一、传统水务系统存在的问题
1. 企业运管问题：
水务企业缺乏规范的水务信息统一管理平台。由于水务企业各个系统之间信息化建设时间不同、厂商不同、标准不同等问题，导致水务信息化系统建设虽然积累了大量数据，但很多数据是孤立的，数据处理和利用通常局限于本部门、共享不足，也无法深入地挖掘、分析与应用数据。
水务企业管理决策支撑力度不足。水务信息化系统建设注重业务管理，对数据的深度挖掘和智能分析相对较少。水务企业累计的数据尚未得到充分利用，企业决策仍有相当一部分依靠人工经验，数据对于智慧化决策的支撑力度有待加强。
水务企业信息化建设程度较低。只完成了传统的业务流程管理，虽然建设了基础数据库、积累了大量数据，但是并不注重数据的整理和挖掘。
2. 污水厂运维问题：
（1）数据失真：传统计数方式由工作人员巡检泵房，并记录数据，存在观测误差、测量误差及估算、误算、误写等不可靠因素。很难保证数据的真实可靠。原始数据也容易丢失。
（2）信息滞后：传统管理办法由工作人员统计问题后，汇总上报在总结统计报表，一旦数据出现错误需要大量时间排查问题出现原因。成表慢、易出错、效率低。
（3）运维人员专业性差：部分污水厂人员专业性差，知识储备不足，难以应对复杂的工艺运行问题，加大了污水厂的运维及管理难度。
（4）维护不到位：传统计数手段不能随时查询部件信息，如安装时间、保养次数、下次保养周期，造成器件损耗多、寿命短，容易造成安全隐患。
（5）故障判断不明确：设备运行年限长，检修不及时，部分巡检人员对水处理工艺及设备了解不深，一旦发现问题，不能准确判断故障原因，维修不及时巡检人员未按照规定巡检或漏检，泵房不大检查不清理维护，存在欺上瞒下问题，管理人员无法及时获取情况，造成小问题酿成大麻烦。
（6）多个事件处理困难：当多个工艺点工艺出现故障时，造成当班人员分身乏术，检修不及时。
（7）极端天气巡检困难：遇到极端天气如大雨、大风、大雪等问题，巡检人员出检会有极大的安全隐患。
（8）水质监测不准确：“数据准确性”无疑是非常重要的，基于错误数据，很难得到正确的结论，所以只有“数据准确”，才能让基于数据做判断的系统，给出正确的决策，造成数据不准的原因大体有两个：一是基层技术人员对数据不重视，在采集与上传时敷衍马虎，导致数据失真；二是受限于底层硬件的性能。
二、智慧水务发展的背景
（1）水污染问题
随着我国社会主义市场经济的不断发展，对各种资源能源的需求也随之增加，对水资源的开发使得水污染问题进一步加重，面对新的环境形势下，污水处理率与污水排放量将有增无减，污水处理厂面临的污水处理压力将与日俱增，。
（2）能源资源问题
污水处理过程电能消耗大，药剂成本占比高，传统机械式、经验式管理，造成能源资源浪费，此时传统高能耗、环境影响大的污水厂已经不能够适应社会的发展，需采用更加智能化管理方案，解决能源、资源浪费问题。
（3）数字化转型需求
污水处理行业作为国家新兴战略产业之一，国家早在“十二五”规划时就对城镇污水处理提出了更高要求，强调了污水处理自动化、信息互联化及智能工业化技术的发展；在“十四五”规划中，也进一步强调了污水处理厂的数字化转型。
（1）水务信息化基础坚实
近年来，我国水务信息化建设逐步深入，初步形成了由基础设施、应用系统和保障环境组成的水务信息化综合体系，有力推动了传统水务向现代水务、可持续发展水务转变，为智慧水务建设提供了坚实的基础。这主要表现在信息采集和网络设施逐步完善、水务业务应用系统开发逐步深入、水务信息资源开发利用逐步加强、水务信息安全体系逐步健全、水务信息化行业管理逐步强化等。
（2）新一代信息技术的快速发展
近年来，以物联网、云计算等为代表的新—代信息技术正在以前所未有的速度发展，使智慧水务建设在技术层面得到了更为广泛的支撑，特别是在水务信息监测、数据传输、智能应用等方面。例如，利用物联网强大的数据获取能力，将使水务自动监测数据更加全面,数据时效性更强，为智慧水务上层应用提供更为优质的数据支撑。另外，物联网能够有效实现传感器网络与移动通信技术、互联网技术的融合，从而允许水务部门基于无线传输技术来建设大量的末端采集网络，这为未来智慧水务建设提供了基础的网络支撑。
三、污水厂智慧水务的价值
智慧水务是充分利用物联网、大数据、云计算及移动互联网等新一代信息技术，深入挖掘和广泛运用水务信息资源，包括水务信息采集、传输、存储、 处理和服务，全面提升水务管理的效率和效能，实现更全面的感知、更主动的服务、更整合的资源、更科学的决策、更自动的控制和更及时的应对。
可视化监测：通过安装各种传感器和监控设备，实现对污水厂各工艺流程和设备的实时监控，及时发现并解决问题。
优化调度：基于实时数据和预设算法，对污水厂的运行进行优化调度，降低能耗和运营成本，提高处理效率。
智能诊断：通过对工艺流程数据的分析，对污水厂的处理效果进行评估和预测，为管理者提供决策支持。
数据共享：通过与政府、环保部门、科研机构等的数据共享，实现污水厂的协同管理，提高水质监管水平。
远程控制：通过移动设备和互联网技术，实现对污水厂各工艺流程的远程监控和控制，提高管理效率。
四、污水厂如何建立智慧水务系统
1. 数字孪生可视化建设
“数字孪生”用数字化的方式构建一个和现实污水厂一模一样的数字世界的技术，根据该方法完成对污水厂物理实体的掌握、剖析和改进。灵活运用根据BM的三维数字概念模型、感应器协议传送数据、运作历史存放等数据，在数字化的网站空间中进行污水厂设备的物理投射，产生物理层面里的实体世界和信息维度上的数字全球同生并存、虚实相融的局面。
根据BIM三维可视化平台可实现实转虚、虚控实的过程，将数据、算法和投资决策结合在一起，创建模拟，即物理对象虚似投射的过程，实现生产监控的一体化、精益化管理。数据收集借助靠谱的工业通信设计，确保收集任务稳定运作，为平台给予完备的智能化表现基本根据数字孪生的智慧水厂基于工业网络平台的应用，发掘很多高效的生产实时数据，融合业务专家的知识领域，并通过数字孪生表现形式为工厂各种管理层给予数据分析与应用。根据信息流的集成，搭建具备“全面感知、设备互联、数据集成、智能预测”等特征智能水厂的运转体系。
（1）厂区三维场景数据建模
全厂、工艺段三维数字模型搭建搭建整个工业园区污水厂的三维数字化模型，采用高空相机、平面巡视相机等视角建模，可形象展示具体厂站三维立体空间的结构、工艺段、运行实景的模拟情况，达到实景体验、有效监管的目标。基于三维数字化应用基于全厂以及各工艺段三维数字化模型，将生产实时数据、报警数据、关键指标数据实景体现，通过模型各个角度有效监控各关键指标，及时处理各种故障和预警情况，以多媒体方式反馈处理结果。
（2）综合监视
全方位掌握所有站点的整体运维状况。可通过鼠标和键盘的常规交互操作，实现对场景的旋转、平移、缩放。
对全厂运营情况进行汇总计算和统计分析，通过图表等形式给管理者提供直观的运营数据展示。如设备运维的能耗、运营成本、实时报警、进出水水质等关键指标参数，将采集的数据信息转化为相应的图形信息，直观地展示全厂各工艺流程段的实时设备工况，使管理人员及时掌握水厂运行情况。
（3）能耗数据
能耗管理模块通过大数据采集、录入、计算，将污水处理厂内的每个工艺段及设备的能耗成本进行综合统计展示，辅以实时动态的二维折线图图形，将本周耗水量、耗电量、耗药量数据与上周进行对比分析，形象直观、精准呈现，方便用户及时洞察关键能源的使用成本。系统可实时监测当前能耗数据，并存储历史数据，记录计算一段时间的主要设备的能耗量，并计算出最终的能耗成本。
（4）设备信息
可对水厂处理设备、仪表等进行全生命周期管理，在虚拟数字空间中可实时查看设备运行状态、及设备故障预警。通过数据采集，实现设备报警监测可视化，对阀门开关到位故障、污水液位过低、药剂量不足、设备工况异常等故障报警信息进行展示及定位。
（5）工艺流程
将污水处理厂各个工艺段的单体进行绘制，并连接地下管网系统进行动态示意呈现，便于使用者了解到各个工艺段之间污泥、污水、生产等管道的连接关系。将枯燥繁琐的数据进行图形化、场景化展现。同时对水质、日污泥处理量（处理量、含水量）、药剂统计(聚铁、PAM、工业盐、三氯化铁、氧化钙)等信息，实时监控污泥处理进度、脱水进度、耗能等系列处理，方便后台人员实时感知并及时处理故障问题。
（6）视频监控
支持根据现场摄像头实际点位，实现场景还原、在线监测数据的融合分析。管理人员可通过摄像机查看重要工位、工艺环节的实时图像，支持数据和视频在同一屏幕展示。
（7）智能巡检
全景漫游功能与水厂日常巡检功能相结合，事先预设几种巡检路线后，可通过第三人称漫游的方式对该巡检路线上的监控设备进行轮询查看，达到线上巡检的目的。
（8）智慧安防
安防管理通过门禁、视频监控、电子围栏实时保障水厂园区安全，借助人员/车辆定位系统数据，基于视频孪生平台，实现人员/车辆定位三维实景可视化，提高水厂监督管理能力，保障水厂全面安全。
2. 工艺段智慧化建设
（1）精准曝气
国际上早已提倡污水处理厂自动化和精细化管理与控制，而精准曝气是污水厂实现精细化管理的有效工具。
精准曝气系统可以使各种复杂的供气方案得以实现，如间歇曝气、微量曝气、正常曝气、溶解氧分布控制等；可以帮助污水处理厂实现工艺的精细调节，适应各种工艺，并能够随着工艺变化而调整；还可以根据当前需要的曝气量，通知鼓风机主控进行风量调节，防止发生喘震等异常情况，节约鼓风机电耗。
（2）智能除磷加药
智能加药除磷计算控制系统主要用于污水厂的化学除磷过程，其内嵌的智能加药模型可以根据进水总磷负荷，精确的计算药物投加量，并在出水端安装一套总磷检测仪，用于系统的后馈逻辑计算，不断校正模型参数。通过自动加药系统定量投加絮凝剂与混凝剂，可有效降低药物投加量，减少化学污泥产量，最大化减少加药过程对后续工艺的影响，提高水厂的自动化运行水平。
（3）智能碳源加药
智能碳源投加系统采用先进的前馈+后馈控制逻辑，根据硝氮浓度与活性污泥反硝化速率计算碳源投加量设定值。外加碳源进行反硝化的污水处理厂，通过智能碳源投加系统自动投加碳源，可在满足反硝化工艺要求的同时，有效降低碳源投加量，节省碳源费用，并避免因碳源过量投加影响出水水质。
五、智慧水务发展面临的问题
1. 数据安全保障有待加强
由于水务行业的特殊性，涉及到地理信息、水文信息、管网分布信息、人口信息、国有资产信息等多种敏感数据源，因此对囊括数据采集、数据分析、数据转化和水务实践业务在内的智慧水务云平台系统的安全和隐私保护力度显得尤为重要。如何保障信息安全，成为智慧水务长效发展的关键问题。智慧水务建设者需要在信息安全技术集成应用、水务信息安全关键技术研发、政策制定推动等方面开展系统性的工作。
2. 数字化智能化建设滞后
目前水网工程信息化系统分散化、碎片化问题严重，尚未形成一体化运营管理模式；数据孤岛严重，数据资源尚未有效利用，无法实现用数据说话、用数据管理、用数据决策；平台化集约化水平低，小而散、小而全建设问题突出，平台化专业化能力不足，投资效能整体不高；智能化水平不足，在感知全面化、控制精细化、决策智能化等方面存在诸多短板，基于数字化智能化基础上的预测、预演、预判尚未实现；调度效能较低，统一调度、精细调度、多级联动调度能力不足，与构建新时期全国水网，实现跨域协同调度、高效运营不匹配、不适应。
3. 数据孤岛，信息杂乱
水务数据在智慧水务应用项目中起着关键作用，现阶段，水务数据问题突出，“数据孤岛”现象严重，水务数据不完善、不精致、不及时、兼容性差等问题日渐突出，信息繁杂无章，如一些水务企业在未建立GIS地理信息系统的情况下，无法及时、精准地获取管网、水表、水泵等设备的状态信息数据、地理信息数据，同时水务数据尚未实现大规模互联互通，水务数据类型繁多，规模庞大，城市水务规划兼容性不佳，水务资源整合难度较大，难以实现大规模互联互通，假如将庞大历史数据从原有系统转移至新模块数据库时，新模块数据库系统将会出现运行缓慢、数据丢失等各类问题。这些问题对智慧水务的升级发展产生明显负面影响，严重制约智慧水务行业的发展。
4. 关键设备依赖进口
智慧水务工艺部分需要协同在线仪表类设备，提供准确、高效的数据，用于后台数据分析、给出指令，指导生产，在线监测设备及电气配套元器件严重依赖进口，例如污水厂仪表设备、在线流量设备以进口品牌哈希、E+H为主的进口品牌，电气原件以西门子、施耐德为主，导致设备采购成本、运维成本居高不下，国产技术需要解决卡脖子技术问题，任重而道远。
5. 人才短缺，驱动薄弱
智慧水务对人才要求较高，行业缺失复合型人才。从业人员既要掌握互联网、大数据、云计算等智能技术，又需要掌握水务领域的基本运营管理、工艺种类、工艺设备等知识。现阶段，具备复合专业能力的智慧水务人才不足，从业人员无法切实满足智慧水务项目的技术应用需求，智慧水务行业人才驱动力薄弱，不利于行业进一步发展。
6. 智慧水务口号响亮，落地难
当前国内众多方案供应商鱼龙混杂，众多企业为智能公司为迎接风口，半路转型，缺少专业技术人才支撑，提供的智慧水务高大上，却难以适应污水厂实际的运行环境，项目投入运行后，各种软硬件问题层出不穷，最终导致项目失败。
六、发展建议
1. 加强智慧水务信息规划
加强水务信息智能化规划，对各系统进行更新，对系统中的子系统进行整体更新。由于不同部门的相关水务信息难以整合，这使得系统的管理变得困难。因此,在水务部门的系统中应加入信息传输功能，以便在信息采集中形成统一的采集形式。针对不同的信息，水务管理系统应具有统一收集管理和统计分析的功能。
2. 提高数据预测的准确性
提高智慧水务建设系统数据的准确性，首先要从数据采集入手，采集降水、气候和用水数据，利用大数据对用水进行分析。居民用水根据城市的不同模式、需求和废水排放等，了解不合理利用水资源而引起的环境问题，制定正确的补救措施，利用智能系统数据预测城市洪涝高峰期，并让相关部门进行预警。以便相关智慧水务管理部门提前准备，最大程度的利用水资源和降雨，实现更有效的水管理。
3. 做好顶层设计，建立制度机制
科学合理制定“互联网+”智慧水务总体实施规划，充分考虑“互联网+”智能水务对未来发展的影响，建设具备较大兼容性和适应性智慧水务系统；完善相应管理机构，配备落实技术、业务、管理等方面的人员，建立各职能部门之间信息数据共享制度以及相对应的保障制度，明确信息使用权限，建立查询、使用留痕的技术保障手段，防止信息被盗用、滥用。
4. 加强技术研发，加大资金投入
我国智慧水务发展还处于初级阶段，信息技术人员的技术水平较为落后，因此水务企业需要加强技术的研究，吸引更多的优秀技术人才，打造专业的技术团队，提高信息技术水平，从而推动行业的进步与发展；同时地方政府应加大资金投入，建立并完善相应的物联网设施，从而对城市水环境质量、供排水管网质量等实施监控，并将信息内容及时传送到智慧水务信息共享平台，其次政府应加大工作人员在智慧水务系统应用上的培养，形成相配套的业务管理、信息技术、建设管理等复合人才培养机制。