對(duì)于一份指向未來(lái)5~8年的行動(dòng)指南來(lái)說(shuō)，晚解讀32天也算不上“遲到”。當(dāng)下，智慧水務(wù)可以說(shuō)是整個(gè)水務(wù)圈火爆的“團(tuán)寵”。向上看，智慧水務(wù)是智慧城市不可或缺的基礎(chǔ)拼圖；向下看，智慧水務(wù)是未來(lái)水務(wù)升級(jí)的方向。那么作為一塊拼圖，智慧水務(wù)應(yīng)當(dāng)具有哪些功能？作為未來(lái)升級(jí)的方向，智慧水務(wù)又必須實(shí)現(xiàn)哪些提升與突破呢？這兩個(gè)問(wèn)題的答案，其實(shí)就是智慧水務(wù)“下半場(chǎng)”破局的鑰匙，而這把鑰匙就藏在二十大報(bào)告的3個(gè)關(guān)鍵詞里。關(guān)于“安全”，二十大報(bào)告是這樣描述的：首先，常規(guī)水務(wù)安全，包括供水安全、水質(zhì)安全以及基礎(chǔ)設(shè)施安全。前兩項(xiàng)對(duì)于現(xiàn)在的水務(wù)圈來(lái)說(shuō)，基本已不存在問(wèn)題，然而地下管道漏水造成的破壞，這些年來(lái)卻一直威脅著城市基礎(chǔ)設(shè)施的安全。
2012年以前，管網(wǎng)每年的爆管次數(shù)非常驚人。不過(guò)，這幾年隨著管網(wǎng)升級(jí)，爆管次數(shù)已經(jīng)大幅下降，然而有的城市一年爆管次數(shù)仍然高達(dá)十幾二十幾次。地下管網(wǎng)漏水不僅會(huì)導(dǎo)致道路塌陷，在許多城市，地下土質(zhì)決定了如果主管道長(zhǎng)時(shí)間爆管，就會(huì)導(dǎo)致附近地上建筑開(kāi)裂、傾斜甚至坍塌。因此，漏損與爆管對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施和公眾生命都構(gòu)成了嚴(yán)重的潛在威脅。隨著智慧水務(wù)的升級(jí)，不少水務(wù)集團(tuán)都構(gòu)建了基于GIS（地理信息系統(tǒng)）的地下管網(wǎng)調(diào)度檢測(cè)系統(tǒng)，這種基于GIS的系統(tǒng)能夠幫助水務(wù)企業(yè)快速定位爆管位置，但是僅僅依靠這個(gè)系統(tǒng)，并不能解決問(wèn)題，要想消除漏損和爆管風(fēng)險(xiǎn)，智慧水務(wù)還必須實(shí)現(xiàn)兩個(gè)突破：一是高頻次無(wú)人巡檢，二是預(yù)測(cè)早于搶修。地下管網(wǎng)布局復(fù)雜，縱橫交錯(cuò)，因此很多漏損甚至爆管都是直到造成損害后才被發(fā)現(xiàn)，要解決這個(gè)問(wèn)題，就需要無(wú)人探測(cè)設(shè)備，比如智能管網(wǎng)探測(cè)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的高頻次巡檢。此外，搶修是一種事后補(bǔ)救的手段，如果可以預(yù)測(cè)管道壽命，就能提前預(yù)判風(fēng)險(xiǎn)，在事故發(fā)生前踩住剎車。因此，新一代智慧管網(wǎng)系統(tǒng)就不能僅僅滿足于管徑、埋深等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)于管道的壁厚、內(nèi)襯、防腐以及管道內(nèi)水的腐蝕性等數(shù)據(jù)都要進(jìn)行采集，然后基于大數(shù)據(jù)分析，通過(guò)AI算法對(duì)管道漏損風(fēng)險(xiǎn)提前報(bào)警。再向前一步，如果巡檢機(jī)器人升級(jí)為智能管道修復(fù)機(jī)器人，不用挖開(kāi)地面破壞道路，就能實(shí)現(xiàn)隨巡隨補(bǔ)，那么不僅管網(wǎng)維護(hù)的社會(huì)成本和經(jīng)濟(jì)成本將大幅降低，漏損對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)也將消弭于無(wú)形。其次，應(yīng)急狀態(tài)下的社會(huì)安全。常規(guī)水務(wù)安全應(yīng)對(duì)的重點(diǎn)是漏損與爆管，而應(yīng)急狀態(tài)下的社會(huì)安全指向的，其實(shí)就是在突發(fā)災(zāi)害或者極端天氣時(shí)的城市安全，比如突發(fā)水污染事件，或者特大暴雨造成的城市內(nèi)澇。對(duì)于突發(fā)性的水污染事件，水務(wù)企業(yè)有時(shí)處于后知后覺(jué)的狀態(tài)，許多水污染事故，都是依靠大量死魚(yú)反饋或者公眾反映自來(lái)水異常，水務(wù)公司才察覺(jué)到發(fā)生了污染情況，因此發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，污染有時(shí)已經(jīng)造成長(zhǎng)時(shí)間的損害，例如當(dāng)年蘭州的苯污染事件，就是在自水廠一次偶然的檢測(cè)中才發(fā)現(xiàn)了苯超標(biāo)的問(wèn)題。污染進(jìn)入城市飲用水體系的途徑通常是兩條，一是通過(guò)管網(wǎng)漏損滲入水中，比如蘭州苯污染事件，另一個(gè)途徑就是通過(guò)污染上游水源河流，進(jìn)而污染城市飲用水。因此，想要更可靠的應(yīng)對(duì)這種威脅，智慧水務(wù)必須在兩方面提升自己的能力：一是滲漏點(diǎn)及時(shí)修復(fù)，二是上游水源實(shí)時(shí)檢測(cè)。想實(shí)現(xiàn)對(duì)滲漏點(diǎn)的及時(shí)修復(fù)，就需要及時(shí)發(fā)現(xiàn)、然后準(zhǔn)確定位，而這與消除漏損、爆管隱患所需要提升的能力，實(shí)質(zhì)上是相同的。此外越早掌握上游水源的污染信息，水務(wù)企業(yè)就有越多的反應(yīng)時(shí)間，因此提升水源檢測(cè)能力，能夠第一時(shí)間預(yù)警污染災(zāi)害，比如利用ChV（化學(xué)機(jī)器視覺(jué)）技術(shù)進(jìn)行高頻次巡檢，實(shí)現(xiàn)智慧水質(zhì)監(jiān)測(cè)甚至預(yù)測(cè)，就顯得至關(guān)重要。如果突發(fā)水質(zhì)污染預(yù)警可以更加及時(shí)，那么城市在面對(duì)威脅時(shí)就可以更加主動(dòng)。除了應(yīng)對(duì)污染災(zāi)害，城市內(nèi)澇也是水務(wù)人不得不面對(duì)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，內(nèi)澇帶給城市的災(zāi)難是非常慘痛的，而隨著全球溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重，極端天氣出現(xiàn)的頻次正在不斷提高，強(qiáng)度也在不斷加大，許多之前從未面臨過(guò)水患威脅的內(nèi)陸城市，如今都不得不面對(duì)降雨帶來(lái)的城市內(nèi)澇問(wèn)題。 為了應(yīng)對(duì)這個(gè)內(nèi)澇的威脅，許多水務(wù)集團(tuán)已經(jīng)構(gòu)建了泵站一體化智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)泵站的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)城市的快速退水，但是在未來(lái)，智慧水務(wù)或許還應(yīng)該再向前一步，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市積水的智能預(yù)測(cè)與應(yīng)對(duì)。想要提前預(yù)測(cè)，就需要接入氣象數(shù)據(jù)、道路數(shù)據(jù)，然后與泵站性能、運(yùn)行方案聯(lián)動(dòng)。這樣就可以利用AI算法提前預(yù)警內(nèi)澇區(qū)域，對(duì)危險(xiǎn)路段、深水位提前標(biāo)定，并且給出退水方案，在雨量完全超出城市排水能力時(shí)，可以為政府發(fā)布避險(xiǎn)信息提供決策依據(jù)，及時(shí)向公眾預(yù)警。第三，極端情形下的國(guó)家安全。因?yàn)樗畡?wù)系統(tǒng)對(duì)于一座城市來(lái)說(shuō)，非常重要，因此水務(wù)人不得不直面的最后一項(xiàng)安全挑戰(zhàn)，就是在極端狀況下，城市水務(wù)系統(tǒng)很可能成為遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)攻擊并試圖控制的重要戰(zhàn)略目標(biāo)。對(duì)于傳統(tǒng)水務(wù)來(lái)說(shuō)，這種威脅并不嚴(yán)重，因?yàn)樵绞菣C(jī)械式運(yùn)行的工廠，面對(duì)網(wǎng)絡(luò)攻擊時(shí)，越安全，相反，越是依靠互聯(lián)網(wǎng)，依靠程序控制運(yùn)行的智能系統(tǒng)，遭受遠(yuǎn)程攻擊時(shí)就越危險(xiǎn)。在向智能化全面升級(jí)的今天，云平臺(tái)、移動(dòng)協(xié)同、智能設(shè)備這些系統(tǒng)都需要運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上，于是這就為網(wǎng)絡(luò)攻擊提供了眾多切口，因此通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程攻擊侵入管理系統(tǒng)，就成為了智慧水務(wù)必須面對(duì)的新威脅。因此，在未來(lái)的智慧水務(wù)升級(jí)時(shí)，必須在一開(kāi)始就考慮到數(shù)據(jù)安全與控制安全問(wèn)題。關(guān)于“降碳”，二十大報(bào)告的描述是這樣的：
雖然比不上“高耗能”8大金剛，但水務(wù)的排碳威力也不容忽視，僅污水處理過(guò)程中的碳排放量就占了碳排放總量的1%~2%。不僅排放量不小，而且由于城市水務(wù)剛性需求的特性，使得水務(wù)無(wú)法通過(guò)壓縮產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)碳排放控制。因此，有的城市這兩年來(lái)已開(kāi)始逐漸將大型水廠納入了碳排放重點(diǎn)監(jiān)測(cè)名單，隨著2030年的臨近，碳達(dá)峰壓力越來(lái)越大，把水廠納入碳排重監(jiān)名單的城市應(yīng)該會(huì)越來(lái)越多。
水務(wù)碳排放量不低，但是它卻不是直接的排碳大戶，而是間接的排碳巨鱷，這其中源自電能消耗的排放占比接近7成，剩余的主要是投放藥劑帶來(lái)的間接碳排放。
電耗和藥劑占了絕對(duì)的大頭，因此降能耗和減藥自然也就成了減碳的有效途徑。因?yàn)槌鞘泄┧c污水處理隨著人口的增多和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，規(guī)模必然越來(lái)越大，因此水務(wù)降碳只能依靠技術(shù)升級(jí)，通過(guò)降低單位水碳排放量的方式實(shí)現(xiàn)降碳。舉個(gè)例子，國(guó)內(nèi)污水處理的平均能耗為0.292KWh/m3，日本是0.254KWh/m3，美國(guó)則只有0.2KWh/m3，，因此相比之下，國(guó)內(nèi)污水廠至少還有15%~30%的降耗空間。
污水廠的電能源消耗主要集中在水處理和排水上，而供水的電能源消耗則主要集中在管網(wǎng)輸水以及二次供水這2個(gè)部分。
其實(shí)無(wú)論排水、輸水還是二次供水，高耗能的罪魁禍?zhǔn)锥际潜脵C(jī)，因此許多水務(wù)企業(yè)更新了變頻技術(shù)，希望通過(guò)降低頻率，有效降低能耗。然而泵機(jī)降頻后，如果不能運(yùn)行在高性能區(qū)，效率就會(huì)迅速下降，算起來(lái)未必節(jié)能。所以單純依靠變頻技術(shù)，實(shí)際中無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)降碳目標(biāo)，想要切實(shí)降低能耗，智慧水務(wù)必須在3個(gè)維度上實(shí)現(xiàn)突破：高效的水務(wù)調(diào)度、智能二次供水系統(tǒng)、智能水處理技術(shù)。
首先，城市飲用水廠和污水處理廠都需要更智能的智慧水務(wù)調(diào)度系統(tǒng)。通過(guò)智能供水排水，確保降頻泵機(jī)工作在高效區(qū)間，實(shí)現(xiàn)能源利用率的提升，降低單位能耗。
其次，智能二次供水系統(tǒng)。在供水中，二次供水能耗占比高，但是小、亂、散的特點(diǎn)，導(dǎo)致二次供水節(jié)能改造難度大。此外由于此前并不歸水務(wù)管理，因此對(duì)于二次供水管網(wǎng)、設(shè)備以及過(guò)往運(yùn)行數(shù)據(jù)，水務(wù)企業(yè)都沒(méi)有積淀。所以想實(shí)現(xiàn)二次供水的能源降耗，首先需要更換智能水表，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效采集；然后基于大數(shù)據(jù)，運(yùn)用人工智能算法，計(jì)算預(yù)測(cè)二次供水模型；逐步更換更加專業(yè)的二次供水設(shè)備，才能實(shí)現(xiàn)有效節(jié)能。
第三，智能水處理技術(shù)。曝氣系統(tǒng)是污水處理中的能耗大頭，占比超過(guò)50%，因此利用智慧曝氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)按需供氣，降低曝氣能耗，是未來(lái)水務(wù)的必然選擇。對(duì)于藥劑投放帶來(lái)的碳排放來(lái)說(shuō)，智慧水務(wù)需要研發(fā)突破性的智慧投藥系統(tǒng)，通過(guò)人工智能算法控制智能硬件實(shí)現(xiàn)智慧加藥，在保障水質(zhì)不降的前提下，降低碳源、絮凝劑等藥劑投加量，從而實(shí)現(xiàn)單位水的降碳。從一些領(lǐng)跑者的反饋看，智慧投藥系統(tǒng)可以幫助他們降低20%左右的藥劑消耗。
除了直接降低單位能耗與減少藥物投加，提高管網(wǎng)效率也是非常重要的降碳方式，將運(yùn)輸中的損失降的越低，浪費(fèi)的非必要能源就越少，現(xiàn)在很多城市漏損率高于20%，高的超過(guò)50%，這意味著巨大的能源浪費(fèi)。所以通過(guò)智慧管網(wǎng)系統(tǒng)，堵住漏點(diǎn)，降低漏損率，不僅能提升城市安全，降低水廠運(yùn)營(yíng)成本，更是有效降碳的重要途徑。
人也會(huì)呼出二氧化碳，因此依靠更多的智能系統(tǒng)，例如無(wú)人泵站、無(wú)人加藥系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)廠站無(wú)人值班，少人值守，降低人水比，也能有效幫助水務(wù)行業(yè)實(shí)現(xiàn)降碳目標(biāo)。
二十大報(bào)告中，“消除”的原話是：“基本消除黑臭水體”。這是二十大報(bào)告中直接提起水務(wù)細(xì)節(jié)的描述，也是二十大報(bào)告中，對(duì)某個(gè)具體問(wèn)題提出了明確要求，從這個(gè)表述中可以看出國(guó)家上層對(duì)“黑臭水體”治理的重視，因此，“黑臭水體”治理，必將成為未來(lái)的重點(diǎn)。對(duì)于黑臭水體，有一句經(jīng)典描述，叫做“表象在水里，根源在岸上，核心在管網(wǎng)”，翻譯一下就是，黑臭體現(xiàn)在水上，可是污染源都來(lái)自岸上，而岸上的污染源之所以排進(jìn)水里，很多時(shí)候，是因?yàn)楣芫W(wǎng)的錯(cuò)接漏接而導(dǎo)致的。因此要消除黑臭水體，智慧水務(wù)必須實(shí)現(xiàn)2個(gè)突破：黑臭水體智慧篩查、管網(wǎng)高效改造。要治理就要先找得到，現(xiàn)在查找黑臭水體，很多時(shí)候還是依賴專員巡檢或者公眾舉報(bào)，這樣的做法成本高效率低，所以未來(lái)需要一個(gè)黑臭水體智慧探尋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)黑臭水體的持續(xù)篩查，這個(gè)系統(tǒng)借助無(wú)人機(jī)拍攝水體圖片，同時(shí)接入城市監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)，融合傳感器與視頻圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)多維數(shù)據(jù)融合分析，讓黑臭水體無(wú)處藏身。利用這套系統(tǒng)，不僅可以快速定位黑臭水體，還可以將事后治理轉(zhuǎn)變?yōu)槌跗谥斡?，也就是在剛出現(xiàn)黑臭苗頭時(shí)，立刻預(yù)警，通知多部門共同防治，避免黑臭水體成型。此外，這幾年各個(gè)城市都興建了許多大氣的污水處理廠，可是由于排水管網(wǎng)的錯(cuò)接漏接，雨污混排，導(dǎo)致許多污水處理廠進(jìn)水濃度非常接近出水濃度，因此想要不反彈的解決黑臭水體，就需要一套智能排水管網(wǎng)布局系統(tǒng)，能夠智能分析管網(wǎng)漏接錯(cuò)接問(wèn)題，比如通過(guò)對(duì)老舊排水管網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用系統(tǒng)進(jìn)行模擬，再與實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，快速定位出錯(cuò)位置，同時(shí)為管道升級(jí)改造提供的優(yōu)化方案。畢竟只有污水管網(wǎng)的根本改善，才能真正長(zhǎng)期有效的消除黑臭水體。“安全”、“減碳”、“消除”，做到這3個(gè)關(guān)鍵詞，水務(wù)也就實(shí)現(xiàn)了二十大報(bào)告中要求的“高質(zhì)量發(fā)展”。想要實(shí)現(xiàn)這3個(gè)關(guān)鍵詞，智慧水務(wù)就需要從數(shù)據(jù)融合，到業(yè)務(wù)融合，再到智慧決策；從各子項(xiàng)獨(dú)立智能化，到廠站網(wǎng)河湖一體化聯(lián)動(dòng)；從超大屏數(shù)據(jù)展示，到數(shù)據(jù)深度分析與預(yù)判，從單純的軟件平臺(tái)升級(jí)，到與智慧硬件結(jié)合的全面系統(tǒng)升級(jí)。總之，在智慧水務(wù)的下半場(chǎng)，機(jī)會(huì)就在“安全”、“減碳”與“消除”這3個(gè)詞中，而誰(shuí)愿意在水下踩得越深，誰(shuí)就有越有機(jī)會(huì)真正解決這些問(wèn)題，從而在智慧水務(wù)的江湖中，站得越穩(wěn)，跑得越快，變得越強(qiáng)。
