上海老港填埋場數(shù)字化管理研究與實踐

張美蘭，周海燕，杭向明

（1.上海老港廢棄物處置有限公司，上海 201302，2.蘇州市伏泰信息科技有限公司，江蘇 蘇州215028）

1 概述

1.1 項目背景

老港填埋場數(shù)字化管理系統(tǒng)的開發(fā)面向的主要對象為2013年1月正式投入運營的老港五期綜合填埋場工程（以下簡稱五期），五期規(guī)劃總占地5.45km2，設(shè)計總庫容1.6479×107m3。五期定位為綜合和應(yīng)急衛(wèi)生填埋場，與焚燒廠毗鄰，填埋區(qū)域分為穩(wěn)定化飛灰填埋、生活垃圾填場和干化污泥填場3部分，平均作業(yè)規(guī)模為3 759 t/d（其中生活垃圾2 664 t/d、飛灰231 t/d、污泥864 t/d)，按高標準規(guī)劃、建設(shè)，并由上海老港廢棄物處置有限公司負責(zé)運營。

五期填埋場建設(shè)標準高，填埋物料復(fù)雜，運營管理要求高，通過參考國外填埋場運行管理經(jīng)驗，結(jié)合五期實際的管理特性，提出了建設(shè)“數(shù)字化填埋”管理系統(tǒng)的需求。

1.2 建設(shè)必要性和目標

結(jié)合老港固廢綜合處理基地一至四期垃圾填埋場工程的管理經(jīng)驗，新投入使用的五期填埋場在運營管理中將面臨填埋作業(yè)過程管理不夠精細、污染防控效果不佳、安全與災(zāi)害防控不到位等問題，因此需要開發(fā)數(shù)字化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對填埋場的全面、精確管理。開發(fā)該項目，預(yù)期達到以下2個目標。

1）降低填埋成本，提高有效庫容和使用年限。利用數(shù)字化管理系統(tǒng)，可對填埋作業(yè)過程進行精確控制。首先可進行合理的填埋作業(yè)規(guī)劃，如確定填埋作業(yè)發(fā)展區(qū)域、道路設(shè)置、卸料平臺、推平壓實方向等。在實際填埋作業(yè)過程中，借助數(shù)字化管理系統(tǒng)，可實時精確控制作業(yè)面位置和厚度，測量和控制填埋壓實密度，提高填埋場的有效庫容；提高推土機等填埋作業(yè)設(shè)備績效管理水平，降低填埋作業(yè)能耗；另外，利用數(shù)字化管理系統(tǒng)提高填埋場的安全性后，也可進一步提高填埋高度，延長填埋場使用年限。

2）實現(xiàn)臭氣預(yù)警，增強與周邊居民的親和度。利用數(shù)字化管理系統(tǒng)，監(jiān)控大氣環(huán)境和臭氣污染物狀況，預(yù)測臭氣影響程度，提出針對性應(yīng)對措施，控制和消除臭氣，可提高填埋場周邊大氣環(huán)境質(zhì)量。另外，數(shù)字化管理系統(tǒng)可實時顯示填埋場垃圾運輸、填埋作業(yè)畫面，顯示滲瀝液和大氣等各項環(huán)境指標的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)。借助該系統(tǒng)，市民可更直觀地了解填埋場運營狀況，填埋場管理者也更容易與市民溝通，取得其理解與支持。

2 項目實施情況

上海老港五期綜合填埋場數(shù)字化管理系統(tǒng)（以下簡稱“數(shù)字填埋”系統(tǒng)）于2013年開始進行規(guī)劃設(shè)計，2014年2月實施建設(shè)。通過6個月的項目實施及試運行，系統(tǒng)各項功能均達到設(shè)計要求，運行穩(wěn)定，并于2014年11月完成了項目整體驗收。

通過“數(shù)字填埋”系統(tǒng)的實施，有效解決了填埋場運營過程中面臨的管理難題，有利于填埋堆體性狀的定期測繪和三維展示，壓實密度的精確測量，填埋場人員、設(shè)備的考核管理，作業(yè)計劃的科學(xué)制定；提高了填埋場的安全性、經(jīng)濟性和環(huán)境保護水平，提高了老港填埋場整體運營管理水平。

2.1 實施原則

1） 統(tǒng)一標準，保證長效。系統(tǒng)以最終實現(xiàn)“智慧填埋”為綜合藍圖，建立信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)標準和信息系統(tǒng)監(jiān)管配套制度，形成長效管理機制，保證信息庫內(nèi)數(shù)據(jù)信息的準確性和惟一性。

2）技術(shù)更新，不斷發(fā)展。根據(jù)填埋場管理的發(fā)展方向，對重難點技術(shù)環(huán)節(jié)“先鋪墊、再深化”，同時注重技術(shù)學(xué)習(xí)與引進，保證系統(tǒng)長久應(yīng)用。

3）立足實際，實用領(lǐng)先。系統(tǒng)設(shè)計以切實解決老港填埋場管理難題為宗旨，以技術(shù)成熟、穩(wěn)定、領(lǐng)先為應(yīng)用標準。

2.2 整體設(shè)計

2.2.1 整體架構(gòu)設(shè)計

“數(shù)字填埋”系統(tǒng)基于GPS系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)和中央監(jiān)控（CCTV）系統(tǒng)構(gòu)架；3套系統(tǒng)集成融合，共用一個工作站，實現(xiàn)監(jiān)控、監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理與分析、安全管理、績效管理、遠程控制等功能。

2.2.2 系統(tǒng)拓撲設(shè)計

系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，以有線及無線傳輸網(wǎng)絡(luò)為支撐，實時采集車輛運行數(shù)據(jù)、垃圾計量稱重數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、堆體地形數(shù)據(jù)、臭氣數(shù)據(jù)等信息，傳輸和存儲相關(guān)數(shù)據(jù)、圖表等，運用系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)處理分析方法和系統(tǒng)建模手段，定制面向填埋作業(yè)過程管理、周邊環(huán)境監(jiān)測管理及庫容建模預(yù)測等應(yīng)用，實現(xiàn)老港填埋場的數(shù)字化有效管理。

2.3 實施功能介紹

老港“數(shù)字填埋”系統(tǒng)建設(shè)以“堆體及作業(yè)面管理”為核心，以“三維展示”為亮點，以實現(xiàn)老港“智慧填埋”為目標，最終建成了1套平臺、9大子系統(tǒng)。1套平臺指老港填埋場數(shù)字化管理平臺，9大子系統(tǒng)包括車輛作業(yè)管理子系統(tǒng)、作業(yè)油耗管理子系統(tǒng)、違規(guī)預(yù)警子系統(tǒng)、堆體體形與庫容管理子系統(tǒng)、成本管理子系統(tǒng)、臭氣控制子系統(tǒng)、作業(yè)面控制子系統(tǒng)、后臺管理子系統(tǒng)、手持端管理子系統(tǒng)等。

2.3.1 車輛作業(yè)管理子系統(tǒng)

車輛作業(yè)管理面向的是填埋作業(yè)庫區(qū)的推土機、挖掘機和垃圾運輸?shù)茸鳂I(yè)車輛，通過車輛安裝智能一體機設(shè)備，可有效控制車輛有效作業(yè)范圍、作業(yè)面積及作業(yè)任務(wù)執(zhí)行情況，并對車輛不按區(qū)域、路線等違規(guī)作業(yè)行為實時報警，從而提升填埋作業(yè)面的作業(yè)效率。

鑒于填埋場作業(yè)區(qū)域及車輛作業(yè)類型的特殊性，系統(tǒng)除實現(xiàn)車輛作業(yè)位置、作業(yè)軌跡、作業(yè)任務(wù)統(tǒng)計3大常規(guī)功能基礎(chǔ)上，通過積極創(chuàng)新，實現(xiàn)了2大吻合填埋作業(yè)車輛監(jiān)管的亮點功能。

1）建立老港填埋場作業(yè)區(qū)域圖層，劃分出每個作業(yè)功能區(qū)，包括生活垃圾填埋區(qū)、污泥填埋區(qū)等。對作業(yè)區(qū)每個作業(yè)面進行精確劃分，便于對日常車輛作業(yè)范圍和作業(yè)規(guī)則的精確化管理，如圖1所示。

圖1 老港五期作業(yè)區(qū)域圖層展示

2）作業(yè)任務(wù)在線調(diào)度，監(jiān)控中心可以實時批量調(diào)度車輛或駕駛員，傳達實時任務(wù)到具體的人員，提高任務(wù)傳遞效率。

2.3.2 作業(yè)油耗管理子系統(tǒng)

跟蹤車輛的實時油耗情況，實時掌握車輛油量數(shù)據(jù)，智能判斷加油的情況以及異常油耗降低的行為，自動生成車輛公里油耗等油量分析報表，對偷油、漏油等行為實時報警，如圖2所示。

圖2 車輛作業(yè)歷史油耗曲線與軌跡聯(lián)動

2.3.3 違規(guī)預(yù)警子系統(tǒng)

對車輛作業(yè)面進行電子圍欄的設(shè)置，包括越線、越界、超速等行為，根據(jù)車輛當前的位置、車輛的設(shè)置違規(guī)類型及設(shè)置范圍，判斷出車輛的違規(guī)情況。當車輛出現(xiàn)違規(guī)時，產(chǎn)生報警并在平臺中發(fā)出警告，如圖3所示。

圖3 車輛運行情況總報表

2.3.4 堆體體形與庫容管理子系統(tǒng)

系統(tǒng)在滿足堆體地形精密管控與庫容智能預(yù)測的同時，也在國內(nèi)垃圾填埋運營管理領(lǐng)域創(chuàng)新了3大管理手段，具體包括：①填埋堆體三維展示，可對堆體進行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)方式的查看，實現(xiàn)了縱切、橫切功能剖面分析，以及堆體的走勢與設(shè)計形體的比較（見圖4）。②壓實密度管理，基于三維地形管理及進場垃圾量數(shù)據(jù)，獲取時間段內(nèi)的質(zhì)量差與體積差，通過系統(tǒng)智能運算可查看時間段內(nèi)的垃圾壓實密度（見圖5）。③填埋庫容智能分析，根據(jù)設(shè)計庫容總體積與現(xiàn)有堆體的總體積，計算出剩余庫容，并根據(jù)垃圾量與密度，預(yù)測可使用年限，給管理者提供數(shù)據(jù)分析（見圖6）。

圖4 堆體三維展示-多切面對比曲線

圖5 作業(yè)面壓實密度分析

圖6 填埋庫容預(yù)測分析

2.3.5 臭氣控制子系統(tǒng)

臭氣管理用于應(yīng)對和解決填埋場目前普遍存在臭氣擾民問題。其基于臭氣監(jiān)測數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)，系統(tǒng)架設(shè)臭氣影響模型，對臭氣的影響范圍、程度進行智能評價，同時實現(xiàn)臭氣控制措施確定（源頭消減、噴霧除臭）等，如圖7所示。

圖7 臭氣評價分析

2.3.6 作業(yè)面控制子系統(tǒng)

基于手持智能終端采集的位置數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)定位信息智能分析測算作業(yè)面的面積，根據(jù)當天的垃圾經(jīng)常量，測算出面量比，讓管理者根據(jù)數(shù)據(jù)提前判斷決策下一步的堆體走向。

日常對作業(yè)面覆蓋情況通過手持端拍照并上傳數(shù)據(jù)到系統(tǒng)，同時復(fù)核人員可以對當天的覆蓋情況進行抽查復(fù)核，有效提高日常監(jiān)管力度。通過蒼蠅密度、滲瀝液的日?；芾恚梢暂p松追溯日常的作業(yè)生產(chǎn)情況。

2.3.7 成本管理子系統(tǒng)

成本管理實現(xiàn)填埋場日常物料、勞保用品、車輛配件等成本消耗物資的精細化管控，對物資出入庫、庫存及盤點情況進行記錄，對安全設(shè)施進行定期檢查等功能。

2.3.8 后臺管理子系統(tǒng)

對部門、人員、角色、權(quán)限進行管理配置，控制整個系統(tǒng)的人員的基本信息及權(quán)限。權(quán)限包括系統(tǒng)模塊權(quán)限、手持端模塊權(quán)限、操作權(quán)限。

2.3.9 手持端管理子系統(tǒng)

手持端管理實現(xiàn)填埋作業(yè)重要指標、現(xiàn)場圖文數(shù)據(jù)采集的上傳，作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)的重要來源，可提高數(shù)據(jù)采集頻率、優(yōu)化作業(yè)區(qū)域管控效率，對作業(yè)面臭氣控制、有效覆蓋面管理等起到很好的輔助作用。

3 實施分析

3.1 實施經(jīng)驗總結(jié)

①強化組織領(lǐng)導(dǎo)，建立一支以分管副總（或分管場長）為項目組組長的項目小組，明確建設(shè)方、施工方及設(shè)計方的項目組人員職責(zé)。②先簡后難，初期以數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)積累為基礎(chǔ)，中期以智能采集、數(shù)據(jù)校驗為依托，后期以數(shù)據(jù)分析、智能預(yù)警為重點。建議分期推進填埋場信息化工作。③重視前期需求分析工作，特別是需求調(diào)研過程中需要與相關(guān)業(yè)務(wù)科室進行密切溝通，需求評審階段必須召集相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)參加。④例會機制不可或缺，通過建立項目周例會機制，對每周工作進展進行掌控，并對存在的問題進行及時協(xié)調(diào)，從而確保項目工期。⑤確保系統(tǒng)的易用性，重視系統(tǒng)易用方面的設(shè)計，例如簡化人工操作環(huán)節(jié)等，從而確保系統(tǒng)能使用得起來。

3.2 實施效益

通過“數(shù)字填埋”系統(tǒng)項目的實施，老港五期運營管理水平顯著提高，填埋作業(yè)有效性、突發(fā)情況反應(yīng)效率得到進一步提升，具體實施效益主要包括：①對車輛進行遠程管理調(diào)度；通過油耗系統(tǒng)、違規(guī)預(yù)警，提高對車輛的管理力度。②分析臭氣的影響，提前采取除臭措施，減少臭氣污染。③提高日常作業(yè)面的管控，控制面量比控制在合理范圍內(nèi)，降低作業(yè)風(fēng)險。④有效管理耗材的使用情況，降低成本的支出。⑤控制堆體的坡段走勢，減少堆體滑坡的發(fā)生。⑥控制填埋過程，降低填埋成本，提高有效庫容和使用年限。⑦有效管理日常作業(yè)人員的工作情況，提高對作業(yè)人員日常工作的監(jiān)管，通過數(shù)據(jù)，提供管理的依據(jù)性，提高管理人員的工作效率。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

1）老港固廢綜合處置基地通過本項目的實施，提高了填埋場的安全性、經(jīng)濟性、環(huán)境保護水平及填埋場運營管理水平；降低了填埋成本，增加了有效庫容和使用年限；滿足了填埋場遠程管理和與市民溝通的需要。

2） 本項目采用最先進的現(xiàn)場自動監(jiān)測設(shè)備、可靠的系統(tǒng)軟件構(gòu)架和先進的監(jiān)測分析軟件系統(tǒng)，依托國內(nèi)領(lǐng)先的研究單位，其實施是非常有價值的，對國內(nèi)類似項目也具有良好的示范作用。

3）通過老港“數(shù)字填埋”系統(tǒng)的建設(shè)探索與實踐，可以發(fā)現(xiàn)我國垃圾填埋場運營管理水平與國外先進水平還有較大差距，以信息化助推填埋場運營管理水平是大勢所趨。

4.2 展望

老港“數(shù)字填埋”系統(tǒng)是建立在老港五期綜合填埋場的日常運營基礎(chǔ)上的，在后期的試運營階段需不斷地升級和完善，在后期的開展中可將衛(wèi)生填埋涉及的相關(guān)方納入管理系統(tǒng)，并從以下幾方面著手考慮。

1）鞏固現(xiàn)有系統(tǒng)的成果，擴大實施范圍，例如車輛作業(yè)監(jiān)管將逐步延伸到場內(nèi)70余輛垃圾集裝箱運輸車等。

2）完善臭氣監(jiān)測及控制功能，通過增加自動氣象站、臭氣智能監(jiān)測終端等，實現(xiàn)臭氣中典型氣體（H2S、NH3）濃度的自動監(jiān)測和擴散的智能分析，建立分級預(yù)警機制，確保除臭措施的有效執(zhí)行。

3）增加水體監(jiān)測功能，通過自動監(jiān)測與人工監(jiān)測相結(jié)合的方式，實現(xiàn)地表水分流量監(jiān)測與分析、堆體水位監(jiān)測與分析、導(dǎo)排層水位監(jiān)測與分析、調(diào)節(jié)池水位及水量管理、滲瀝液處理監(jiān)測與分析等。

4）增加堆體穩(wěn)定監(jiān)測功能，包括填埋堆體和堤壩的表面位移和深層位移監(jiān)測、堆體和基層沉降監(jiān)測、堆體水位監(jiān)測、監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄與分析、堆體穩(wěn)定分析、緊急情況預(yù)警等功能。