全球水務(wù)領(lǐng)域的數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮
IWA全球水行業(yè)動(dòng)態(tài)
數(shù)字化轉(zhuǎn)型
摘要：數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字水務(wù)是水務(wù)行業(yè)多年來(lái)一直存在的概念，但世界各地的實(shí)踐情況參差不齊。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字水務(wù)是水務(wù)行業(yè)多年來(lái)一直存在的概念，但世界各地的實(shí)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(chǔ)都是可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDG）6的范疇，即 “確保人人享有水和衛(wèi)生設(shè)施并對(duì)其進(jìn)行可持續(xù)管理”。然而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的進(jìn)展緩慢。2021 年，聯(lián)合國(guó)報(bào)告稱(chēng)，“平均而言，世界必須將目前的進(jìn)展速度翻兩番，才有機(jī)會(huì)在 2030 年之前實(shí)現(xiàn)SDG 6”。我們?cè)诳创龜?shù)字化轉(zhuǎn)型時(shí)，對(duì)它的實(shí)際含義一直存在一些困惑。至少對(duì)我來(lái)說(shuō)，它是一系列數(shù)字化工具的集合，作為一個(gè)全球性行業(yè)，我們可以利用這些工具來(lái)告知我們的績(jī)效和需要做的事情，無(wú)論是解決溫室氣體排放（GHGs）問(wèn)題、通過(guò)提高運(yùn)營(yíng)和資產(chǎn)管理效率來(lái)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(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)例：
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在巴西，利用 LoRaWAN 幫助減少氣候變化造成的暴風(fēng)雨對(duì)人們的影響。
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在中國(guó)，利用污水收集網(wǎng)絡(luò)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(guó)，使用先進(jìn)的資產(chǎn)管理激光掃描技術(shù)，提高設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)管理的效率。
增強(qiáng)巴西的氣候變化應(yīng)對(duì)能力
第一個(gè)案例研究展示了如何利用數(shù)字化轉(zhuǎn)型提高城市抗災(zāi)能力。
政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)第六次評(píng)估報(bào)告（AR6）預(yù)計(jì)，即使在氣溫上升較為保守的情況下，全球范圍內(nèi)的暴風(fēng)雨也將增加 1.5 倍。強(qiáng)風(fēng)暴的增加已經(jīng)在許多國(guó)家出現(xiàn)，包括巴基斯坦、巴西和德國(guó)。
鑒于全球 55% 的人口生活在城市中，迫切需要加強(qiáng)城市供水、衛(wèi)生和雨水排放基礎(chǔ)設(shè)施的抗災(zāi)能力。數(shù)字工具的使用有助于通過(guò)恢復(fù)、緩解和準(zhǔn)備這三個(gè)應(yīng)對(duì)步驟來(lái)提高城市適應(yīng)力。
其中一個(gè)例子是利用 ASTHON Tecnologia 公司開(kāi)發(fā)的遠(yuǎn)距離廣域網(wǎng) (LoRaWAN) 遙測(cè)水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)巴西中型城市伊塔胡巴（Itajubá）城區(qū)的極端水文事件進(jìn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和警報(bào)發(fā)送。
薩普卡伊河（Sapucaí River）是橫穿該市城區(qū)的主要水道，長(zhǎng)期以來(lái)洪水泛濫。近年來(lái)，薩普卡伊河支流--市區(qū)內(nèi)--的山洪暴發(fā)越來(lái)越頻繁。短時(shí)強(qiáng)降雨導(dǎo)致河岸泛濫，多個(gè)街區(qū)的街道被淹。多山的復(fù)雜地形需要高密度的監(jiān)測(cè)站，以便全面掌握降雨的空間變化。此外，流域的響應(yīng)時(shí)間很短，需要在很短的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行遙測(cè)測(cè)量。
由于伊塔胡巴是一個(gè)中等城市，資金有限。因此，利用 LoRaWAN 開(kāi)發(fā)遙測(cè)系統(tǒng)被選為一種低成本解決方案。該系統(tǒng)由一個(gè)數(shù)字電路板組成，結(jié)構(gòu)非常緊湊，能耗低，只需一個(gè)小型電池，其電量可持續(xù)數(shù)月，無(wú)需太陽(yáng)能電池板充電。使用的傳感器是本國(guó)制造的，成本低。整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是基于團(tuán)隊(duì)成員與市政民防團(tuán)隊(duì)多年的合作。他們的經(jīng)驗(yàn)使我們能夠確定市政當(dāng)局對(duì)極端水文事件發(fā)生的要求。在系統(tǒng)運(yùn)行和收集水文數(shù)據(jù)的過(guò)程中，一個(gè)用于水質(zhì)預(yù)測(cè)的 ANN 應(yīng)用程序正在接受培訓(xùn)，以幫助提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
數(shù)字孿生在中國(guó)的實(shí)踐第二個(gè)案例研究探討了污水網(wǎng)絡(luò)數(shù)字孿生系統(tǒng)的快速發(fā)展，該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)旨在實(shí)現(xiàn)低維護(hù)率，并通過(guò)全面監(jiān)控來(lái)促進(jìn)運(yùn)營(yíng)管理。該項(xiàng)目在中華人民共和國(guó)九江市實(shí)施，九江市是江西省長(zhǎng)江沿岸的欠發(fā)達(dá)地區(qū)。該地區(qū)在污水收集網(wǎng)絡(luò)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(fēng)險(xiǎn)和主動(dòng)控制的能力有限。該項(xiàng)目匯集了運(yùn)營(yíng)、勞動(dòng)力、資產(chǎn)和工具、工作流程、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和數(shù)值模型等多個(gè)來(lái)源的數(shù)據(jù)，形成了一個(gè)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)平臺(tái)和智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。數(shù)字孿生方法的發(fā)展使中國(guó)提出了 “城市智慧水管家 ”（Urban Smart Water Steward）的概念，以促進(jìn)城市水和環(huán)境的綜合管理，包括水資源、原水運(yùn)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)值模擬和大數(shù)據(jù)，加強(qiáng)智慧水務(wù)應(yīng)用，促進(jìn)跨部門(mén)協(xié)作和高效的信息共享。這一概念建立了一個(gè)集中的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實(shí)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(qiáng)了排水系統(tǒng)應(yīng)對(duì)緊急情況的能力，并提高了公眾滿(mǎn)意度。該平臺(tái)服務(wù)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(kù)以及相關(guān)的管道、河流和湖泊設(shè)施，服務(wù)人口達(dá) 251 萬(wàn)。自上線(xiàn)以來(lái)，共激活 316 個(gè)用戶(hù)賬戶(hù)，累計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò) 10 億條。日常水運(yùn)行管理數(shù)據(jù)已超過(guò) 49600 條。此外，輔助運(yùn)行決策的模型預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)已超過(guò)約 1000 萬(wàn)條。該項(xiàng)目已獲得 10 多項(xiàng)專(zhuān)利和 40 多項(xiàng)軟件版權(quán)。該項(xiàng)目的成果包括：
- 運(yùn)營(yíng)和維護(hù)效率提高了 38%
- 80% 的工藝操作和安全培訓(xùn)基于數(shù)字孿生應(yīng)用技術(shù)
- 通過(guò)深入的數(shù)據(jù)挖掘和分析，成功實(shí)現(xiàn)了六個(gè)污染源追蹤和污染源控制案例
- 為未來(lái)幾代水利工程師提供教育資源，每年吸引 100 多名利益相關(guān)者前來(lái)參觀
本案例研究探討了建筑信息模型 (BIM) 技術(shù)在英國(guó)飲用水和污水管理中的應(yīng)用，以提供有效的資產(chǎn)管理和設(shè)計(jì)。水務(wù)行業(yè)是一個(gè)復(fù)雜的資產(chǎn)管理行業(yè)，由于其規(guī)模龐大，人口增長(zhǎng)、氣候變化和日益增長(zhǎng)的環(huán)境需求導(dǎo)致資產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大。工程設(shè)計(jì)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(fù)雜的方法來(lái)獲取行業(yè)資產(chǎn)的相關(guān)信息。二十年前，人們使用紙質(zhì)手冊(cè)來(lái)記錄所有這些資產(chǎn)作為一個(gè)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(diǎn)云中捕捉資產(chǎn)。技術(shù)發(fā)展到今天，測(cè)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(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程工作，減少了工程師現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的需要，減少了差旅及其相關(guān)的碳排放。此外，數(shù)字化技術(shù)還能記錄難以到達(dá)地點(diǎn)的資產(chǎn)，并通過(guò)掃描檢測(cè)故障資產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)維護(hù)，從而提高設(shè)計(jì)效率。在本案例研究中，數(shù)字化使運(yùn)營(yíng)商能夠在不中斷運(yùn)營(yíng)的情況下迅速確定現(xiàn)場(chǎng)的竣工狀態(tài)，從而更新文件和圖紙等關(guān)鍵信息。該資產(chǎn)的數(shù)字化提高了對(duì)客戶(hù)設(shè)備庫(kù)存的了解，為運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)提供了易于訪(fǎng)問(wèn)的數(shù)據(jù)，有助于為現(xiàn)場(chǎng)范圍做準(zhǔn)備。通過(guò)一個(gè)名為 “視覺(jué)”（Vision）的程序進(jìn)行的可視化狀態(tài)評(píng)估發(fā)現(xiàn)了未知問(wèn)題，并促使采取補(bǔ)救措施。在全球范圍內(nèi)，數(shù)字工具正被越來(lái)越多地用于幫助水務(wù)行業(yè)以更高效的方式運(yùn)營(yíng)，提高運(yùn)營(yíng)和資產(chǎn)管理效率，以更優(yōu)質(zhì)的方式服務(wù)公眾，并最終以更可持續(xù)的方式保護(hù)環(huán)境。數(shù)字工具在造福水務(wù)行業(yè)方面潛力巨大，而這僅僅是個(gè)開(kāi)始。
本文作者
Oliver Grievson 是全球工程咨詢(xún)公司阿特金斯-雷利斯（AtkinsRéalis）的副總監(jiān)，也是�？巳卮髮W(xué)皇家工程院數(shù)字水務(wù)客座教授。他還是國(guó)際水協(xié)會(huì)數(shù)字水務(wù)項(xiàng)目的主席。
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http://kategosenaylor.com/news/202411/07/161905.html 10月29日，住建部發(fā)布《2023年中國(guó)城市建設(shè)狀況公報(bào)》。公報(bào)顯示， 截至2023年末，全國(guó)城市排水管道長(zhǎng)度 95.25 萬(wàn)公里， 同比增長(zhǎng) 4.27%；污水處理廠處理能力 2.27 億立方米/日， 同比增長(zhǎng)4.84%；污水處理率 98.69%，比上年增加 0.58 個(gè)百分點(diǎn)；生活污水集中收集率 73.63%，比上年增加3.57個(gè)百分點(diǎn)。截至2023年末，全國(guó)城市生活垃圾無(wú)害化處理率99.98%， 比上年增加0.08個(gè)百分點(diǎn)；生活垃圾無(wú)害化處理能力114.44 萬(wàn)噸/日，同比增長(zhǎng) 3.15%，其中，焚燒處理能力占比為 75.30%。http://kategosenaylor.com/news/202411/07/161912.html
