Цифровизация городских сетей: IoT против изоляции данных

За последние десять лет основное внимание в строительстве городских водных сетей Китая было сосредоточено на модернизации и повышении стандартов очистных сооружений, ликвидации черных и зловонных водоемов, обеспечении водоснабжения и повышении коэффициента сбора сточных вод. С наступлением 2024 года фокус внимания отрасли заметно сместился в сторону подземных трубопроводных сетей, водоотведения и защиты от подтоплений, городской устойчивости и операционного управления. Увеличение числа экстремальных ливней, рост риска городских затоплений и массовое выявление дефектов в старых трубопроводных сетях превратили систему водоотведения, являющуюся «скрытым инженерным сооружением», в приоритетную тему городского управления.

По сравнению с сетями водоснабжения и газоснабжения, городские системы водоотведения выполняют множество задач: отвод дождевых вод, сбор сточных вод, контроль переливов при общесплавной системе и обеспечение безопасности от подтоплений. Данные об уровне жидкости, расходе, количестве осадков, глубине затопления, состоянии работы насосных станций и степени открытия затворов становятся базовыми показателями для оценки состояния трубопроводных сетей и способности противостоять подтоплениям. Конкуренция в отрасли также переходит от закупки отдельного оборудования к созданию комплексных возможностей: «датчики + платформы данных + гидравлические модели + услуги эксплуатации и технического обслуживания».

Компания Yicai Technology отмечает, что в ближайшие три-пять лет на рынке городских трубопроводных сетей сформируются три основные тенденции: во-первых, устойчивый рост объема работ по модернизации старых сетей; во-вторых, переход от пилотных проектов к масштабному развертыванию средств измерения уровня и расхода; в-третьих, переход от эмпирических оценок к моделированию, прогнозированию в реальном времени и замкнутому управлению.

I. Тенденции рынка: переход от строительства к «модернизации + интеллектуальной эксплуатации»

С точки зрения емкости рынка, отрасль городских трубопроводных сетей переходит от доминирования новых проектов к этапу параллельного развития: «строительство новых объектов для восполнения дефицита, модернизация существующих фондов и интеллектуальная реконструкция». Согласно открытым планам, в период «14-й пятилетки» сохранятся значительные объемы инвестиций в строительство объектов по очистке сточных вод и их повторному использованию в городских поселениях; планируется построить и модернизировать около 80 000 км сетей сбора сточных вод.

• Безопасность: создание систем мониторинга затопления и уровня жидкости в зонах подтопления.
• Экология: осуществление совместного мониторинга расхода, уровня и качества воды для контроля прямого сброса.
• Управление: создание единой платформы диспетчеризации для повышения эффективности ежедневных инспекций.

Изменения в финансировании приводят к тому, что проекты переходят от «фрагментарной реконструкции» к «комплексной реализации, приемке по результатам и долгосрочной эксплуатации», что требует от субъектов проектов более высоких возможностей в области управления данными.

II. Влияние политики: совокупное стимулирование за счет борьбы с подтоплениями

Политика остается самым непосредственным фактором в отрасли. Основные цели можно обобщить в трех уровнях: устранение рисков серьезных подтоплений, сокращение прямого сброса сточных вод и повышение безопасности эксплуатации подземной инфраструктуры. Местная политика сосредоточена на инвентаризации объектов водоотведения, устранении зон подтопления и разделении дождевых и сточных вод.

В области очистки сточных вод акцент политики сместился с «мощностей обработки» на «эффективность сбора». Такие показатели, как концентрация биохимического потребления кислорода (БПК) на входе очистных сооружений, коэффициент сбора сточных вод и частота переливов, включены в систему оценки. Изменение показателей политического контроля делает данные о уровне и расходе важной основой для приемки и надзора.

III. Модернизация систем водоотведения: разделение, инвентаризация и оценка

Первым шагом в модернизации системы водоотведения является полная инвентаризация существующих активов. Во многих городских сетях отсутствуют данные, неясны диаметры труб и глубина залегания. В отрасли широко используются трубопроводные эндоскопы (QV), телеинспекция (CCTV), сонарная дефектоскопия и лазерное сканирование для создания архивов трубопроводных сетей.

Отрасль все больше внимания уделяет гидравлическому моделированию: прогноз осадков, формирование поверхностного стока и пропускная способность коллекторов объединяются в единый расчет для моделирования распределения рисков при дождях различной повторяемости.

IV. Технологии измерения: переход от точечного мониторинга к модельной диспетчеризации

Уровень и расход являются наиболее непосредственными «жизненными показателями» эксплуатации трубопроводных сетей водоотведения. Снижение стоимости оборудования и улучшение условий связи делают возможным масштабное развертывание на уровне города.

Типы датчиков и требования

• Радарные уровнемеры: менее подвержены влиянию водяного пара, пены и температуры; высокочастотные радары (26 ГГц или 80 ГГц) стабильны в узких колодцах.
• Ультразвуковые уровнемеры: дешевле, но требуют учета конденсации и образования росы.
• Расходомеры для неполного заполнения: сочетают уровень, скорость потока и площадь живого сечения, используя ультразвуковые допплеровские или радарные методы.

Качество данных является болевой точкой отрасли. Сложные условия в колодцах (жир, песок, биогаз) требуют от оборудования функций самодиагностики и идентификации аномальных значений. Только при качественном управлении данными точки мониторинга могут стать реальной основой для диспетчеризации, а не просто «генерировать сигналы тревоги, но не принимать решения».