWA攜手新加坡公共事業(yè)局PUB共同在線上發(fā)布了“數(shù)字水務(wù)系列”叢書(shū)的第一本——《數(shù)字水務(wù)–新加坡經(jīng)驗(yàn)分享》。該書(shū)由PUB編寫(xiě)，分享了PUB的數(shù)字轉(zhuǎn)型動(dòng)力，概述了PUB對(duì)未來(lái)數(shù)字水務(wù)的愿景，強(qiáng)調(diào)了其決策背后的審議工作，展示了有關(guān)數(shù)字水務(wù)的一些關(guān)鍵創(chuàng)新項(xiàng)目和計(jì)劃，并分享了PUB對(duì)水資源管理數(shù)字化戰(zhàn)略的深刻見(jiàn)解。通過(guò)分享新加坡的經(jīng)驗(yàn)，使水務(wù)行業(yè)的相關(guān)從業(yè)人員可以了解到目前市場(chǎng)上可用的一些數(shù)字工具以及數(shù)字化對(duì)水務(wù)部門(mén)的影響。

本書(shū)作者三位分別是PUB執(zhí)行總裁 Ng Joo Hee先生、副總裁Harry Seah先生以及工程技術(shù)總監(jiān)Pang Chee Meng博士。

眾所周知，新加坡是一個(gè)“缺水”的國(guó)家。全國(guó)目前每日用水量約195萬(wàn)噸，由著名的四個(gè)“國(guó)家水龍頭”（國(guó)內(nèi)集水區(qū)、進(jìn)口水、新生水以及淡化海水）提供。預(yù)計(jì)到2061年，全國(guó)總需水量將會(huì)翻倍。面對(duì)不斷增加的用水需求、運(yùn)營(yíng)成本以及氣候變化帶來(lái)的壓力，PUB正在利用數(shù)字解決方案和智能技術(shù)——包括機(jī)器人、傳感器和網(wǎng)絡(luò)通信、系統(tǒng)自動(dòng)化以及虛擬建模和預(yù)測(cè)分析等——來(lái)增強(qiáng)運(yùn)營(yíng)韌性、提高生產(chǎn)力和安全性。PUB于2018年發(fā)布了SMART PUB Roadmap（PUB智慧路線圖），表明新加坡整個(gè)供水系統(tǒng)未來(lái)要全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，以改善運(yùn)營(yíng)水平并滿足未來(lái)的用水需求。

為了指導(dǎo)數(shù)字化工作，PUB提出了四個(gè)主要目標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)其數(shù)字轉(zhuǎn)型：

（1）通過(guò)數(shù)字賦能給水司創(chuàng)造價(jià)值（Create Value）

（2）提高運(yùn)營(yíng)效率（Efficient Operation）

（3）提供更好的工作環(huán)境（Better Work Environment）

（4）改善客戶體驗(yàn)（Improved Customer Service）

通過(guò)明確這些目標(biāo)，PUB能夠集中精力進(jìn)行研發(fā)工作和項(xiàng)目投資，更加詳盡地規(guī)劃數(shù)字化進(jìn)程。該書(shū)圍繞這四個(gè)目標(biāo)記錄了PUB在這幾個(gè)方面所做的創(chuàng)新工作，并結(jié)合具體的項(xiàng)目案例進(jìn)行了分析和說(shuō)明。

針對(duì)“創(chuàng)造價(jià)值”這一目標(biāo)，PUB提出數(shù)字化可以優(yōu)化新加坡的供水系統(tǒng)，例如通過(guò)創(chuàng)建智慧（決策）系統(tǒng)，如引入人工智能、數(shù)據(jù)分析等數(shù)字手段來(lái)優(yōu)化各水庫(kù)之間的供水調(diào)度和飲用水生產(chǎn)、減少成本能耗以及不必要的人工作業(yè)時(shí)間。此外，PUB還可以利用數(shù)字化來(lái)更好地監(jiān)控資產(chǎn)的運(yùn)行狀況。例如通過(guò)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)傳感系統(tǒng)來(lái)“監(jiān)視”資產(chǎn)（如泵）運(yùn)行狀況，對(duì)異常情況進(jìn)行預(yù)警，并通過(guò)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，掌握設(shè)備關(guān)鍵信息，盡早地發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題（故障）并及時(shí)解決。

目前PUB正在開(kāi)發(fā)可以根據(jù)設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀來(lái)進(jìn)行定期維護(hù)的智慧系統(tǒng)，從而減少運(yùn)維成本并提高操作可靠性。除了供水系統(tǒng)，排水網(wǎng)絡(luò)也是水司可以利用數(shù)字手段實(shí)現(xiàn)價(jià)值的重要方面。自2009年以來(lái)，PUB已經(jīng)建立了擁有260多個(gè)水位傳感器、80多個(gè)流量傳感器以及一系列CCTV攝像頭的水文監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（hydrometric network）。PUB利用這些傳感器獲取的數(shù)據(jù)（水位、水流、圖像等），并結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕涤晷畔⒖梢陨钊肓私馀潘�系統(tǒng)各部分的運(yùn)行情況，不僅可以提前向公眾發(fā)布洪水預(yù)警，提醒工作人員更好地預(yù)測(cè)和管理洪水，還可以在戰(zhàn)略水平上改進(jìn)排水計(jì)劃和管網(wǎng)維護(hù)計(jì)劃。PUB還針對(duì)收集和輸送污廢水的深隧系統(tǒng)（Deep Tunnel Sewerage System, DTSS）開(kāi)發(fā)了可以檢測(cè)毒性的生物傳感器，并將之部署在工業(yè)尾水端來(lái)確保進(jìn)入深邃系統(tǒng)污廢水的無(wú)害性，從而不會(huì)影響后續(xù)新生水NEWater的水質(zhì)；同時(shí)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)來(lái)連接各監(jiān)測(cè)設(shè)備間的數(shù)據(jù)并使之可視化。

除了創(chuàng)造新的價(jià)值外，PUB還依靠數(shù)字化來(lái)提高其現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)效率。例如構(gòu)建集水區(qū)和水道運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)（Catchment and Waterways Operations System, CWOS），利用傳感器，數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)工具優(yōu)化濱海集水區(qū)排水系統(tǒng)和濱海堤壩的運(yùn)行和管理，同時(shí)對(duì)集水區(qū)水庫(kù)和水道中的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)測(cè)。PUB還嘗試使用一種監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)（如軟性傳感器soft sensing加持的曝氣優(yōu)化調(diào)控）來(lái)更好地管理新生水處理工藝。預(yù)測(cè)系統(tǒng)固然可以優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和操作，但是模擬為操作人員提供了一個(gè)更加安全的空間，例如利用數(shù)字孿生進(jìn)行各種目的“假設(shè)”場(chǎng)景進(jìn)行試驗(yàn)。

PUB與日本工程軟件公司——橫河電機(jī)（Yokogawa）一起設(shè)計(jì)了具有三個(gè)功能的數(shù)字孿生（Digital Twin）集成系統(tǒng)，可以對(duì)操作人員進(jìn)行模擬培訓(xùn)、使工程師了解各種操作將如何影響水廠的處理性能，然后再找到最佳解決方案。例如，通過(guò)在系統(tǒng)上運(yùn)行“假設(shè)”場(chǎng)景，操作人員可以確定最佳藥劑投加量和投加時(shí)間。目前該系統(tǒng)現(xiàn)在正在Lower Seletar 水廠（LSWW）進(jìn)行試驗(yàn)。

在優(yōu)化工作環(huán)境方面，PUB開(kāi)發(fā)了各種無(wú)人機(jī)和機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)減輕員工的工作量，確保工作環(huán)境的安全性。例如，PUB 與AeroLion Technologies合作開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)在深隧系統(tǒng)中飛行檢查的多傳感器無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，能夠?qū)ι铄湎到y(tǒng)的防腐蝕襯里進(jìn)行定期檢查，避免了人工檢查的危險(xiǎn)，同時(shí)提供了多方位數(shù)據(jù)供分析。研發(fā)團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航算法（three-dimensional navigation algorithms），該算法可基于導(dǎo)航攝像機(jī)的感應(yīng)進(jìn)行工作，并將其編程到無(wú)人機(jī)的機(jī)載微型計(jì)算機(jī)中。

除了規(guī)避工作環(huán)境的危險(xiǎn)，機(jī)器人技術(shù)和其它自動(dòng)化數(shù)字技術(shù)還可以減少不必要的重復(fù)性勞動(dòng)和人力工作，例如為了應(yīng)對(duì)繁瑣重復(fù)的工作量，如水樣的自動(dòng)收集和檢測(cè)，PUB引入了一個(gè)制造執(zhí)行系統(tǒng)（manufacturing execution system）以集成各種檢測(cè)過(guò)程并使之自動(dòng)化，包括從數(shù)據(jù)的收集、樣品的制備到實(shí)際的檢測(cè)和結(jié)果報(bào)告。此外，數(shù)字工具還可以輔助庫(kù)存盤(pán)點(diǎn)，例如無(wú)線射頻識(shí)別（Radio frequency identification, RFID）系統(tǒng)可以記錄和存儲(chǔ)備件信息，幫助員工進(jìn)行登記識(shí)別和定期盤(pán)點(diǎn)補(bǔ)充。水廠的工作人員可以穿戴智能裝備，如智能護(hù)目鏡和智能手表，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。這些智能裝備可以追蹤佩戴者的定位及身體健康狀況（心跳、體溫等），使員工更輕松，更安全地工作。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented reality, AR）技術(shù)的應(yīng)用，如佩戴AR頭戴式耳機(jī)，可以使員工在現(xiàn)場(chǎng)輕松訪問(wèn)和查看設(shè)備的技術(shù)文檔和規(guī)格，遠(yuǎn)程與同事和專(zhuān)家分享他們的視野；這些投資創(chuàng)新并沒(méi)有替代員工們的工作，而是幫助他們更快、更有效地履行職責(zé)，使他們能夠更好地平衡工作與生活；同時(shí)也將為新加坡未來(lái)的低出生率和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)可能導(dǎo)致人力短缺的做好準(zhǔn)備。

水司的最終目標(biāo)是服務(wù)于用戶。為了更好地履行其使命，PUB啟動(dòng)了數(shù)字項(xiàng)目來(lái)以改善客戶服務(wù)，具體體現(xiàn)在：

（1）智能水表計(jì)劃（Smart Water Meter Programme）——PUB計(jì)劃在2021年至2023年之間在住宅，商業(yè)和工業(yè)建筑安裝30萬(wàn)個(gè)智能水表，并提供近實(shí)時(shí)用水信息，不僅可以使用戶能夠通過(guò)客戶端追蹤其用水量，還可以鼓勵(lì)工作人員利用獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，掌握用戶的用水模式，更好地預(yù)測(cè)和管理用水需求；

（2）機(jī)器人巡檢（Ensuring security with robots）——PUB目前正在開(kāi)發(fā)的一種機(jī)器人（O-R3），它是一種具有視頻和音頻功能的自主移動(dòng)機(jī)器人。與人力巡檢不同，O-R3能夠連續(xù)巡邏某一區(qū)域，自主移動(dòng)避開(kāi)靜態(tài)或移動(dòng)障礙，并利用自身裝載的360度攝像頭系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的視頻流和數(shù)據(jù)收集，用于異常檢測(cè)，可以對(duì)水庫(kù)的和公共設(shè)施進(jìn)行安全保障；

（3）洪水風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)警報(bào)（Automated alerts for flood risks）——PUB在其排水網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上已經(jīng)鋪設(shè)了近200多個(gè)傳感器來(lái)跟蹤水位進(jìn)行相關(guān)工作的優(yōu)化。此外，PUB還通過(guò)短信或MyWaters應(yīng)用向公眾提供了洪水風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的服務(wù)。用戶可以訂閱最多三個(gè)傳感器的信息來(lái)獲取警報(bào)。當(dāng)水位上升到正常深度（選定的）的50%，75%，90%和100%以上，以及水位下降到相應(yīng)警報(bào)水位以下時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)通知將通知用戶。

迄今為止，PUB通過(guò)一個(gè)個(gè)數(shù)字化項(xiàng)目積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，可以用來(lái)指導(dǎo)未來(lái)工作，并幫助其他水司進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型和發(fā)展。PUB一再?gòu)?qiáng)調(diào)，為了成功實(shí)現(xiàn)數(shù)字轉(zhuǎn)型，水司必須具備相應(yīng)技術(shù)/能力來(lái)收集數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、共享數(shù)據(jù)以及分析數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化成為可采取行動(dòng)的有用見(jiàn)解（Actionable Insights）。

由于每個(gè)數(shù)字化項(xiàng)目不盡相同，因此選擇正確的工具/技術(shù)組合至關(guān)重要。針對(duì)長(zhǎng)期使用，在設(shè)計(jì)硬件和軟件時(shí)也應(yīng)考慮到其連續(xù)性使用，確保程序不會(huì)鎖定在任何特定協(xié)議或供應(yīng)商手中。在本書(shū)中，PUB分享了他們數(shù)字化框架下需要考慮的基本要素，其中包括

• 建立正確的無(wú)線基礎(chǔ)架構(gòu)（Building The Right Wireless Infrastructure）：正確、可靠、安全的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字化最重要的組成部分之一。當(dāng)今市場(chǎng)上有許多通信網(wǎng)絡(luò)可以滿足不同的用途和應(yīng)用，例如4G，Wi-Fi，LoRa，SigFox等。在決定使用哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，水司應(yīng)考慮所需的網(wǎng)絡(luò)范圍、傳輸速率，數(shù)據(jù)大小、網(wǎng)絡(luò)功耗、延遲及其他因素。其中，安全應(yīng)該是最關(guān)鍵的因素。
• 數(shù)據(jù)收集（Harvesting Data）：通過(guò)高密度多參數(shù)傳感器的鋪設(shè)來(lái)獲取相應(yīng)的供水壓力和水質(zhì)數(shù)據(jù)，并計(jì)劃集成智能水表數(shù)據(jù)來(lái)更好地進(jìn)行漏損檢測(cè)。
• 打破數(shù)據(jù)孤島（Breaking Down Silos）：水司各部門(mén)之間的數(shù)據(jù)必須共享，打破信息孤島對(duì)于建立一個(gè)系統(tǒng)性的智慧水網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。
• 數(shù)據(jù)補(bǔ)充（Supplementing Data）：通過(guò)數(shù)字化手段，例如軟性傳感器（soft sensing）等來(lái)提高數(shù)據(jù)的可靠性。
• 數(shù)據(jù)分析和預(yù)測(cè)（Translating Data & The Power of Predictions）：數(shù)據(jù)收集并得到驗(yàn)證后，需要對(duì)其進(jìn)行分析并將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫男畔��?lái)幫助感知態(tài)勢(shì)和輔助決策。水司也需要從反應(yīng)式管理（reactive management）向前瞻式管理（proactive management）進(jìn)行過(guò)渡。
• 鏡像宇宙（Mirror Universe）：除了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)外，數(shù)字孿生是支持過(guò)程和系統(tǒng)優(yōu)化的第三類(lèi)數(shù)字化技術(shù)。水司可以使用水廠的虛擬副本來(lái)模擬各種“假設(shè)”情景，確定最佳選擇。

在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的前進(jìn)道路上，除了上述的數(shù)字化手段外，PUB認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)安全至關(guān)重要，水司需要將相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)安全措施措納入設(shè)計(jì)中。而歸根結(jié)底，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的成功主要取決于人。只有在人們的支持下，無(wú)論是在精神上還是在執(zhí)行上，數(shù)字化才可能成功。如果轉(zhuǎn)型是在強(qiáng)大的領(lǐng)導(dǎo)力下，以及各級(jí)員工的支持配合下進(jìn)行的，那么數(shù)字化轉(zhuǎn)型無(wú)疑是充滿希望的。水司必須重視員工，向他們證明數(shù)字化可以提高其工作效率而不是代替他們使之失業(yè)。水司還應(yīng)鼓勵(lì)受益于數(shù)字化項(xiàng)目的員工與同行分享經(jīng)驗(yàn)。與管理主導(dǎo)的方法相比，這種口口相傳的模式在改變員工思想和贏得人心方面反而見(jiàn)效更快。此外，水司還應(yīng)對(duì)員工進(jìn)行各個(gè)層面的培訓(xùn)，例如專(zhuān)業(yè)技能、數(shù)據(jù)分析能力、設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力等。隨著數(shù)字化進(jìn)程的不斷加劇，仍有許多途徑可供探索。

在數(shù)字化進(jìn)程中，最重要的是開(kāi)始。

來(lái)源：本文來(lái)自IWA國(guó)際水協(xié)會(huì)，僅供分享交流不做商業(yè)用途，不代表凈水技術(shù)觀點(diǎn)，版權(quán)歸原作者與原作者出處

校對(duì)：萬(wàn)梓薇