规模经济、基础设施和服务压力，创新意愿使城市成为应用智能技术的最佳场所。智慧城市整合物质系统、数字系统和人类系统，为市民创造可持续、繁荣、包容的发展成果，扩大和连接基础设施是衡量智慧城市建设成功与否的关键。水资源作为城市的重要资源之一，与市民的生活有关。水务行业将直接影响新型智能城市评估标准框架(GB/T3356-2021)上述城市服务、城市管理、公共安全、生态宜居等客观指标，对市民体验也有很大影响，因此其数字化、智能化是建设新型智能城市的重要组成部分。与此同时，基础设施老化，极端天气持续增加，城市人口过度集中，加快水资源短缺，引起一系列水质和水安全问题，面对这些压力，发展数字水务有助于促进城市水务管理变革，给行业和消费者带来新的变革。

本文在综合国内外学者、机构研究的基础上，结合国际数字水务的最新报告，分析和介绍业务领域、价值潜力、应用场景等数字水务，最终落脚于数字水务在污水厂的应用探索。

不同业务领域的数字化发展

智能水务包括水务信息收集、传输、存储、处理和服务，提高水务管理的效率和效能，实现更全面的感知，更积极的服务，更综合的资源，更科学的决策水务业务分为基础业务、块业务和支持业务，田雨等人认为防汛业务、水资源管理业务、水生态管理业务和水环境管理业务是数字水务建设中最重要、最紧迫的建设领域。四大条件业务的数字化基于信息感知的更全面，但各自的发展侧重点不同，其中防汛业务出现在紧急警报方面，水资源管理业务出现在资源整合、积极服务等方面，水生态管理和水环境管理业务出现在科学决策、智能控制等方面。

以防汛业务为例，随着极端天气的频发，数字业务可以实时监测洪水发生的可能性和影响，降低洪水造成的伤亡和经济损失，为灾后重建提供帮助，通过遥感技术、水利模型等可以管理雨水流通和极端天气事件造成的城市内涝，通过传感器、监视设备等可以联动地调整城市排水系统，防止洪水灾害发生。在2021年飓风厄马席卷佛罗里达之前，奥蒙德海滩在五个可能发生洪灾的湖泊中安装了传感器。当时，传感器和软件检测到暴雨临近，系统提前排水，自动降低蓄水池的水位，湖排水系统的天气感应阀在暴雨前自己启动，避免洪水的发生。

数字水务的价值潜力

数字技术有助于水务行业自身创造多种价值。例如，降低运营成本，优化现有资产，提高员工参与度和生产效率等。此外，数字水务的应用对用户和环境有很大影响。例如，水务公司的运营和财务数字化方案有助于提高体验(可以参考电子账单推进、在线收费、网络修理等服务)，污水收集系统的实施数据传输、流域传感器网络的建立尽量减少污染，最大限度地保护环境。

1、市场价值

(1)降低运营成本

数据、传感器可用于实时跟踪、分析大量能源消耗、化学品使用、运营维护和系统性能的数据；理财系统和财务跟踪工具可确定运营成本，提高流程效率。通过长时间的数据采集和管理，可以获得运营成本基础，进一步判断未来的趋势，确保系统以最佳、最具成本效益的方式运营，在减少资源消耗的同时降低服务成本。

（2）优化现有资产

我国城市发展由“增量扩张”向“存量优化”的转型已得到政府及社会各界的广泛重视。水务行业作为重资产行业，随着基础设施建设的完善，如何以优化的方式应对基础设施的老化整水务结构和功能的重点。以我国排水管道为例，截至2021年底，我国城市排水管道长度总量达63.0万公里，其中27万公里以上的排水管网使用年龄在10年以上，管道功能性缺陷和结构性缺陷长度超过30%，在解决缺陷时修理或更换是功能保障和经济结合预测数据分析和决策优化系统工具，可以解决这样的问题，提出预测资产管理计划修复老化资产，优化资产业绩。

(3)提高生产效率

水务管理具有流量计、传感器、视频监视等一系列复杂的数据收集设施，但这些数据复杂庞大，运营者无法连接这些数据，识别其中存在的问题和危险。智能监视和分析系统可以统一不同来源的数据，收集和保存在中央存储器中，经过一系列的运算分析，以图表等形式直观地出现在运行者面前，将能源和注意力集中在系统反映的异常数据中，提高生产效率。此外，一些移动终端，如智能采集、平板电脑的使用，也可以使员工更快完成工作，提高工作中采集的数据质量和准确性。

2、非市场价值

(1)提高用户体验

为了提高可持续性，提高水资源保护力，水务公司开始制定创新战略，提高消费者参与度，重塑人们的水观念。此外，水务公司正在建立功能齐全的在线综合运营系统，全面优化各种服务。一般来说，为了改变用户的水习惯，必须提供更方便的服务，尽量减少对用户日常生活习惯的影响。昆士兰麦凯区市政府引进自动复印技术，帮助消费者更好地管理用水，节约开支。如果发生漏水现象，数字水表可以立即警告消费者和当局，当局可以尽快解决问题，减少水资源的浪费。人工智能聊天机器人等新的数字技术可以随时回答消费者的问题，为加强用户参与提供了巨大的可能性。同时，它还可以推送用户快递，提供水和节水信息。

(2)降低管理风险

风险管理是水务行业的重要组成部分，对维持公共系统的有效性、公共安全和人们的信赖至关重要，利用先进的数字技术进行风险预测和管理，有助于水务部门和公司发现问题，在成为公共事件之前采取相应的措施。以管网漏水为例，随着数字水务的推进，供水机构获得GIS数据、水质/流量/压力监测数据、日常维护数据等越来越多的数据，通过挖掘这些大数据中包含的信息，，降低管理风险。

(3)保护人类和环境健康

公共事业需要把保护人类和环境健康放在首位，但传统模式由于纸质资料不方便、动态更新不及时、巡逻工作效率低、分析问题无根据等问题监督不及、不适当、监督不足、环境污染事件频繁发生。数字技术为监督提供了手段和依据。以水体、流域为例，可设置原位传感器或分析仪测量水质，结合流域尺度气候模型、水利水质模型监测和判断污染物浓度、分布、转移等。

污水处理厂的应用探索

1、国内外污水厂的数字化现状

欧美国家的污水处理事业比较完善，结合通信、自动化、计算机等领域的科学研究成果，逐渐走向数字化。以美国芝加哥Stickney工厂为例，其监控系统高度自动化，控制系统通过算法优化设备和技术，形成了自动采集、自动判断、自动调整、自动控制四位一体化的运行模式。德国不来梅Oppolzer的污水厂很智能，整个工厂只有几个运营商负责工厂的日常记录，其他管理由数据中心的计算机控制。亚洲地区日本污水处理监测技术突出，其数字系统特点是监测系统小型化与多传感器融合技术相结合。

2、数字化污水厂的应用探索

(1)bim建模/无人机倾斜摄影+地理信息系统(GIS)技术应用

bim建模/无人机倾斜摄影+GIS技术，污水厂实现基础数据资源的数字化、可视化管理，将地图要素、地面、地下空间信息融入管理系统通过该联合技术的应用，将工程阶段产生的数字信息贯穿整个建设管理，解决大量信息的沟通、协调问题，为设计、施工、运营部门以内的各参加主体提供合作的基础，建设基于5G+bim技术的工程建设全生命周期管理是污水厂未来数字化发展的主要趋势之一。

(2)移动终端设备应用

为运行人员提供智能手机、平板电脑等移动设备，使污水厂员工在巡逻过程中更快、更简单地完成工作，同时提高工作中收集的数据质量和准确性。这些终端的数据将上传到数据中心，有利于其他人员检查，保证数据的完整性，为大数据分析提供依据和基础。

(3)提高现实和虚拟现实(AR和VR)的应用

AR和VR技术也有广阔的发展空间，通过提供建筑物、设备、配管、电缆等资产的全息图像，可以对员工进行浸入式场景的训练，并且员工可以在没有大量储存相关知识的情况下，通过视觉指导进行设备的问题识别和检查。

利用AR技术提供的文本输入功能，现场工作人员可以使用它来快速共享信息。通过AR技术，可以判断哪些设备运转正常，同时结合数据分析，可以实现预防性的设备维护。再结合GIS、传感器、数字孪生技术，可以更进一步的生成物理系统的运行副本，对污水厂的功能进行模拟，并直观的进行监控，提高污水厂预测性维护及事故预防能力。

随着物联网大容量设备和各种新服务类型的出现，传统的工程控制集群网络逐渐负担不起，5G技术可以实现业务数据的本地化处理和访问移动云平台，通过边缘计算可以为污水厂提供以下服务:提高污水厂的计量、控制、执行、应用的实时性