水行业的数字化未来

水数行字业化的未来 Version2.0 序言 随着新一轮科技与产业革命的兴起，全球正加速迈进信息化、数字化以及智能化的新时代。与此同时，物联网、GIS、5G通讯、大数据、云计算以及人工智能等新一代IT技术的落地应用，也为各行业迅猛发展注入了源源不断的强劲动能。 在这样的时代背景下，水资源的合理利用与保护—这一与社会可持续发展紧密相连的议题，成为了众人共同瞩目的焦点。城市化进程稳步前行、水环境治理不断深化，为水行业带来了前所未有的发展机遇，政府对水资源的保护与利用给予了极高的重视，出台了一连串政策以推动水行业的可持续发展。 尽管如此，除了必须直面气候变化和用水效率的双重挑战，水行业依然存在水资源过度开发、污染，供水排水系统老化等历史遗留问题。同时，公众对环境质量提出了更高的要求，水行业企业的运营和管理正面临着更为严格的标准和更高的准入门槛。 近些年来，数字化转型为水行业带来的变化和效益有目共睹—不但提高了管理效率、降低了运营成本，而且在提升水质安全、优化资源配置和增强系统韧性等方面发挥着巨大的影响力。在新政策、新技术，以及企业发展和效益等多重因素的驱动之下，数字化转型毫无疑问已成为水行业实现高质量发展的“必选题”。 要从传统的水务工程升级到现代化的水务管理，实现从粗放型资源管理到精细化运营的战略性跃迁，企业不仅要解决“数据孤岛”的难题，构建数据集成与共享能力，还需要提升水务设施的智能化水平，强化精准监控和高效管理，并加强网络安全防护，保障基础设施关键信息的安全。 作为全球领先的工业软件解决方案提供商，AVEVA剑维软件能够为水行业提供从工程设计与建造到生产运营优化，再到资产管理的一整套端到端的全生命周期数字化转型解决方案，为行业客户的精准决策、提高运营交付效率和可持续发展保驾护航。 为了与行业用户和合作伙伴共同探讨当前水利和水设施的设计、建造、移交、运维的数智化，剑维软件的资深专家团队倾力撰写全新的《水行业的数字化未来》白皮书，期望能为水行业相关企业打造创新应用的“泉眼”，期望广大读者可以从这本白皮书中收获参考与启发。 本白皮书将以中国水行业政策环境为背景，详尽展示剑维软件及合作伙伴的数字化技术在水行业智能化管理中的应用和成功实践案例，支持水行业客户更加从容地应对挑战、满足合规要求、提升盈利能力和可持续的市场竞争力。 夯实数字化底座，赋水以“智”。如今，剑维软件凭借成熟的技术平台、丰富的行业技术积累、强大的生态合作伙伴网络，以及对客户需求的深刻理解，已经成为水行业企业寻求软件技术支持的可靠伙伴。剑维软件愿与各位一起携手共进，共同描绘绿色可持续的“未来水世界”。 AVEVA剑维软件 水行业概览 促进水资源可持续发展是全球共同的使命 水是生命之源!自然水资源的需求在全球人口增长和经济发展的背景下日益增加。自然水资源的供应侧由于人为污染、地下水过度开采以及气候变化等诸多因素，可利用的自然水资源量日渐萎缩。全球水资源总量约为13.86亿立方千米，其中咸水占比为97.47%，淡水占比为2.53%。地下水资源及咸水的大规模开发利用在目前的技术条件下尚未完全成熟，而容易获取的淡水仅占淡水总量的1%左右，约占全球水资源总量的0.026%左右。 据统计全球十分之三的人口无法获得安全管理的饮用水。超过17亿人所生活的河流流域用水量超过回补量，而人类活动产生的废水超80%未经处理就排放到河流或海洋。预计到2030年，全球淡水资源将减少40％，同时世界人口迅速增长，爆发全球水资源危机的可能性极大Ⓒ。 全球环保非营利机构CDP的调查研究显示水资源匮乏、水质恶化、供水压力以及极端气候天气情况都成为商业运营中的重要的风险评估要素，而对于这些风险的置之不理可 Ⓒ 家之一，属于缺水严重的国家。水资源短缺且分布不均，用水方式粗放低效对国家生态文明建设和高质量可持续发展形成了瓶颈。因此“十四五”规划中要求到2025年，要水资源利用效率和效益大幅提高，节水型社会建设取得显著成效。到2035年，人水关系和谐，节水意识深入人心，节水成为全社会自觉行动Ⓒ。 为了建设更美好的社会，实现人民幸福生活目标，促进水资源的可持续安全保障利用，国家先后出台了《“十四五”水安全保障规划》、《“十四五”重点流域水环境综合治理规划》、《“十四五”节水型社会建设规划》等一系列指导性文件。从这些纲领性文件中可以看出，进入新发展阶段更加关注与水环境的保护、更加注重“人水和谐”。 在2020年国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上做出“2030碳达峰，2060碳中和”的承诺后，改善生态环境，加快绿色转型，实现高质量可持续发展成为了十四五期间的重要工作。在2021年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》表明一方面将继续实施国家节水 能带来5倍于积极应对所需要的财务成本。 行动，建立水资源刚性约束制度，强化农业节水增效、工 面对日益严峻的挑战，联合国将清洁饮水和卫生设施列为 《2030可持续发展议程》列举的17个可持续发展目标之一，并于2018年3月22日启动了“水资源促进可持续发展”国际行动十年，号召采取转变水管理方式的行动，促进公平可持续的水资源管理、利用、节约和保护，推动经济的转型。世界银行也指出在当前新冠疫情在全球蔓延的形势下，提升供水系统的韧性，完善水基础设施，健全消毒和卫生设施，对保护人类健康和促进经济恢复有着不可替代作用Ⓒ。 提升水资源利用效率是中国十四五期间重要目标 据国家水利部最新公布的2023年《中国水资源公报》数据显示，全国水资源总量为25782.5亿m3，比多年平均值偏少6.6%。其中，地表水资源量为24633.5亿m3，地下水资源量为7807.1亿m3，地下水与地表水资源不重复量为1149.0亿m3④。据有关统计，我国的淡水资源总量占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度尼西亚，居世界第六位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，是全球人均水资源贫乏的国 业节水减排和城镇节水降损，鼓励再生水利用，目标单位GDP用水量下降16%左右；另一方面加大投入环境基础设施，目标新增和改造污水收集管网8万公里，新增污水处理能力2000万立方米/日，地级及以上缺水城市污水资源化利用率超过25%。 水行业承担着水资源可持续发展的重任 水行业是指由原水、供水、排水、污水处理以及水资源回收利用以及服务于水的各类配套设施等构成的产业链如下图所示Ⓓ，而以上各个环节的水行业设施的生命周期可分为基础设计，工程设计，采购，建设，移交，运维等环节。水行业的业务可覆 盖传统的收集、生产、储运、销售等板块，也可拓展至环保行业水源监测与管理，水务设备制造、水处理化学品制造、市政供热，工程建设等方面。特许经营是水行业的主要服务模式之一，水务企业通过BOT（建设-运营-移交），TOT （移交-运营-移交），ROT（改建-运营-移交）或DBOT（设计-建设-运营-移交）等模式参与水项目。 Ⓒ联合国可持续发展目标6–清洁饮水和卫生设施，https://www.un.org/sustainabledevelopment/zh/water-and-sanitation/ ⒸCDP,WaterAnalysisReport2020,https://www.cdp.net/en/research/global-reports/global-water-report-2020 ⒸWorldBank,WaterOverview,https://www.worldbank.org/en/topic/water/overview ④中华人民共和国水利部，202《3中国水资源公报》，https://www.gov.cn/lianbo/bumen/202406/content_6957291.htm Ⓒ“十四五”节水型社会建设规划https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-11/09/5649875/files/146d1a6fcb7c42f3a4aad9dca6104719.pdf Ⓓ千际投行，水务行业发展报告，2021，https://huanbao.bjx.com.cn/news/20210322/1143266.shtml 水行业价值链示意图 Ⓒ ⑨ Ⓑ⑩ ⒸIDRICA ⒷWorldEconomicForum ⑨MuellerWaterProducts,Inc. ⑩MuellerWaterProducts,IncWINT 随着国家逐步落实“绿水青山也是金山银山”的环境治理理念和全面节水行动的推广和深入，越来越多的流域治理项目整体打包单体水厂、河道治理、固废处理、管网建设等业务。诸多行业的头部企业，地方水企，外资水企开始逐步向农村市场和产业链其他环节例如综合环境服务方向延伸。同时，由于积累的水行业经验和技术能力，水企经营模式也逐渐向EPC（设计-采购-建设），EPC-O（设计-采购-建设-运维），DBO（设计-建造-运营）以及O&M（委托运营）等轻资产模式转变和拓展8。 十四五期间，水行业相关企业承担着水资源可持续发展的重任。“工欲善其事，必先利其器。”随着云计算、大数据、物联网等数字化工具和工业软件的成熟和普及，水企也面临着挑战： 如何高效地设计和建造水利和水行业设施满足不同的环保场景和用水需求，提升项目执行和交付的效率，改善投资回报 如何改造基础设施，补充和整合基础数据，有效地监测和运营分布式和大型水利、水务以及其他环保设施，满足一体化管理日趋多元化综合业务的需求 如何降低能耗、漏损和成本，赋能员工提升运维效率，达到节水增效、减废止损的目标 如何保障用水安全，提高设施可靠性和可用性，提升供应链韧性，从容应对突发状况和极端天气导致的水源缺乏、水质恶化紧急情况 本白皮书将就水行业中水利和水务设施的设计、建造、移交、运维等环节进一步讨论水行业的痛点以及如何利用数字化的技术帮助水行业相关企业完成时代赋予的挑战，提升盈利能力和市场竞争力。 水行业解决方案 从水行业产业链，大致可以分为原水，制水，和污水三大领域，而落到实体中，则包含各种水厂，诸如海水淡化厂，自来水厂，和污水处理厂等，以及服务于水的各类配套设施包括给排水泵站，水利水电设施，水网管理等等。在这些环节中，资产信息管理，运营监视与控制，资产预测性分析的应用需求普遍存在，比如各类水厂及水电站，对于数字孪生，智慧运营等数字化升级建设热火朝天；而在海水淡化厂，自来水及污水处理厂等厂区以及水利水电工程建设初期的数字化设计，可以为智慧水长远的发展，打造坚实的基础；而在污水处理厂，对于先进过程控制的需求也逐渐涌现，通过此，以帮助水处理厂提高运营效率，减少化学品消耗，降低功耗及资产的损耗。 依托于剑维软件广泛而专业的产品线组合，结合水行业特性及我们的认知，接下来，我们将建立我们的整体创新解决方案，逐一详细说明流程和方法，使我们能够为您提供所需的数据，并提供信息，支持您应用需求，以实现水行业全方位的效率。 集中监控平台 集中监控平台的核心需求包括监控和控制生产过程、采集生产数据、报警功能、历史数据存储、远程访问、以及对业务系统提供接口。这些需求旨在提高生产效率、降低成本以及确保生产安全。 1.监控和控制生产过程 通过中控室操作员客户端实时监测和控制设备的运行状态，如设备的运行等。 2.采集生产数据 实时采集生产设备的实时数据，如压力、温度、流量等。 3.报警功能 根据设定的阈值将异常数据发出报警，提醒和通知操作人员，避免生产异常和事故发生。 4.历史数据存储 对重要的数据进行历史数据归档，方便事件追溯和事后分析。 5.远程访问 随着现代技术的发展，运营人员需要实时了解生产运行状况，以提高效率并减少人为错误。 6.对业务系统提供接口 平台需要能够与其他业务系统进行集成，实现数据互通和信息交换。 业务挑战 1.实时数据采集与分析