主持人：各位网友大家好，今天我们很荣幸地邀请到清华规划院两位专家，欢迎各位针对排水管网数字化和污水厂智能控制两个话题积极提问。今年夏天很多城市都迎来了强暴雨，在微博中，很多人戏称去北京看海。就这个问题，请教二位专家，一遇大雨就看海景的现象是偶然现象还是必然，是否能有解决的方案。

赵冬泉：近年来，我国许多城市频繁发生短时强降雨的情况，这对我们城市建设和排水系统提出了严峻的考验，很不幸的是我们很多城市没有交出很满意的答卷。从管网养护管理的技术现状来看，出现海景的现象是一种必然的情况。因为在整个城市规划建设当中，城市管理者和建设者始终重地上而轻地下，导致城市规划、建设和改造中，管网没有得到及时有效的改善，排水能力相应降低，这样一旦发生强降雨的情况，我们城市必然会局部甚至全部发生这种情况。这个问题的解决是一个很大的课题，要从整个城市规划、建设、管理和运营的角度去思考。从我们这方面的经验来讲，在规划方面，应该将我们城市地上的规划和地下的规划进行联动，要考虑各个系统相互之间的影响。第二要充分考虑我们在城市建设中，对于雨水排出量的影响，减少地面管道的冲击。再次就是我们要更关注对于系统建成之后的管理维护的问题。目前，很多管网在建成之后，缺乏及时的养护巡查和清淤，导致管网没有在最佳的条件下运行，会加剧海景情况的发生。运用信息化手和数字化手段进行管理，是提高运行管理的水平和效率的重要途径。

主持人：据报道目前北京的排水管网中有100多公里还是明清时代的管网，还有很多管网是50年到80年的管网，请问数字化管理可以用在老管网上吗？

佟庆远: 目前我国许多城市经历的内涝反映了我们国家在若干年建设后排水系统暴露的弊端。在城市建设过程中，城市管理者和建设者更多地注重城市的形象，而隐藏在城市地下的管网系统却没有得到足够的重视，在暴雨对城市的洗礼后，排水系统的问题凸显，城市地下问题是一定要补救的，这笔帐也一定会清算，无论管网是什么时侯建造的。
要解决管网的问题，关键是在规划、建设过程中，提高管网的排水效率，这需要一系列的手段，包括加大排水管网建设和修复的资金投入、创新排水管网的运营模式、整合排水管网的分散管理现状等等。数字化管网系统是加强管理的一种辅助手段，也是提升管网运营水平的重要措施。排水管网的数字化能够对已建管网的运行效率进行评估，在极端事件中，提高管网的应急水平，并科学指导规划和管网的建设。

中国水网网友：那究竟什么是数字化排水管网呢。

赵冬泉：从数字化方面来说，我们通常分为四个层次，第一个实现资产管理，即我们要将复杂庞大的数据进行很好的梳理和管理，这块可以借助GIS的技术管理这样复杂的空间数据。 第二个层面是在线监测系统。就是因为我们管网在设计的时候是在理想的情况下设计，与实际是千差万别。只有我们对运营状况进行监测，才清楚它的负荷情况，特别是对我们的应急数据处置，我们有数据的积累，而这个是比较缺乏。 第三个是业务管理系统如何用信息化的方式进行支撑，就是类似传统的VIP的系统，我们全面的将运行养护过程进行精细化的管理，这个对我们养护过程进行优化调整和完善。 第四个是综合分析的阶段，这个借助建模的技术，建立数字化的模型，对整体的运行规律进行分析，这样我们就可以预知一些问题，提前做判断。包括我们更新改造有一定的依据。目前我们在规划设计中，没有站在系统的角度优化管网的结构，这个是数字化管理需要解决的问题，这四个阶段也是一个递进的过程，并不是一步做到的，我们需要加倍的努力才能达到发达国家的水平。

主持人：从数字化管理的基本观念来讲，怎么实现您提到的精细化的管理呢？

赵冬泉: 精细化管理，首先是对整个排水管网要建立统一的模式，其次，是在维修的过程中，我们携带PDA这样的采集数据，把现场的信息进行采集，这些采集的信息都会非常及时的通过网络，传输到监控中心。由于管网运营还是需要比较庞大的队伍，我们通过集中的监控，就知道运行养护人员的分布、管网的状态，我们基于这样精细化的现场的真实的数据做一些分析的时候不是拍脑袋的过程。当然PDA采集的信息是定型化的信息，为了更好的实现这个管理，我们在排水口，安装在线的设备，通过这些数据的分析，我们对管网运行规律有一个理解，打个比方，就类似于我们看到的交通流量图，我们在管网上也有这样的图的话，可以有更加务实而不是盲目的决策。

主持人: 我们内涝的情况是不是有所缓解？

赵冬泉: 大家非常着急问效果是什么？在对现状不清楚的情况下，说它的效应是自欺欺人的想法。我们只有对整个管网进行清晰的分析，把结构的信息、运行信息、和整个系统进行评估之后，确定我们通过管理手段解决什么问题，通过改造解决什么样的问题，我们修建什么样的设施来解决问题。我们在管网规划和评估中需要用系统的方式分析，而不是很片面的方式或用局部去分析复杂的系统。

中国水网网友：计算机模拟是管网的发展方向，那么实际情况与计算机模拟吻合度如何？

赵冬泉说: 这方面我们做过很多的研究。很多网友在没有接触之前持怀疑的态度。目前国际上使用的排水管网模型是通过30到50年的积累开发出来的。开发过程也是对水力学长期的研究和积累的过程。所以说，理论和实际发生的现象还是比较吻合的。首先我们要保证建模数据准确，如果有偏差建出来的模型都是有问题的，我们要保证结构和现状是一致的，分析才有价值的。 我们要用先进的，比如说模型的方法去做，这个在国际上也有一些方法等，结合这些方法的话，我们可以将模型和现实比较符合。其次，我们为什么建模，我们对管网进行全面的监测付出非常大，如果在一些节点上装流量计，付出上万亿的投资，这么大的数字是不可能的，模型可以，可以做30个节点的监测，我们可以通过有限节点的分析，去类推分析更多节点的运行状况，这个是我们建模的初衷。我们在验证的时候，将模拟值和关键节点的关键值，通过优化使其尽量的符合。我们建模的目的，更多的不是为了分析局部的问题，而是为了分析整个管网的运行规律。所以从这个角度来说，建模是必要的，我们不可能对每个点进行监测。我们保证关键节点监测值和模拟值是匹配，这两个模型是相似，最后我们通过模拟的整体的结构，比如说我们发现缺陷区域和现实做比较，比较一致的情况，我们模型是正确的，如果有偏差，这个不是坏事。例如，我们在做分析的时候，用理论计算的管网是不瘀堵，而实际上是瘀堵的。实际发生瘀积之后，一定会加剧这个情况的出现。模型和现实吻合的话我们可以解决一些问题，不吻合也可以解决问题，这就看你怎么用系统分析复杂模拟的结果。

中国水网网友：一个城市开发GIS的技术，是否要有一定的基础才能做这项工作呢？

赵冬泉说: 我们始终认为排水管网的数字化管理是很高端很遥远的事情，但其实是触手可及的。无论我们的基础是什么样的，只要我们朝着信息化的方向努力，总是可以达到。比如说我们现在的基础很好，我们有信息系统，在这个过程中更多的是加工和处理，我们在整个管网数据管理过程中，实际要注重动态分析，我们建很多的信息系统的时候，建的时候是当年的数据，建了不维护，这些数据就废了，如果我们建立常态的分析机制，实际我们不会花很多的钱每年去做这个事情，我们可以保证我们管网数据库的数据和现实的数据是比较匹配，如果我们不这样做，三五年花很多的钱重新做。从技术角度来说，实际上不需要很强的技术，只是时间快慢的问题，我们可以花很低的成本去做这个事情。

中国水网网友：现在大家从潮流上比较倾向雨污分流，请您谈谈分流和合流的优缺点。

佟庆远: 这个潮流是正确的。实际上雨污分流在国际上、学术界一直是非常有争议的问题。首先直观的说，我们把雨水和污水分开对污染治理是有好处的。但因为有两套管网，投资也是非常巨大的。现在对于雨污分流的问题，大家提出的更多的观点是要针对每各城市不同的产业布局，它的人口规模，它的分布和城市的形态以及它的气象条件，去做一个系统的评估，而不是坐在屋子里拍脑袋判断哪个好。分流和合流真正要实现的时候也要靠复杂连通的网络系统实现的。我们只有预先评估，我们到底是建合流制的系统对我们污染削减好，还是建分流制对我们有好处，这里面有一个经济效益评估的问题。如果说是，我们盲目的用一个一刀切的方式去做这个事情可能达到的效果不是很好，我们还是建议，咱们在做城市片区分流之前应该做一个科学系统的评估，这样的话，我们再去一些实际工程的划分，对我们整体的减排和治污有好处。

主持人: 数字化管网的技术在某些城市和某些地区有一些应用，您能具体介绍一个案例吗。

赵冬泉说: 首先我们做数字化管理的技术，实际上从2004年就开始做了。虽然那个时候咱们城市内涝现象没有现在这么严重。我们通过专业调研发现，在整个排水管网规划、设计和管理过程中，存在技术水平要比国外落后很多的现状，所以我们选择这个点去做长期的研究开发，那就是说从一个新技术的应用来说，肯定要有一个过程。

我觉得我们目前首先应用的比较好的方式，就是帮助城市做一个区域或者是整体管网现状的运行诊断。 我们首先把城市数据进行整理，由于基础数据不足，我们不会建精细化的模型。我们在重点的节点安装临时的监测设备，采集几个月的监测的数据，通过流量的监测数据和管网主干网的数据建立模型，建立模型之后，我们会将模拟的结构和当地的排水管理处和排水公司进行直接的交流和对接，这样就可以帮他们去分析，例如，他们在管理过程中，有一些区域总是带压，或者总是溢流他们找不到原因，我们通过建模可以帮助他们回答这个问题。我想这不是一个局部问题，通过系统的分析方法可以解决。 其次，目前很多城市存在污水厂的扩建和改造的问题，到底污水从30万吨增加到60万吨还是多少万吨？这里面有一个综合评估的问题，我们一旦建立这样的评估模型就可以分析这个问题。比如说明管网负荷过高，我可以分析下游修建多大规模的时候我可以减轻多少公里管网带压运行的情况，这样可以做反复的计算，为我们城市污水厂改扩造提供了数据做支撑。

我们目前在江苏一些城市有很多数字化的业务管理系统的成功案例，这套系统由比较复杂的桌面软件构成。我们要做管网数据的动态中心，这个我们会培训当地技术水平较高的人做这个。他可以通过这个软件放到综合数据库里面。 第二个是网络版，基于网页业务管理系统。这个系统是所有的领导和业务管理人员，都可以登录到这个系统上，去看到他关心的数据。当然我们所有看到的数据都是非常直观的，管网地图做索引，我们将数据进行分析，包括运营养护的统计数据，监测数据，我们都可以进行浏览，也可以进行业务管理。比如说我们制定养护的计划，进行工单的派发，派发到PDA的手机上。这样的话我们让每一个人员携带PDA设备，这里面有GPS的定位功能，可以辅助他到现场随时去调出他周边这样管网的数据，可以将他相应的巡查养护的信息，直接和我们空间管网的结点建立一个关联，这个关联实际上可以产生大量的巡查养护的数据，中心在每个月，每个季度都可以情况进行统计，建立动态的过程。说无锡已经实施两年了，这个系统运行的非常好。 我们还可以建立比较完善数字化排水管网管理平台，包含整个大屏幕的系统，服务器网络的系统和比较完备的一套软件体系，然后这样就可以支持我们做资产管理，监测分析和业务管理以及综合评估，这样的系统目前正在处在初期的情况。因为过去我们对历史数据的积累是不够的。我们建立这个平台，把数据进行分析，再对数据进行加工处理，我们可以真正的实现这样的排水管网集中数字化的运营监管提高管理水平。 关于管网管理相关的技术，我们在中国建工出版社出版的《城市排水管网数字化管理理论与应用》有详细介绍，这本书结合我们的经验，写了很多建设应该注意的问题和分析模式，大家也可以参考。

主持人：众所周知“十二五”我们国家的污水厂将进入提标改造的年代，请问针对污水厂提标改造从哪几方面进行呢？

赵冬泉说: 实际上污水厂提标改造的话，一个是增加新的处理设施去提高处理能力。第二方面在工艺优化和改造上，我们要改变工艺的条件。第三个层面实际上是我们目前比较忽略的就是在控制管理上，我们建的设施，我们提的条件，我们在现实中，能不能达到，实际上依赖我们污水厂的处理能力。我们去过很多的污水厂，感觉国内很多污水厂，对于智能控制，这个是非常不重视，我想主要有几个原因。 第一个原因，我们很多污水厂，我们在初建的时候，我们的仪表都是按照能实现自动化控制去做的设置，但是可能由于我们在方案中没有做很好的优化，导致我们的仪表安装的位置，有一定的偏差，这个会影响我们后期的控制的效果，第二，目前很多污水厂在实施的时候，自控系统做的是只监不控的做法，这样在管理过程中，觉得这套系统没有做，这个系统对我们管理没有价值，大家对智能控制不抱希望。实际上这种情况由于我们在初步设计和建设自动化系统的时候，没有把它作为智能控制系统建设，仅把它建成监视系统。这个实际上也是一个比较坏的条件。 第三，个人在现场调比较好，这个在设备品质方面有一个问题。 我们看国外的实际经验来说，很多污水厂管理的团队是非常精练的，在这种模式上，智能控制是非常有必要的。我们想，站在国内的实际情况下，现在实行智能控制，至少有这么几个好处。第一个好处我们可以实现节能。通过我们的初步分析，在大部分污水处理厂，如果我们进行初步的智能改造的话，可以实现8%到10%。如果我们做到全面的智能控制，可以实现20%的节能，这个国际也有相关的研究。第二个好处，我们通过智能控制，应付污水厂的冲击。我们通过一系列的仪表，结合我们的方案，可以及时调整相关的设备状态，就可以应对这样的冲击。第三个是一定程度上可以改善设备的运营。因为我们在一些厂看到，在（溶氧）控制上，对阀门损耗比较大，在智能控制上，一分做一次，可以达到好的效果，这样我们可以降低设备的损耗。 另外一个就是非常重要的，我们通过智能控制可以保证我们工艺参数比较稳定。这样的话，可以让我们生化条件更加的稳定。这样就可以让我们整个的污水厂的控制更好的协调。这是一些智能控制的好处。 至于它的必备条件来说我们看到很多的污水处理厂，按照咱们相应的规范做设计的时候，它的仪表和设备投入的量是够的，但是目前的问题是在方案的优化和布局和设备的选型上存在偏差，对这些问题在设计阶段进行调整，在运营阶段就不需要增加投资就可以达到目标。

主持人说: 污水厂节能降耗除了智能化控制还有其他的一些方案吗？

赵冬泉说: 节能降耗实际上一个方面，我们要对工艺条件进行优化调整和相应的控制，尽量降低污水厂单厂的运行能耗，第二个方面，实际上我们要通过信息化的方式对于污水厂的运营情况，进行监管，对于这块而言的话，实际上我们可以通过在污水厂进行生产数据的在线采集，在各个主管的单位和集团建立污水厂的处理中心，我们将各个不同的污水厂的中心在中心进行汇总。 好处是，我们在下一个进行监管，如果不出问题也是节能降耗。 第二个方面我们将这些数据收集之后它是真实的在线的生产数据，我们集团或者管理部门，可以安排相应的专家或者是技术骨干对于这些运营数据进行汇总分析，这样我们就可以有限的高水平的技术团队去为多个污水厂提供指导，也可以提高污水厂的运行水平。 第三个层面我们可以基于污以水厂的数据，进行它的绩效评估，我们可以对比污水厂运行的情况。从不同的污水厂可以去看，它在整个多个污水厂里面各项的运行指标在一个什么水平，就可以促进改善相应的管理环节和运行环节，同样提高整个污水厂的运行水平。

主持人:看过一些报告，也采访过一些专家，很多专家都指出，目前污水厂的能耗主要是鼓风机溶解氧，泵这块，好多污水厂，他们保持比较高的水平，所以能耗比较大。前段时间提到有些曝气这些概念，您有什么建议吗？ [2011-08-26 11:41:38]

赵冬泉说: 能耗的问题，确实是这样的，通常一个污水厂，泵占到10%到20%的能耗，曝气占到50%到70%能耗，这是降低能耗非常重要的两个单元，对于进水泵房的控制不仅仅对我们节能降耗有好处，对我们稳定后期的处理工艺也是有很大的好处的。所以如果要在泵站这块，我们看到有两种模式运行，一种是简单的控制，就是液位到达这个位置就开，低于这个就关了，这个导致泵的频繁的操作，我们在安徽的污水厂进行统计，浮球在小泵上进行运行。一天进行100次。一个是影响泵的寿命，第二个是导致进水的波动。因为它在不停的起伏。对于后期的生化单元的稳定处理带来一定的影响。这种方式的话，实际上对冲击负荷的应对往往措手不及。基于这些问题，要实现泵站的控制不是简单的和泵站建立联动的关系。我们控制目标是两个，一个是尽量让泵在一个比较安全的情况下工作，第二个我尽量保持泵的运行状态，一方面节约能耗，第二方面平稳后期的进水，这样的话我们可以在泵房这块达到更好的效果。对于曝气这块，站在我个人的观点我是非常反对提精确这个词的。它是有缓冲，并不是精确就是好的。我们更愿意提稳定这样的概念。我们控制曝气的过程，最根本的目的就是不浪费鼓风量，这样就可以节能。最后曝气池溶解氧在比较窄的区间内是比较稳定的。因为（溶氧）是滞后信号，这个就会导致PID频繁的波动，这个波动是很难避免的。我们通常的做法就是快速传递信号。可以采用分段曝气池需要的氧量，再通过阀门控制。 这个系统是一个关联联动的系统，这个系统如果靠人控制就会有问题。这个阀门开大，那边气就少了，风机调了，这边就多了。这个是复杂的联动的系统，这个用计算机控制，它的效果比人控制好一些。

主持人说: 智能化控制，不是单纯计算机控制，最好是自动加手动共同来控制的。

赵冬泉说: 对，是这样的。在溶解氧控制中，更重要的是将溶解氧稳定在（设定池）上面，这个在工艺优化参数，或者依据经验做一个微调，这个微调会改变我们的工艺环境和效果。

主持人: 一个污水厂如果上这么一套智能化控制的系统，大概投资是怎么样的呢？

赵冬泉: 这个我们以前也做工程分析，实际上进行基本的框算，污水厂进行一个改造，通常来说投资的回报率加上硬件设备和相应的改造费用，如果折算成我的节能比例和相应的节省电耗的钱的话，投资回报率在三到五年。我们对污水厂投入相应的设备进行改造，我在同等情况下，降低的供水能耗，和之前相比节约三到五年就收回了。

主持人: 这种智能化控制对仪器仪表控制的要求是不是很高呢？不是普通的流量计和普通的仪器达到这个标准呢？

赵冬泉: 一方面确实我们目前在国内的仪表稳定性和可靠性，确实不太够，但是如果我们选择合适的进口仪表，实际上价格并不是非常的高。另外一块，我们需要在整个的运行过程中，对于仪表进行维护和养护，我们在这方面往往缺乏。这样就导致仪表它的工作状态是不正常的，反而我们对监测数据不认可，不信任，就让这套自控系统无法使用。

主持人说: 您有一个具体的案例，比方说在哪个污水厂有所应用，达到了什么样的效果呢？可以给我们介绍一个吗？

赵冬泉说: 我们在安徽的一个12万吨/天的污水厂做了改造。主要是实现了进水泵站和曝气池的控制，进水泵站是采用浮球控制的方式，起伏非常频繁。我们采取动态液滤控制的方法，泵站的能耗在15%到20%左右。同时我们改变了方法之后只需要变频的调序，这个对于我们节能和后期的稳定控制非常的重要。对于曝气这块，原有的工艺设计，实际上完全满足溶解氧的要求的，但是我们发现它采取的阀门并不是开度可调的阀门，而是一个开关的阀门。它设计的结构符合智能控制的结构，仪表上有问题。我们对这个阀门的控制模块进行更换之后，再结合智能控制算法，以及它中心的鼓风机，我们说到它的鼓风机是HV的，是完全具备这个条件的，但是长期在手动条件下进行控制，这个对他们来说控制是最简单的，实际上造成能耗是非常偏高的。基于这样的情况，由于它长期在固定的情况运行，导致风机实际上控制程序已经失效了，我们请厂家的人来做设计调试，使它的配合没有问题的。 我们将风机调到最小6000立方米的时候，发现某些在低负荷的时候，溶解氧仍然是偏高的，但是我们不可能把这个风机关掉，这个就是设备不合适导致的。在这种控制条件下，原来风机在8000立方米的力量，我们控制之后看到风量的曲线，每天大致在5000，6000左右，在8000，9000甚至一万左右的波动，也就是说原来控制8000左右，实际有些时候是不满足的。我们这种控制之后是动态的变化过程，即使有一些时候我们会超越它原来的设定值，在这种情况下，曝气池也节能10%左右的效果。这两块，我们算下来基本上节能在12%左右。而这个如果风机还能做一个调控，我们理论计算可能节能在15%左右。这个效益一个好处就是说，我们可以减少人工的工作，因为都是整个的自控系统来做智能控制，人主要包括仪器仪表的正常工作就可以，它不需要太过于干涉仪表的运行状态。第二个好处就是我们整个污水厂的运行的情况更家平稳和稳定了。这种稳定带来的好处呢，就是说我们的工艺条件可以更好的达到我们的出水水质也可以达到保证。通过我们的监测在控制前和控制后，水质的差异不是很大。没有明显的改善，但是也没有变坏，这个是直接的情况。第三个就是综合全厂我们大概节能10%到12%，对这个污水厂我们可以省30到40万的电费，这个是直接的好处。另外的话我们将它的现场数据也传到了相应的它的主管单位，主管单位也可以对它进行远程的监管，可以提出进行运行和管理的效率。

主持人: 阀门需不需要换呢？

赵冬泉: 它用的奥马的阀门，我们只需要更换模块。

主持人: 好的，感谢各位网友和两位专家，今天的做客聊天活动到此结束，如果有什么问题还可以继续提问。我们后续会和两位专家保持联系，答复各位网友的问题。