На сегодняшний день в самых разных уголках мира заканчиваются запасы пресной воды. Огромные территории в 17 странах, представляющих четверть населения мира – в их числе ЮАР, Бразилия, Индия и Австралия, – сталкиваются с сильным дефицитом воды. Согласно отчету Всемирного экономического форума, рост населения, урбанизация и климатические изменения вывели водный кризис в число пяти основных глобальных проблем, и он стабильно остается в этой пятерке с 2012 года.
Становится всё очевиднее, что предприятия сферы водоснабжения должны переосмыслить способы планирования и обслуживания инфраструктуры. Многие из них внедряют в работу «Цифровое водоснабжение» – технологичный подход к интеллектуальному водоснабжению, охватывающий различные аспекты работы от решений из области больших данных до расширенного управления сетями водоснабжения.
Американская компания Black & Veatch – один из основных евангелистов технологий цифрового водоснабжения. Основанная в 1915 году, компания предоставляет консалтинговые услуги в строительной сфере и специализируется на развитии инфраструктуры для водоснабжения и других отраслей. Компания занимается всеми аспектами отрасли водоснабжения и водоотведения – помогает клиентам организовывать сбор, хранение и очистку пресной воды и сточных вод, планировать и организовывать водосборные бассейны, использовать энергию от очистки воды и повышать экологичность предприятий.
Black & Veatch собирает информацию с датчиков всех систем инфраструктуры в единую модель, а затем использует аналитику и искусственный интеллект для оптимизации деятельности предприятия, что сокращает расходы и воздействие на окружающую среду.
«"Цифровое водоснабжение" позволяет нам рассматривать инфраструктуру в целом, а не только отдельные ее элементы, – рассказывает Майкл Этеридж, главный инженер группы по водной инфраструктуре Black & Veatch. – По мере интеграции данных операторы предприятий начинают лучше понимать взаимосвязи между отдельными их наборами. Это помогает найти на первый взгляд незаметные корреляции и причинно-следственные связи между частями системы и оптимизировать нашу деятельность. Также можно использовать данные как часть интегрированной системы моделирования, которая может наглядно продемонстрировать последствия решений еще до их реализации».
Оптимизация эффективности
Сейчас Black & Veatch строит в прибрежном городе Морро-Бэй, Калифорния, новую станцию повторной водоподготовки, которая заменит устаревшие водоочистные сооружения. С появлением нового объекта слив сточных вод в океан прекратится, а город получит собственный надежный водный ресурс. На установке, которая сможет удовлетворять потребности города в пресной воде на 80%, будут применяться современные методы очистки. Благодаря им очищенная вода будет под строгим контролем использоваться для пополнения эксплуатационных запасов подземных вод.
На большинстве объектов отрасли очистка сточных вод начинается с их сбора из канализационных и ливневых стоков в водозаборные сооружения, где от воды отделяются камни и другие неорганические объекты. Далее взвешенные в воде твердые частицы осаждаются под собственным весом или с помощью химикатов, а затем откачиваются и обрабатываются отдельно. Оставшаяся вода поступает на станцию биологической очистки, на которой посредством аэрации удаляются азотно-фосфорные вещества. Для удаления других взвешенных частиц могут быть предусмотрены дополнительные процессы осаждения или фильтрации.
3D-модель нового сооружения в Морро-Бэй. Изображение предоставлено компанией Black & Veatch Источник
В зависимости от законодательных требований воду хлорируют или дезинфицируют ультрафиолетом, а затем сбрасывают в реку или используют в хозяйственных целях, например, для орошения газонов. В Морро-Бэй всё будет иначе: дополнительная фильтрация и очистка сделают воду пригодной для того, чтобы вернуть ее в цикл водоснабжения вместе с подземными водами или же передать на станцию водоподготовки, сделав ее питьевой!
На предприятиях отрасли уже давно используется автоматизация, которая оптимизирует процессы очистки и устраняет необходимость в ручном сборе данных. Датчики давления, расходомеры и другие устройства, используемые для измерения хлора, остаточного pH в воде и других параметров, передают данные на автоматизированные системы управления, которые включают и выключают насосы, при необходимости промывают фильтры противопотоком и регулируют скорость подачи химикатов. Концепция «Цифрового водоснабжения» расширяет сферу применения этих данных, объединяя их с оперативной информацией и алгоритмами оптимизации и используя весь получившийся комплекс для сокращения расходов и повышения качества воды.
Благодаря облачной технологии машинного обучения ASSET360, разработанной дочерней компанией Black & Veatch Atonix Digital, «операторы смогут быстрее обнаруживать аномалии в работе», — говорит Майкл. «Также это позволит им найти неочевидные корреляции, которые смогут оптимизировать деятельность предприятия. Например, операторы и без того знают, что температура влияет на очистку сточных вод; однако искусственный интеллект может подсказать им, что увеличение количества определенного реагента при температуре воды ниже 50 градусов может увеличить время работы фильтра без повторной очистки, сократив расходы на оплату труда и сопутствующие затраты», — добавляет он.
Схема нового водозаборного сооружения. Изображение предоставлено компанией Black & Veatch Источник
Улучшение интеграции данных и обмена ими
Black & Veatch помогает заказчику повысить эффективность эксплуатации и технического обслуживания проекта, а также сократить расходы уже на этапе проектирования. В большинстве строительных проектов проектировщики, подрядчики и заказчики не обмениваются данными друг с другом. В этом проекте всё по-другому: Black & Veatch тесно сотрудничает со всеми ключевыми партнерами, «делая информацию доступной для совместного использования и повторного применения на каждом этапе цепочки создания ценности — от планирования до проектирования, оценки, закупки, строительства и обеспечения безопасности и качества». Для проектирования Black & Veatch использует Autodesk Revit, Dynamo и Forge, что упрощает обмен данными между моделью BIM и другими приложениями.
Майкл говорит, что использование Autodesk Construction Cloud и Forge повышает степень интеграции данных и делает их максимально полезными не только для проектной группы, но и для внешних заинтересованных лиц! «Допустим, мы закладываем в проект насос, — говорит он. — Раньше мы просто передавали подрядчику данные, необходимые для его покупки. Затем подрядчик самостоятельно запрашивал у поставщика информацию о том, как установить и запустить насос. После этого уже владелец предприятия запрашивал у поставщика данные по профилактическому или прогнозному техническому обслуживанию и вручную загружал эти данные в цифровую систему, чтобы вовремя выполнять ТО и создавать наряды на работы. Теперь же поставщик передает нам все нужные данные еще на этапе проектирования, а мы передаем их подрядчику и владельцу! Результатом проекта становится модель BIM, которая содержит и физическое представление объекта, и всю информацию, нужную для техобслуживания. Необходимость в ручном вводе данных отпадает».
Безопасность. Экологичность. Экономия
По мере того как на водоочистных сооружениях применяют всё больше цифровых технологий, растет важность кибербезопасности. Если системы не будут должным образом защищены, хакеры потенциально могут нанести ущерб, взяв под контроль объекты и изменив параметры, влияющие на качество и безопасность воды. Майкл считает, что предприятия должны обязательно закладывать средства кибербезопасности в спецификации при строительстве и модернизации объектов, выделять данные, напрямую влияющие на технологический процесс, в отдельную сеть, передавать персоналу знания об угрозах и передовых методах защиты от хакерских атак, а также проводить регулярные проверки безопасности.
Однако потенциальные угрозы безопасности вряд ли остановят внедрение цифровых технологий. Black & Veatch прогнозирует расширение использования технологий «Цифровое водоснабжение» по всей технологической цепочке. Предприятия могут сократить свое воздействие на окружающую среду, превращая отходы в энергию, — например, твердые частицы, осаженные из сточных вод, можно разложить с образованием метана. Электроэнергию, полученную с помощью газовых генераторов, предприятия могут продавать энергосетевым компаниям или использовать для собственных нужд. «Используя данные, вы оптимизируете производство энергии и поможете операторам установок понимать, как лучше всего эту энергию использовать», — говорит Майкл.
IoT-данные могут принести пользу и городским властям — используя их совместно с данными о населении, они смогут решить, какие капитальные проекты принесут максимальную отдачу, а также смогут наладить общение с потребителями в режиме реального времени по вопросам наличия и качества воды. «Улучшать интеграцию данных — значит повышать прозрачность, оптимизировать эксплуатацию и «питать» эти процессы данными, — объясняет Майкл. — Если запустить эти изменения, результаты, будь то экономия или повышение эффективности, не заставят себя ждать».
Если вас интересуют возможности программных продуктов Autodesk, которые применяются для объединения межотраслевых проектных групп при реализации проектов водной инфраструктуры, свяжитесь с нашими специалистами для демонстрации функционала и рабочих процессов.
