摘要：面對基礎設施老化且資金不足、公共政策不能與時俱進和氣候變化等因素加劇水資源短缺、水質問題以及水安全等新風險，數字水務顯示出多重價值。因此，加快水務行業的數字化進程顯得尤為緊迫。污水處理廠的建設是解決水環境污染問題的基本舉措，著重介紹以5G 技術為基礎，探索其與數字技術在污水處理廠中的結合與應用。

       基礎設施和服務壓力，以及創新意愿使得城市成為應用智慧技術的最佳場所。智慧城市將整合物質系統、數字系統和人類系統，為市民創造可持續、繁榮、包容的發展成果[1]。水資源作為城市重要的資源之一，與市民的生活休戚相關。水務行業將直接影響GB/T 33356—2016《新型智慧城市評價標準框架》所述的城市服務、城市管理、公共安全和生態宜居等客觀指標，對市民體驗也具有很大影響，因此數字化、智能化是建設新型智慧城市的重要組成部分。與此同時，基礎設施老化、極端天氣的持續增多、城市人口的過度集中，加速水資源短缺，并引發一系列水質及水安全問題。面對這些壓力，發展數字水務將有助于促進城市水務管理的轉型，并為行業及消費者帶來全新變革。

       1 不同業務領域的數字化發展

       智慧水務包括水務信息采集、傳輸、存儲、處理和服務，可提升水務管理的效率和效能，實現更全面的感知、更主動的服務、更整合的資源、更科學的決策、更自動的控制和更及時的應對。水務業務可以劃分為基礎業務、條塊業務以及支撐業務。田雨等人[2] 認為四大條塊業務即防汛業務、水資源管理業務、水生態管理業務和水環境管理業務是數字水務建設中最為重要和最為迫切的建設領域。四大條塊業務的數字化都是建立在信息感知更全面的基礎之上，各自發展側重點不盡相同。其中，防汛業務體現在應急預警方面，水資源管理業務體現在資源整合、主動服務等方面，而水生態管理和水環境管理業務體現在科學決策、智能控制等方面。

       2 數字水務的價值潛力

       數字技術將幫助水務行業自身創造出多種價值，如：降低運營成本、優化現有資產、提高員工參與度與生產效率等。除此之外，數字水務的應用還將對用戶及環境帶來深遠影響，如水務公司運營和財務方面的數字化方案都將有助于提高用戶體驗（可參照電子賬單推送、線上繳費、網絡報修等服務），污水收集系統的實施數據傳輸、流域傳感器網絡的建立則將減少污染，以最大的力度保護環境。

       3 數字水務在污水處理廠中的應用探索

       3.1 國內、外污水廠數字化現狀

       歐美國家的污水處理事業相對完善，并結合通信、自動化、計算機等領域的科研成果，逐步邁向數字化。以美國芝加哥STICKNEY 廠為例，其監控系統高度自動化，控制系統通過計算對設備及工藝進行優化，形成自動采集、自動判斷、自動調整和自動控制四位一體的運行模式。德國不來梅OPPOLZER 的污水廠高度智能化，整個廠區只有幾個運行人員負責廠區日常記錄，其他管理都由數據中心的電腦進行控制。亞洲地區日本污水處理監控技術較為突出，其數字系統的特點為監控系統小型化結合多傳感器融合技術[5]。

        3.2 污水廠基于5G 技術的數字化應用探索

        5G 技術可實現業務數據本地化處理和接入到移動云平臺，通過邊緣計算為污水廠提供服務：為污水廠提供全生命周期管理；為大量多樣化異構數據提供優化，提高污水廠計量、控制、執行、應用的實時性；為污水廠遠程控制、設備維修提供依據。

       1）GIS+BIM 技術應用。通過5G+GIS 技術污水處理廠可實現對基礎數據資源的數字化、可視化管理，將地圖元素和地下空間信息融入到管理系統之中，采用3D 模擬技術對地下管線進行詳實的展示，切實解決污水處理流程管理中設備和管道隱蔽性強、重疊交叉的問題，充分體現出輔助決策的科學性和先進性（見圖1）。通過此聯合技術的應用，將工程階段產生的數字化信息貫穿于整個建設管理中，可解決大量信息的溝通、協調問題，為設計、施工以及運營單位在內的各參建主體提供協同的工作基礎，構建基于5G+GIS+BIM 技術的工程建設全生命周期管理將是污水廠未來數字化發展的主要趨勢之一。

      3）虛擬現實與增強現實技術應用。虛擬現實技術（AR）和增強現實技術（VR）技術在污水處理廠數字化應用中具有廣闊的發展空間，可通過提供建構筑物、設備、管道、線纜等設備的全息圖像，為員工開展浸入式場景培訓。此外，還可以讓員工在沒有預先大量儲存相關知識的情況下，通過可視化指導對設備運行狀態進行問題識別甚至是檢修（見圖2）。同時，結合數據分析，實現預防性的設備維護。再結合GIS、傳感器、數字孿生技術，可以更進一步地生成物理系統的運行副本，對污水廠的功能進行模擬，并進行直觀監控，提高污水廠預測性維護及事故預防能力。

       4 結語

       近年來智慧水務進入新一輪的高速發展期。5G 技術的突破無疑為數字技術的使用提供更為廣闊的發展空間。在污水處理廠中，5G 技術通過與GIS 系統、傳感器系統、AR/VR 系統的結合，增強智能化手段的應用廣度和深度，不僅使運行單位及行業管理部門實時、全面感知污水運行系統中方方面面的信息，而且可運用云平臺搭載大數據分析訓練引擎，從而有效提升水務決策能力及效率，為運行單位提供更為靈活有效的決策管控方案。

編輯：徐冰冰