城镇排水系统智慧化的建设思考

学术   2024-07-10 17:22   北京  



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什么是智慧水务


智慧水务题目很大,它涉及到城市的排水管网、污水处理,降雨污染控制,还有城镇水体等各方面,是非常综合全面的大系统。


近年来随着政策的引导,技术的发展变化,我院已经意识到,智慧水务是整个排水系统的灵魂,智慧水务体系的建设,应该是从顶层的方案设计,到建设,再到后期的工程效果的评估。


运维服务管理,应该能够充分发挥核心的设施排水设施的调度转输,实现城市的内涝的预警,预防溢流、黑臭治理,在统筹考虑水环境、水资源、水生态、水安全等多方面前提下,提升城市健康度,城市韧性的效果的系统。


同时考虑到双碳、低碳运行,精细化的运维管理等。带着这样的思考去建设智慧水务系统,才能保障不同的场景下,不同的排水系统的不同发展阶段都充分的发挥作用。


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今天我希望是治水人的角度,向各位专家同仁们介绍一下,我们华北院对于智慧水务建设的思考,主要是分享方法论。


中国各个城市,排水建设的阶段不一样,所处的地理位置不同,排水体制的差异非常的大。


对于处于不同发展阶段的城市,推动或者规划城市排水系统智慧化的建设路径,一定得是因地制宜的,绝对不能是套娃的方法,怎么能为业主服务好,乃至城市的智慧水务建设,那一定是要根据不同的场景来具体分析的。


智慧水务本质上来说,必须是要多专业协同,多个核心体系,具备非常丰富的知识储备。得有团队既要懂得水,懂得管理,信息化、开发、仪表、自控、模型,综合专业交叉的团队,才能够把智慧水务做好。


简单的向大家介绍一下我所在的智慧水务分公司,可以说是华北院智慧化转型的特种部队,覆盖了从产品研发到咨询到设计再到工程实施,也是国内第一批,将模型实施控制作为整个智慧水务搭建技术核心的治水公司。




我院同时设有咨询模型、智能控制、仪表、软件开发、智能成套等生产所,还有一系列的核心产品,比较代表性的项目。


想要对事物有比较清晰的认知,先要去了解它的历史。这个故事是真实的历史事件,我认为可以理解为整个排水行业大数据或者智慧水务行业的鼻祖。


在1854年接近150多年前,英国经常发生霍乱,当时大家普遍认为霍乱是通过空气传播的,没有非常有效的预防办法,短短的三天就死了300多个人。



片区有个人叫庄思诺,是流行病学家,发生霍乱之后他并没有逃跑,而是去各个街道走访,标记了地图,图片上有黑色的杠,就代表着因为这场霍乱而死去的人,发现病症的高发区全都集中在泵站旁边。


他当时初步的想法,认为泵站可能是有问题的,但又怕这只是特例,所以又去邻近的片区走访,而附近有做酒的啤酒厂的片区,那一片基本上就没有死亡的案例,原来啤酒厂有自己的供水渠道。


疫情爆发,溯源0号病人是非常重要的工作,doctor庄思诺在一系列深入的研究之后,发现最早开始有女婴,因为高烧腹泻去世,女婴的尿布扔到了附近的污水池。


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污水池后来有破裂的现象发生,而且和泵站的前池也连到了一起,几件事情互相佐证,也就证明了这场霍乱是通过泵站而导致的,同时也证明了霍乱是可以通过水传播的。


这件事情过去之后的第二年,英国就开始推动整个城市排水系统的治理。在1859年伦敦就已经开始进行了整个城市的雨污水管网的建设,通过这个小故事可以看到,数据是如何在治水行业发生发挥价值的。


行业的发展离不开国家政策的指引,十四五期间国家就已经提出了要加快数字化的发展,提到了基于大数据的应用来提升对于预警预测应急处置的能力。



智慧水务政策背景



今年4月26号(2023年),习总书记在主持召开中央财经委会议的时候,也着重强调了发展和安全的均衡,统筹管理,强调了城市的安全,也就是对应极端情况的能力。


排水系统的洪涝的预警,水电的调度,就非常直观的影响到城市韧性,城市安全的核心的基础要素。智慧水务能够实现城市排水系统安全的必要要素,除了水安全,国家也通过各种推行各种政策指导意见,不断强调水环境治理的重要性。


2020年习主席在地方调研的时候,明确提到了把智慧的建城市智慧的建设拆解成了数字化、到智能化、智慧化这三个阶段,拆解是非常清晰,而且非常合理的。我们院在做智慧水务的时候,也是应用了这个思路概念。


智慧水务建设不会是一蹴而就的事情,是通过三个阶段循序渐进的建设而实现的。



这个图就是国家从2011年防洪排涝开始,就不断更新的关于治水的重大政策和指导意义的时间轴。


海绵城市采用渗、滞、蓄、净、用、排等措施,将70%的降雨就地消纳和利用。 实际上就是雨水开发的一种低影响开发系统。


这个系统要用到调度的一系列的手段和办法。这些年国家也在不断细化这方面的要求,不管是从补短板强弱项、提质增效,还是最新推出的新基建指导意见,反复在强调阳光场合的一体化,智慧水务系统的建设。


通过国家不断推出的这些政策,我们要思考的是,怎样通过数据从采集到分析,到解读,再到高效利用,实现精准的预警,再到高效的一体化联动,实现精准的运精细化的运维,辅助溢流内涝削减,内涝治理达到双碳目标。



国家也一直强调智慧城市韧性城市,城市大脑一网统管等,城市级别的智慧体系的搭建,智慧水务作为涉及城市安全,老百姓福祉的核心的基础行业,国家城市层级的智慧建设。智慧城市建设的层级我们一定要关注。



21年住建部推出城市安全监测预警平台的指南,也是和国家强调城市安全的指导意见是非常契合的,这一点对智慧水务系统建设有非常强的参考价值和指导意义。



城市排水系统现状


我院总结的源网场合大系统的常见问题,包括了管网本底调研的不到位,管网健康度的问题,匹配性的问题,还有系统的自动化程度不足等,导致的排水系统整体上的问题。


1897年,意大利经济学家帕累托提出了著名的二八法则:起关键作用的小部分,通常就能主宰整个组织的产出、盈亏和成败。


但排水系统不一样,甚至说是恰恰相反,往往是80%的问题会出现在100%的区域。


如果完全通过工程的手段来解决整个系统的问题,那么投入会相当巨大,见效也会比较长,比较慢,这也是很多业主迷茫困惑的点,很多业主一直在做消防队员救火队员、修补匠的工作。


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我们一直在强调水务系统建设,害怕的把所有的问题割裂开,单独的治理。但治水我们不能修修补补,一定要通过统筹的思路系统的方法,把问题的核心挖掘出来。


分析清楚是通过工程的手段解决,通过已经投入的大量的工作,把数据收集起来,把数据的价值发挥出来,把其中的核心问题真正发挥挖掘出来,通过智慧的手段来解决这个问题,就这三个层面。



针对上面的问题,我们到底应该怎么做?在我们理解看来,城市的智慧化的程度取决于城市工业化的进程。工业4.0概念也是德国在2013年提出来的。


我国在前两年提到的很热的《中国制造2025》,还有国务院发布的深化制造业和互联网融合发展意见,都是和工业4.0的理念是有契合。


国务院也明确表示,推进信息化和工业化两化融合,两化融合就是工业4.0的本质,是工业3.0从信息化或者叫做自动化的深度的融合和升华,他们的目的是高效提升城市的生产力,提升管理的水平和效率。


本质上来说,各个行业发展的进程也应该和整个工业的进程是完全匹配的。也就是说水行业也应该发展到了两化融合4.0的阶段。



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