數(shù)字化構(gòu)建高效智能排水體系

文︱馮蘭曉 狄曉靚

隨著城市規(guī)模高速發(fā)展，排水行業(yè)的傳統(tǒng)管理方式存在管理手段單一，運營技術(shù)落后，信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足，自動化程度不高，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)能力差等一系列問題。對城市排水系統(tǒng)管理而言，通過信息化管理手段可以實現(xiàn)對運維單位的遠(yuǎn)程監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度、數(shù)據(jù)挖掘、信息統(tǒng)計等，使排水業(yè)務(wù)管理由分散轉(zhuǎn)向集中，由粗放轉(zhuǎn)向精細(xì)化和信息化，大幅提高核心競爭力。以信息化、智能化為代表的新技術(shù)逐步在與城市治理、生態(tài)保護(hù)、環(huán)境治理等各個行業(yè)相融合。在排水管理領(lǐng)域，通過大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、GIS 技術(shù)的綜合應(yīng)用，可實現(xiàn)對排水與污水處理信息的實時掌控，能有效解決監(jiān)管不及時的問題，對突發(fā)情況能及時作出處置。

一、建設(shè)內(nèi)容

城市生命線智慧排水系統(tǒng)根據(jù)城市對排水系統(tǒng)全鏈條監(jiān)管和當(dāng)前排水行業(yè)痛點問題，建設(shè)了綜合決策系統(tǒng)和五個子系統(tǒng)。綜合決策系統(tǒng)實現(xiàn)了排水系統(tǒng)全鏈條監(jiān)管，五個子系統(tǒng)根據(jù)管網(wǎng)運行，在線監(jiān)控報警、巡查養(yǎng)護(hù)、行業(yè)綜合監(jiān)管和考核評價等五個方面進(jìn)行研發(fā)監(jiān)管，通過綜合決策系統(tǒng)和專項子系統(tǒng)共同打造并實現(xiàn)了全流程閉環(huán)監(jiān)管體系。

二、特色亮點

智慧排水管理系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)理念，采用信息化手段，結(jié)合 GIS 展示，實現(xiàn)對管網(wǎng)運行指標(biāo)的實時監(jiān)測，包括管網(wǎng)液位、流量、水質(zhì)、氣體、泵站運行狀態(tài)等信息，保證管網(wǎng)安全高效地發(fā)揮作用，通過構(gòu)建安全預(yù)警平臺，提高應(yīng)急指揮及快速處置能力，保障城市排水管線的安全運行，使得整個城市排水管線的安全運行可把握、可控制、可預(yù)測，提供科學(xué)、先進(jìn)的城市級水力分析能力，更全面評估城市排水管網(wǎng)能力。

1.高效管理多源可視化數(shù)據(jù)

智慧排水管理系統(tǒng)是一個包含海量數(shù)據(jù)的復(fù)雜系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)庫用以存儲和管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，不僅包括管網(wǎng)數(shù)據(jù)，還集成了不同來源、不同數(shù)據(jù)格式和不同空間尺度的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，如：地形數(shù)據(jù)、航空影像、DEM 等，改善了傳統(tǒng)管網(wǎng)數(shù)據(jù)單一、記錄分散、不完整的局面，為市政管理部門的業(yè)務(wù)應(yīng)用、決策分析和數(shù)據(jù)共享奠定了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過多種數(shù)據(jù)的疊加和可視化顯示，可以更加直觀地了解排水管網(wǎng)周邊的交通、居民地、水系、植被和地形等分布情況。數(shù)據(jù)庫能有效管理不同歷史時期的排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過對比顯示能夠較清楚地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的差異和聯(lián)系，這對于城市未來的發(fā)展規(guī)劃有著重要意義。隨著三維仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的日漸成熟，對管線點、管線線數(shù)據(jù)進(jìn)行自動三維建模并疊加道路、建筑物等三維模型，實現(xiàn)管線數(shù)據(jù)任意角度的三維瀏覽，還原管網(wǎng)地上和地下的三維立體場景，建設(shè)規(guī)劃部門即便不到現(xiàn)場，也能真實地感受排水管網(wǎng)之間以及管網(wǎng)與周邊地物的空間位置關(guān)系。

2.提升巡檢、養(yǎng)護(hù)工作的效率和管理水平

智慧排水管理系統(tǒng)采用手持設(shè)備與Web 相結(jié)合的方式，現(xiàn)場巡查、養(yǎng)護(hù)人員通過手持設(shè)備將巡檢信息和養(yǎng)護(hù)進(jìn)展及時上傳到監(jiān)控中心，而監(jiān)控中心的市政管理人員通過登錄Web 系統(tǒng)及時了解巡查和養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場的詳細(xì)信息，便于對巡查和養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行動態(tài)監(jiān)管，對發(fā)現(xiàn)的排水管網(wǎng)問題進(jìn)行人員的科學(xué)調(diào)度。通過自動化監(jiān)管實現(xiàn)了巡檢養(yǎng)護(hù)工作的高效執(zhí)行，降低了管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)的成本，提高了人員對緊急事件的響應(yīng)速度，保障了管網(wǎng)的安全高效運行。

3.輔助決策分析

GIS 強大的空間分析功能完全依賴于地理空間數(shù)據(jù)庫，排水管網(wǎng)完整的數(shù)據(jù)體系為查詢分析、緩沖區(qū)分析、拓?fù)浞治鎏峁┝藦姶蟮闹危ㄟ^深層次的信息挖掘，解決用戶關(guān)心的涉及地理空間的實際問題，為智慧排水管理系統(tǒng)規(guī)劃、城市建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)等提供輔助決策分析的合理性建議數(shù)據(jù)。

4.實時數(shù)據(jù)提高應(yīng)急處置能力

城市排水管網(wǎng)承擔(dān)著收集輸送污水和天然降水的功能，排水管理信息系統(tǒng)能夠充分整合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源、硬件網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)資源的高效節(jié)約。以在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，充分利用管網(wǎng)水力計算模型及其他有關(guān)模型，結(jié)合GIS 的數(shù)據(jù)管理和空間分析能力，對管網(wǎng)的運行狀況進(jìn)行分析評估，為管網(wǎng)的日常維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。當(dāng)流量、流速、液位或壓力等運行參數(shù)出現(xiàn)異常甚至超出警戒值時，市政管理人員可快速反應(yīng)、快速診斷、快速行動，提高對管網(wǎng)突發(fā)緊急事件的處理能力，保障公共利益和人民生命財產(chǎn)安全，保證排水設(shè)施正常運轉(zhuǎn)。

5.排水情景模擬和預(yù)測

城市下墊面的非滲透面積隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展急劇增加，城市內(nèi)澇等事故頻繁發(fā)生，給城市排水系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的考驗。排水管網(wǎng)系統(tǒng)在排水模型的支持下，結(jié)合現(xiàn)狀地形數(shù)據(jù)，通過分析智慧排水管理系統(tǒng)重要數(shù)據(jù)(水深、流速、流量、降雨量、徑流量等)和管線數(shù)據(jù)中的每個要素(節(jié)點、管線和匯水區(qū))，科學(xué)計算并模擬城市地下智慧排水管理系統(tǒng)的實際運行情況。排水模型的強大功能還在于通過模擬一定降雨條件下城市排水的演進(jìn)情況，發(fā)現(xiàn)排水的薄弱點和可能溢水的檢查井，預(yù)測將會出現(xiàn)積水或發(fā)生洪災(zāi)的地點，甚至積水開始時間和積水退去時間等，為各級領(lǐng)導(dǎo)制定減災(zāi)決策、快速開展搶險工作提供依據(jù)和參考，為市民合理防御暴雨災(zāi)害爭取寶貴的時間。

三、應(yīng)用場景

場景1：數(shù)據(jù)分級管控，激發(fā)數(shù)據(jù)價值

智慧排水系統(tǒng)按照多級監(jiān)控中心設(shè)計。排水公司內(nèi)建立總監(jiān)控中心，各排水管理處、污水處理廠、中水處理廠內(nèi)建立二級分控中心。監(jiān)控總中心負(fù)責(zé)對整個城區(qū)排水系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控和管理，各二級分控中心負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)排水設(shè)施的監(jiān)控和管理。

場景2：城市運行全周期多維分析

智慧排水系統(tǒng)支持二三維一體的可視化分析能力，實現(xiàn)宏觀、中觀、微觀、建筑單位等不同維度的分析，包括二三維緩沖區(qū)分析、疊加分析、空間拓?fù)浞治?、水質(zhì)分析、水管壓力分析、積水量分析等。

場景3：立體化多層級空間數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用

運用GIS 二三維一體化和BIM 技術(shù)，根據(jù)視域范圍進(jìn)行多層級空間數(shù)據(jù)的調(diào)度切換，大場景下展示二維影像和三維傾斜攝影，小場景下展示建筑單體Max 模型和BIM 模型，配合全區(qū)街景和空中全景，實時視頻與傾斜攝影實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)立體式融合交互的可視化呈現(xiàn)。

四、案例總結(jié)

1.社會效益

結(jié)合國家發(fā)布的相關(guān)政策，針對排水行業(yè)突出問題，形成智慧排水系統(tǒng)主要任務(wù)。減輕、減少管線災(zāi)害事故發(fā)生的經(jīng)濟(jì)損失。提高城市排水管網(wǎng)信息現(xiàn)代化管理水平，保障城市智慧排水管理系統(tǒng)高效率，高質(zhì)量的運轉(zhuǎn)。降低城市規(guī)劃設(shè)計、管理決策的成本。為城市管線規(guī)劃、建設(shè)和管理提供依據(jù)，實現(xiàn)管線信息多元化應(yīng)用。為城市的優(yōu)化設(shè)計和科學(xué)決策服務(wù)。加快推進(jìn)城市排水治理體系現(xiàn)代化、不斷滿足人民群眾日益增長的美好生活需要、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)健康發(fā)展，具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

2.經(jīng)濟(jì)效益

該平臺作為避免城市發(fā)生內(nèi)澇現(xiàn)象的有效手段，項目成果提升數(shù)據(jù)與技術(shù)的服務(wù)能力，為各城建局重點工作提供技術(shù)支撐和決策參考，產(chǎn)生了一定的間接經(jīng)濟(jì)效益。

一是降低排水管理成本。智慧排水系統(tǒng)包括了在線實時監(jiān)控功能，為排水中出現(xiàn)的一些問題以及排水治理情況提供了技術(shù)支撐與保障。起到了輔助排水管理和決策的作用，降低了排水管理的成本。

二是減少同類平臺重復(fù)建設(shè)的成本，通過智慧排水系統(tǒng)整合各排水設(shè)施資源，并利用平臺模塊化開發(fā)的功能優(yōu)勢，可以為后續(xù)功能升級預(yù)留充足空間，實現(xiàn)未來功能的不斷豐富與延伸，減少了開發(fā)其他平臺的費用。

三是降低了建設(shè)資金的投入。通過模型輔助排水系統(tǒng)的問題診斷、方案制定、工程決策等，系統(tǒng)級優(yōu)化巨額建設(shè)資金的投入，改善管網(wǎng)運營效果，節(jié)約排水管網(wǎng)建設(shè)運營資金投入。同時，構(gòu)建在線控制系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)級整體在線優(yōu)化調(diào)度，大幅提高排水系統(tǒng)整體運行的可靠性及有效性，充分挖掘管網(wǎng)及污水廠潛能，最大限度發(fā)揮設(shè)施已有能力，減少不必要或低效的建設(shè)資金投入。