“我們一再強(qiáng)調(diào)技術(shù)產(chǎn)品化，初心就是要把環(huán)保技術(shù)變成專利、變成產(chǎn)品。技術(shù)不能停留在紙面上，要形成產(chǎn)品化，要與新質(zhì)生產(chǎn)力、與數(shù)字化相結(jié)合。”

在近日舉行的“2024（第二十二屆）水業(yè)戰(zhàn)略論壇”上，上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司總工/全國工程勘察設(shè)計(jì)大師張辰以《雙碳背景下的技術(shù)產(chǎn)品化數(shù)字化》為題進(jìn)行分享，他指出行業(yè)在雙碳背景下，在科技創(chuàng)新的主導(dǎo)作用下，結(jié)合數(shù)字化時(shí)代的特征，面臨高效能與高質(zhì)量發(fā)展的需要。

張辰

01雙碳背景下，污水垃圾處理面臨非CO2溫室氣體減排壓力

當(dāng)下，“3060”雙碳目標(biāo)已廣為人知，關(guān)于“新質(zhì)生產(chǎn)力”的解讀也很多，科技創(chuàng)新在社會(huì)發(fā)展中起主導(dǎo)作用，高質(zhì)量發(fā)展是內(nèi)在要求。對(duì)于我們行業(yè)來說，高質(zhì)量發(fā)展還在于全生命周期選用高質(zhì)量設(shè)備，這種高質(zhì)量不僅體現(xiàn)在技術(shù)上，也體現(xiàn)在使用上，高質(zhì)量發(fā)展的理念應(yīng)貫穿于決策思維與實(shí)際操作中，體現(xiàn)在產(chǎn)品全生命周期管理上。數(shù)字化時(shí)代，行業(yè)還要考慮如何將技術(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品并融入AI等人工智能進(jìn)程中。

根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)，中國碳排放量占全球總量的比例在逐年上升，從2020年中國碳排放量129.4億噸，占全球總排放量的28%（WRI世界資源研究所統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）增加到2022年中國碳排放量144億噸，占全球總排放量的29%（PIK德國波茨坦氣候影響研究所數(shù)據(jù)）。盡管如此，中國仍致力于在碳達(dá)峰過程中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，秉持雙碳原則，以應(yīng)對(duì)氣候變化和環(huán)境問題。

WRI2020年數(shù)據(jù)顯示，我國廢水與固廢處理碳排放量占全社會(huì)總量1.6%，但廢水和固廢處理過程中CH4和N2O的排放比例較高，分別為15%和5.6%，遠(yuǎn)超過碳排放。根據(jù)IPCC報(bào)告，甲烷20年水平的全球增溫效應(yīng)是CO2的84倍，100年水平是28倍，因此控制甲烷排放至關(guān)重要。張辰認(rèn)為，世界資源研究所等機(jī)構(gòu)沒有充分考慮到甲烷排放的影響，但中國需要采取行動(dòng)來減少非二氧化碳溫室氣體的排放。

我國已構(gòu)建碳達(dá)峰碳中和“1+N”政策體系，包括《城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域碳達(dá)峰實(shí)施方案》等，國家發(fā)改委、住建部等部門也發(fā)布了一系列文件，推動(dòng)提升污水收集效能、加快補(bǔ)齊城鎮(zhèn)污水收集和處理設(shè)施短板等。

02控排倒逼技術(shù)創(chuàng)新，新技術(shù)催生出一系列技術(shù)產(chǎn)品

通過污泥厭氧消化實(shí)現(xiàn)能源和物質(zhì)回收，是實(shí)現(xiàn)污水處理廠碳循環(huán)和能源自給的關(guān)鍵途徑。厭氧消化產(chǎn)生甲烷氣體，除滿足自身能量需求之外，還可以用于污泥氣鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)和精制提純。但國內(nèi)污泥有機(jī)質(zhì)含量低，僅為國外的60%，導(dǎo)致厭氧消化底物不足，沼氣產(chǎn)量低。

2020年我國城市生活垃圾清運(yùn)量達(dá)到23512萬噸，廚余垃圾約占到一半，而我國廚余垃圾的處理處置，超過50%采用填埋，38%進(jìn)行焚燒。廚余垃圾的無序處理處置導(dǎo)致環(huán)境污染、資源浪費(fèi)和安全隱患，需要從源頭減量、源頭治理。另一方面，廚余垃圾中含豐富的有機(jī)質(zhì)，可以和活性污泥、微生物等物質(zhì)協(xié)同處理，實(shí)現(xiàn)三大協(xié)同處理優(yōu)勢(shì)：

一是發(fā)揮組分互惠作用。利用城鎮(zhèn)污水污泥富含微生物、廚余垃圾富含有機(jī)質(zhì)的主要組分特點(diǎn)，可極大提高污泥氣制備效果；

二是改善系統(tǒng)緩沖性。能緩解沖擊負(fù)荷對(duì)產(chǎn)甲烷菌的沖擊，提高厭氧消化系統(tǒng)穩(wěn)定性；

三是提高土壤可持續(xù)性。有機(jī)質(zhì)對(duì)土壤改良起到關(guān)鍵作用，緩解我國化肥和農(nóng)藥過量施用、盲目施用帶來的土壤損害。

城鎮(zhèn)污水污泥和濕垃圾厭氧處理技術(shù)如何協(xié)同才能實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的效果？這其中污水污泥的預(yù)處理尤為關(guān)鍵，需要確保除砂除渣等各個(gè)環(huán)節(jié)都做到極致。在污水、污泥的預(yù)處理環(huán)節(jié)包括一系列產(chǎn)品，如城鎮(zhèn)污水污泥除砂除渣環(huán)節(jié)，可以優(yōu)化格柵、沉砂池設(shè)計(jì)和運(yùn)行，從根本上減少砂渣含量。在厭氧消化之前設(shè)置污泥研磨機(jī)、污泥篩分機(jī)等，起到漿化或過濾作用。廚余垃圾也要經(jīng)過一系列的預(yù)處理環(huán)節(jié)，可以根據(jù)廚余垃圾類型和厭氧消化工藝選擇預(yù)處理工藝。

沼氣處理技術(shù)需要跨行業(yè)合作，首先是沼氣產(chǎn)生過程中的脫硫技術(shù)，張辰稱，干式脫硫技術(shù)之后，出現(xiàn)一系列技術(shù)創(chuàng)新。化糞池也面臨高排碳量問題，我國城鎮(zhèn)化糞池產(chǎn)生的 CH4總量已接近了集中式污水處理廠的總碳排放量，美國等國家的化糞池和旱廁碳排放量和城鎮(zhèn)污水處理廠接近。化糞池碳減排面臨緊迫性，這種壓力可能倒逼中國研發(fā)出新技術(shù)和新產(chǎn)品。

張辰提到一個(gè)具體的小區(qū)污水管網(wǎng)改造實(shí)例。該實(shí)例發(fā)生在上海市普陀區(qū)真光新村第八小區(qū)，涉及35棟6層住宅樓共2460戶住戶。在改造前，該小區(qū)雨污混接嚴(yán)重，污水管道堵塞、塌陷、變形嚴(yán)重，部分污水管道存在倒坡，改造將污水管全部翻排，增設(shè)建筑雨水立管，拆除化糞池。2019年改造完成后，項(xiàng)目未出現(xiàn)污水管道淤積現(xiàn)象，水質(zhì)測(cè)試結(jié)果顯示污水處理水質(zhì)BOD在200-300之間，COD僅為10%，氨氮幾乎沒有，這些指標(biāo)均達(dá)到了源頭雨污分流的目的。

在雙碳目標(biāo)的指引下，一系列新技術(shù)的誕生催生出一系列技術(shù)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品不僅在工程實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用，還需進(jìn)一步集成小型裝配集約化一體化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的產(chǎn)品化轉(zhuǎn)化。這一過程有助于推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的深度融合，為可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

03構(gòu)建市政基礎(chǔ)設(shè)施智能化平臺(tái)，以數(shù)字化手段精準(zhǔn)管理城市

數(shù)字化工作中對(duì)平臺(tái)建設(shè)具有重要意義，在上海市管道長、探頭數(shù)據(jù)多的情況下，需要一個(gè)平臺(tái)來有效管理和利用這些數(shù)據(jù)。上海市政院牽頭申請(qǐng)并完成國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市關(guān)鍵技術(shù)及示范”專項(xiàng)《城市重大市政設(shè)施智能化運(yùn)維與管控平臺(tái)構(gòu)建及應(yīng)用示范》，該項(xiàng)目構(gòu)建“1+3+5+N”目標(biāo)，針對(duì)五類重大市政設(shè)施（地下管線、城市道路、城市環(huán)衛(wèi)、應(yīng)急消防、城市水務(wù)），采用了三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)（多狀態(tài)混雜環(huán)境泛在接入技術(shù)、多源融合智能化感知終端技術(shù)、多場(chǎng)景市政設(shè)施智慧管控技術(shù)），打造一個(gè)智慧管控平臺(tái)——城市政設(shè)施智能化運(yùn)維管控平臺(tái)，以上海市為示范應(yīng)用主要地點(diǎn)，對(duì)智能化運(yùn)維管控技術(shù)進(jìn)行綜合應(yīng)用，并將“市政云”平臺(tái)接入“一網(wǎng)統(tǒng)管”城運(yùn)中心管理平臺(tái)。

通過這個(gè)平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)查看50項(xiàng)工程的在線數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)市政設(shè)施的智能化運(yùn)維與管控。此外，該平臺(tái)還接入了上海的城市運(yùn)行管理平臺(tái)，并具備模擬仿真功能，比如展示從中雨到暴雨極端天氣淹沒的仿真模擬效果。

以黃埔江上游水源地工程為例，該系統(tǒng)針對(duì)取水位水量和用戶水量變化的問題，建立水力模型和決策模型。通過模型開發(fā)，系統(tǒng)在2021年上半年產(chǎn)生了4596條優(yōu)化方案，并自動(dòng)篩選采納，采納率為97%。隨著模擬實(shí)施的持續(xù)進(jìn)行，方案數(shù)量在2021年下半年急劇減少，系統(tǒng)產(chǎn)生的方案總數(shù)990條，采納率上升到了98.9%。系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行效益顯著，實(shí)現(xiàn)降低能耗15.5%。此外，該模型還能精確識(shí)別漏水問題，通過壓力變化定位漏水點(diǎn)，及時(shí)采取針對(duì)性措施解決，展現(xiàn)了數(shù)字模型在解決實(shí)際問題中的有效性和實(shí)用性。

正如上面提及的，仿真模擬功能能夠模擬不同降雨情況下的積水深度，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用。通過在上海城市運(yùn)行管理平臺(tái)上的接口，可以實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)積水深度，并據(jù)此向可能受影響的道路區(qū)域發(fā)送預(yù)警短信，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化精準(zhǔn)管理城市。這就是將技術(shù)產(chǎn)品化，結(jié)合數(shù)字化技術(shù)，應(yīng)用于城市管理中，用來提高管理效率和響應(yīng)速度的真實(shí)案例。

當(dāng)前BIM的應(yīng)用存在浪費(fèi)，設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各個(gè)階段往往各自為政，沒有從源頭開始整合。以深圳埔地嚇污水廠為例，該廠從源頭抓起，通過全過程全生命周期的BIM應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)整個(gè)項(xiàng)目的數(shù)字孿生，進(jìn)而構(gòu)建數(shù)字城區(qū)和數(shù)字城市。

上海市政院在智慧水廠生產(chǎn)運(yùn)營中，實(shí)行BIM線上交接班、線上巡檢、報(bào)警處置、運(yùn)維工單處理等。同時(shí)，也關(guān)注設(shè)備的全生命周期管理，確保在設(shè)備達(dá)到特定階段時(shí)能夠進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)和更新。這些工作體現(xiàn)數(shù)字化孿生，不是僅僅停留在技術(shù)層面，而是要將技術(shù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的產(chǎn)品和應(yīng)用，通過數(shù)字化手段來優(yōu)化和提升工作效率。04以新的轉(zhuǎn)型和創(chuàng)新舉措，助推行業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

上海市政設(shè)計(jì)院在新時(shí)代面臨新的轉(zhuǎn)型和一系列創(chuàng)新措施，設(shè)計(jì)院不再滿足于傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)和匯報(bào)工作，而是致力于推動(dòng)在高質(zhì)量發(fā)展、新質(zhì)生產(chǎn)力前提下的創(chuàng)新發(fā)展。結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，目前不少國內(nèi)環(huán)保企業(yè)已經(jīng)開啟了標(biāo)準(zhǔn)化模塊生產(chǎn)制造全過程自動(dòng)智能制造生產(chǎn)線，設(shè)計(jì)院也應(yīng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)手段，強(qiáng)調(diào)跨界學(xué)習(xí)和合作，如學(xué)習(xí)器械行業(yè)和化工行業(yè)的知識(shí)，利用軟件就可以將機(jī)械的設(shè)備總裝圖轉(zhuǎn)化成設(shè)備爆炸圖。

上海市政院以問題為導(dǎo)向，產(chǎn)生了一系列發(fā)明專利并形成產(chǎn)品化、標(biāo)準(zhǔn)化。上海市政設(shè)計(jì)院通過成立企業(yè)來生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備，從設(shè)計(jì)源頭開始，直接將圖紙送到加工廠生產(chǎn)，以推動(dòng)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。張辰指出，這與行業(yè)內(nèi)的企業(yè)沒有直接的競爭關(guān)系，環(huán)保產(chǎn)業(yè)必須注重標(biāo)準(zhǔn)化，只有標(biāo)準(zhǔn)化才能實(shí)現(xiàn)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

編輯： 李丹