智慧城市网

 

　　当下，智慧水务可以说是整个水务圈最火爆的“团宠”。向上看，智慧水务是智慧城市不可或缺的基础拼图；向下看，智慧水务是未来水务升级的方向。那么作为一块拼图，智慧水务应当具有哪些功能？作为未来升级的方向，智慧水务又必须实现哪些提升与突破呢？
 

　　这两个问题的答案，其实就是智慧水务“下半场”破局的钥匙，而这把钥匙就藏在二十大报告的3个关键词里。
 

　　1 关键词1：安全
 

　　关于“安全”，二十大报告是这样描述的：

　　从这些红框标出的，与水务有关的信息可以发现，对于水务来说，“安全”有三层含义：一是常规水务安全，二是应急状态下的社会安全，三是极端情形下的国家安全。
 

　　首先，常规水务安全，包括供水安全、水质安全以及基础设施安全。前两项对于现在的水务圈来说，基本已不存在问题，然而地下管道漏水造成的破坏，这些年来却一直威胁着城市基础设施的安全。2012年以前，管网每年的爆管次数非常惊人。不过，这几年随着管网升级，爆管次数已经大幅下降，然而有的城市一年爆管次数仍然高达十几二十几次。
 

　　地下管网漏水不仅会导致道路塌陷，在许多城市，地下土质决定了如果主管道长时间爆管，就会导致附近地上建筑开裂、倾斜甚至坍塌。因此，漏损与爆管对城市基础设施和公众生命安全都构成了严重的潜在威胁。
 

　　随着智慧水务的升级，不少水务集团都构建了基于GIS(地理信息系统)的地下管网调度检测系统，这种基于GIS的系统能够帮助水务企业快速定位爆管位置，但是仅仅依靠这个系统，并不能完全解决问题，要想彻底消除漏损和爆管风险，智慧水务还必须实现两个突破：一是高频次无人巡检，二是预测早于抢修。
 

　　地下管网布局复杂，纵横交错，因此很多漏损甚至爆管都是直到造成损害后才被发现，要解决这个问题，就一定需要无人探测设备，比如智能管网探测机器人，实现对管网运行状态的高频次巡检。
 

　　此外，抢修是一种事后补救的手段，如果可以预测管道寿命，就能提前预判风险，在事故发生前踩住刹车。因此，新一代智慧管网系统就不能仅仅满足于管径、埋深等基础数据，对于管道的壁厚、内衬、防腐以及管道内水的腐蚀性等数据都要进行采集，然后基于大数据分析，通过AI算法对管道漏损风险提前报警。
 

　　再向前一步，如果巡检机器人升级为智能管道修复机器人，不用挖开地面破坏道路，就能实现随巡随补，那么不仅管网维护的社会成本和经济成本将大幅降低，漏损对基础设施带来风险也将消弭于无形。
 

　　其次，应急状态下的社会安全。常规水务安全应对的重点是漏损与爆管，而应急状态下的社会安全指向的，其实就是在突发灾害或者极端天气时的城市安全，比如突发水污染事件，或者特大暴雨造成的城市内涝。
 

　　对于突发性的水污染事件，水务企业有时处于后知后觉的状态，许多水污染事故，都是依靠大量死鱼反馈或者公众反映自来水异常，水务公司才察觉到发生了污染情况，因此发现问题时，污染有时已经造成长时间的损害。
 

　　污染进入城市饮用水体系的途径通常是两条，一是通过管网漏损渗入水中，比如兰州苯污染事件，另一个途径就是通过污染上游水源河流，进而污染城市饮用水。因此，想要更可靠的应对这种威胁，智慧水务必须在两方面提升自己的能力：一是渗漏点及时修复，二是上游水源实时检测。
 

　　想实现对渗漏点的及时修复，就需要及时发现、然后准确定位，而这与消除漏损、爆管隐患所需要提升的能力，实质上是相同的。此外越早掌握上游水源的污染信息，水务企业就有越多的反应时间，因此提升水源检测能力，能够第一时间预警污染灾害，比如利用ChV(化学机器视觉)技术进行高频次巡检，实现智慧水质监测甚至预测，就显得至关重要。如果突发水质污染预警可以更加及时，那么城市在面对威胁时就可以更加主动。
 

　　除了应对污染灾害，城市内涝也是水务人不得不面对的严峻挑战，内涝带给城市的灾难是非常惨痛的，而随着全球温室效应日益严重，极端天气出现的频次正在不断提高，强度也在不断加大，许多之前从未面临过水患威胁的内陆城市，如今都不得不面对降雨带来的城市内涝问题。
 

　　为了应对这个内涝的威胁，许多水务集团已经构建了泵站一体化智能调节系统，通过调节各个泵站的运行状态，实现城市的快速退水，但是在未来，智慧水务或许还应该再向前一步，实现对城市积水的智能预测与应对。
 

　　想要提前预测，就需要接入气象数据、道路数据，然后与泵站性能、运行方案联动。这样就可以利用AI算法提前预警内涝区域，对危险路段、最深水位提前标定，并且给出最佳退水方案，在雨量完全超出城市排水能力时，可以为政府发布避险信息提供决策依据，及时向公众预警。
 

　　第三，极端情形下的国家安全。因为水务系统对于一座城市来说，非常重要，因此水务人不得不直面的最后一项安全挑战，就是在极端状况下，城市水务系统很可能成为远程网络攻击并试图控制的重要战略目标。
 

　　对于传统水务来说，这种威胁并不严重，因为越是机械式运行的工厂，面对网络攻击时，越安全，相反，越是依靠互联网，依靠程序控制运行的智能系统，遭受远程攻击时就越危险。
 

　　在向智能化全面升级的今天，云平台、移动协同、智能设备这些系统都需要运行在互联网上，于是这就为网络攻击提供了众多切口，因此通过网络远程攻击侵入管理系统，就成为了智慧水务必须面对的新威胁。
 

　　因此，在未来的智慧水务升级时，必须在一开始就考虑到数据安全与控制安全问题。
 

　　2 关键词2：降碳
 

　　关于“降碳”，二十大报告的描述是这样的：

　　
       虽然比不上“高耗能”8大金刚，但水务的排碳威力也绝对不容忽视，仅污水处理过程中的碳排放量就占了全国碳排放总量的1%——2%。不仅排放量不小，而且由于城市水务刚性需求的特性，使得水务完全无法通过压缩产能实现碳排放控制。因此，有的城市这两年来已开始逐渐将大型水厂纳入了碳排放重点监测名单，随着2030年的临近，碳达峰压力越来越大，把水厂纳入碳排重监名单的城市应该会越来越多。
 

　　水务碳排放量不低，但是它却不是直接的排碳大户，而是间接的排碳巨鳄，这其中源自电能消耗的排放占比接近7成，剩余的主要是投放药剂带来的间接碳排放。
 

　　电耗和药剂占了绝对的大头，因此降能耗和减药自然也就成了减碳的有效途径。因为城市供水与污水处理随着人口的增多和经济的发展，规模必然越来越大，因此水务降碳只能依靠技术升级，通过降低单位水碳排放量的方式实现降碳。举个例子，国内污水处理的平均能耗为0.292KWh/m3，日本是0.254KWh/m3，美国则只有0.2KWh/m3，，因此相比之下，国内污水厂至少还有15%——30%的降耗空间。
 

　　污水厂的电能源消耗主要集中在水处理和排水上，而供水的电能源消耗则主要集中在管网输水以及二次供水这2个部分。
 

　　其实无论排水、输水还是二次供水，高耗能的罪魁祸首都是泵机，因此许多水务企业更新了变频技术，希望通过降低频率，有效降低能耗。然而泵机降频后，如果不能运行在高性能区，效率就会迅速下降，最终算起来未必节能。所以单纯依靠变频技术，实际中无法有效实现降碳目标，想要切实降低能耗，智慧水务必须在3个维度上实现突破：高效的水务调度、智能二次供水系统、智能水处理技术。
 

　　首先，城市饮用水厂和污水处理厂都需要更智能的智慧水务调度系统。通过智能供水排水，确保降频泵机工作在高效区间，实现能源利用率的提升，降低单位能耗。
 

　　其次，智能二次供水系统。在供水中，二次供水能耗占比最高，但是小、乱、散的特点，导致二次供水节能改造难度最大。此外由于此前并不归水务管理，因此对于二次供水管网、设备以及过往运行数据，水务企业都没有积淀。所以想实现二次供水的能源降耗，首先需要更换智能水表，实现数据有效采集；然后基于大数据，运用人工智能算法，计算预测二次供水模型；最后逐步更换更加专业的二次供水设备，最终才能实现有效节能。
 

　　第三，智能水处理技术。曝气系统是污水处理中的能耗大头，占比超过50%，因此利用智慧曝气系统实现对水质按需供气，降低曝气能耗，是未来水务的必然选择。对于药剂投放带来的碳排放来说，智慧水务需要研发突破性的智慧投药系统，通过人工智能算法控制智能硬件实现智慧加药，在保障水质不降的前提下，降低碳源、絮凝剂等药剂投加量，从而实现单位水的降碳。从一些领跑者的反馈看，智慧投药系统可以帮助他们降低20%左右的药剂消耗。
 

　　除了直接降低单位能耗与减少药物投加，提高管网效率也是非常重要的降碳方式，将运输中的损失降的越低，浪费的非必要能源就越少，现在很多城市漏损率高于20%，最高的超过50%，这意味着巨大的能源浪费。所以通过智慧管网系统，堵住漏点，降低漏损率，不仅能提升城市安全，降低水厂运营成本，更是有效降碳的重要途径。
 

　　最后，人也会呼出二氧化碳，因此依靠更多的智能系统，例如无人泵站、无人加药系统等，实现厂站无人值班，少人值守，降低人水比，也能有效帮助水务行业实现降碳目标。
 

　　3 关键词3：消除
 

　　二十大报告中，“消除”的原话是：“基本消除黑臭水体”。

　　这是二十大报告中唯一直接提起水务细节的描述，也是二十大报告中，极少的对某个具体问题提出了明确要求，从这个表述中可以看出国家上层对“黑臭水体”治理的重视，因此，“黑臭水体”治理，必将成为未来的重点。
 

　　对于黑臭水体，有一句经典描述，叫做“表象在水里，根源在岸上，核心在管网”，翻译一下就是，黑臭体现在水上，可是污染源都来自岸上，而岸上的污染源之所以排进水里，很多时候，是因为管网的错接漏接而导致的。因此要消除黑臭水体，智慧水务必须实现2个突破：黑臭水体智慧筛查、管网高效改造。
 

　　要治理就要先找得到，现在查找黑臭水体，很多时候还是依赖专员巡检或者公众举报，这样的做法成本高效率低，所以未来一定需要一个黑臭水体智慧探寻系统，实现对黑臭水体的持续筛查，这个系统借助无人机拍摄水体图片，同时接入城市监控数据和卫星数据，最后融合传感器与视频图像数据，通过多维数据融合分析，让黑臭水体无处藏身。
 

　　利用这套系统，不仅可以快速定位黑臭水体，还可以将事后治理转变为初期治愈，也就是在刚出现黑臭苗头时，立刻预警，通知多部门共同防治，避免最终黑臭水体成型。
 

　　此外，这几年各个城市都兴建了许多高端大气的污水处理厂，可是由于排水管网的错接漏接，雨污混排，导致许多污水处理厂进水浓度非常接近出水浓度，因此想要不反弹的解决黑臭水体，就一定需要一套智能排水管网布局系统，能够智能分析管网漏接错接问题，比如通过对老旧排水管网进行数据采集，利用系统进行模拟，再与实际数据进行对比，快速定位出错位置，同时为管道升级改造提供最佳的优化方案。毕竟只有污水管网的根本改善，才能真正长期有效的消除黑臭水体。
 

　　结语
 

　　“安全”、“减碳”、“消除”，做到这3个关键词，水务也就实现了二十大报告中要求的“高质量发展”。
 

　　想要实现这3个关键词，智慧水务就需要从数据融合，到业务融合，再到智慧决策；从各子项独立智能化，到厂站网河湖一体化联动；从超大屏数据展示，到数据深度分析与预判，从单纯的软件平台升级，到与智慧硬件结合的全面系统升级。
 

　　总之，在智慧水务的下半场，机会就在“安全”、“减碳”与“消除”这3个词中，而谁愿意在水下踩得越深，谁就有越有机会真正解决这些问题，从而在智慧水务的江湖中，站得越稳，跑得越快，变得越强。(注：原文有删改)