Oprogramowanie CAD w branży wod-kan

Na temat oprogramowania w branży wodociągów i kanalizacji mówi Robert Mankowski, wiceprezes ds. rozwoju produktów w Bentely Systems.

Czy może Pan wyjaśnić optymalny sposób, w jaki oprogramowanie CAD powinno być wykorzystywane w sektorze gospodarki wodno-ściekowej?

Modelowanie hydrauliczne to proces tworzenia matematycznej prezentacji rzeczywistego systemu przy użyciu modelu 3D, który symuluje zachowanie hydrauliczne systemu. Modele te są tworzone przy użyciu  specjalnie zaprojektowanych w tym celu aplikacji, takich jak WaterGEMS czy SewerGEMS firmy Bentley.

Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej wykorzystują kilka innych typów modelowania poza modelowaniem hydraulicznym. Obejmują one modelowanie jakości wody, modelowanie wykorzystania energii, modelowanie niezawodności i wydajności, analizy operacyjne i różne rodzaje optymalizacji.

Sposób, w jaki przedsiębiorstwa użyteczności publicznej modelują systemy wodociągowe i kanalizacyjne, nieustannie ewoluuje. Kiedyś modelowano systemy ściśle na potrzeby tradycyjnego projektowania i planowania. Obecnie modele mogą zapewniać przedsiębiorstwom użyteczności publicznej  wsparcie procesu decyzyjnego, co przekłada się na wzrost wydajności operacyjnej w kontekście zarządzania zasobami infrastrukturalnymi i zarządzania wydajnością zasobów infrastrukturalnych. Przedsiębiorstwa użyteczności publicznej mogą również wykorzystywać modele do określania modernizacji koniecznych do zaspokojenia aktualnych i przyszłych potrzeb społeczności, którą obsługują, oraz do zrozumienia, jak reagować na sytuacje awaryjne, takie jak pęknięcie rury czy inny duży nieplanowany pobór wody,  na przykład w celu ugaszenia pożaru, minimalizując wpływ na cały system, czy też jak wypłukać system po niespodziewanym zdarzeniu wpływającym na jakość wody, jak np. skażenie wody w sieci.

Tworząc model 3D, inżynierowie są w stanie lepiej zrozumieć rzeczywisty system, co prowadzi do podejmowania lepszych decyzji i lepszej wydajności zasobów infrastrukturalnych.

Istnieje wiele różnych rodzajów oprogramowania — modelujące, GIS, SCAFA, inteligentne dane pomiarowe itp. Czy uważa Pan, że przedsiębiorstwa wodno-kanalizacyjne nie znają możliwości tych systemów?

Na świecie istnieje wiele przedsiębiorstw wodno-kanalizacyjnych, a niektóre z nich to bardzo mali, lokalni operatorzy. Więc tak, uważam, że istnieją przedsiębiorstwa użyteczności publicznej, które mają jedynie teoretyczną wiedzę na temat potencjału tego rodzaju rozwiązań lub nie są przekonane, że ich systemy mogłyby na nich wiele skorzystać

Myślę jednak, że większość przedsiębiorstw użyteczności publicznej działających na większą skalę dość dobrze rozumie te możliwości, ale nie sądzę, żeby wiele z nich naprawdę w pełni wykorzystywało te systemy w zintegrowanym procesie zarządzania zasobami infrastrukturalnymi.  Niektóre przedsiębiorstwa użyteczności publicznej wdrożyły jeden lub kilka z tych systemów i każdy z nich jest wartościowy jako samodzielny system służący określonemu celowi w ramach przedsiębiorstwa użyteczności publicznej. My jednak uważamy, że większą wartość można osiągnąć przez połączenie tych systemów za pomocą wspólnego środowiska zarządzania informacjami.

Wdrożenie takiego  środowiska  pozwala właścicielom i zarządcom infrastruktury na stosowanie spójnych procesów biznesowych i modelów informacji w trakcie całego cyklu życia ich zasobów infrastrukturalnych, zwiększając korzyści odnoszone z każdego pojedynczego systemu informacji, jakiego używają.

Rozpowszechnienie użycia czujników umożliwia zwiększenie zakresu monitorowania i dokonywania pomiarów elementów sieci wodociągowej i kanalizacyjnej oraz elementów infrastrukturalnych zakładów. Intergacja technologii informatycznych, operacyjnych i inżynieryjnych oraz związanych z nimi danych pomoże właścicielom przedsiębiorstw wodno-kanalizacyjnych przejść od trybu reaktywnego do proaktywnego i predykcyjnego modelu zarządzania konserwacją. Pozwoli to reagować na sytuacje awaryjne, jak np. pęknięcia magistrali czy  przepełnienia kanalizacji, w oparciu o lepsze informacje. Poprawi to ich wydajność operacyjną, np. efektywność energetyczną przedsiębiorstwa. Ale, co najważniejsze, zapewni to klientom lepszy poziom usług.

Jaka jest różnica między danymi, jakie przedsiębiorstwa wodno-kanalizacyjne uzyskują z modeli, w porównaniu do danych, które uzyskują z innego oprogramowania, np. SCADA?

Przede wszystkim modele zapewniają dane przez symulowanie istniejącego systemu lub proponowanego systemu, podczas gdy SCADA zapewnia zdalny widok w czasie rzeczywistym lub prawie w czasie rzeczywistym pomiarów w określonych punktach rzeczywistego systemu. SCADA zwykle korzysta z programu do gromadzenia danych procesowych, aby sprawdzić wcześniejszą wydajność w tych punktach.  System SCADA nie jest jednak w stanie przewidzieć przyszłości w sposób inny niż zwykła ekstrapolacja i nie może uzupełnić luk między pomiarami bez dużych uproszczeń. Dlatego też SCADA i technologie modelowania doskonale się uzupełniają.

Ponadto modele mogą zapewnić symulowane pomiary w praktycznie każdym punkcie systemu. Uzupełniają one luki w informacjach w miejscach, gdzie nie ma czujników systemu SCADA. Modele są również wykorzystywane do przewidywania zachowania systemu, co jest oczywiście niemożliwe do zmierzenia. Modele pozwalają też przewidzieć, w jaki sposób system zachowa się w przypadku podjęcia pewnych decyzji kapitałowych lub operacyjnych bez konieczności dokonywania takich zmian w rzeczywistym systemie. Na przykład operator może przewidzieć, w jaki sposób poziomy w zbiornikach i ciśnienie zmienią się na skutek włączenia czy wyłączenia pompy bez dokonywania żadnych zmian w rzeczywistym systemie. Zapewnia to operatorowi wartościowy wgląd, który może pomóc podjąć najbardziej optymalną decyzję.

Czy SCADA, GIS lub inteligentne dane pomiarowe mogą być włączone do modelu?

Oczywiście.

Dane w czasie rzeczywistym z systemów SCADA mogą zapewnić modelom początkowe wartości startowe dla symulacji, takie jak poziomy zbiorników oraz ustawienia pomp i zaworów (tzw. warunki graniczne).  Ponadto historyczne dane SCADA mogą być wykorzystane do kalibrowania i walidacji modelu. Innymi słowy, pomaga to upewnić się, że modelowane zachowanie będzie odzwierciedlało działanie rzeczywistego systemu z pewnym stopniem dokładności. Jest to bardzo ważny krok w procesie modelowania.

Z drugiej strony modele mogą być również włączone do systemów SCADA w celu usprawnienia operacyjnego procesu decyzyjnego, jak opisałem powyżej. Ponadto wyniki modelowanych symulacji mogą być płynnie włączone do interfejsu między człowiekiem a maszyną oprogramowania SCADA, więc operatorzy będą mogli korzystać z modelowania bez potrzeby nauki obsługi zupełnie nowej aplikacji i jej interfejsu. Zapewnia to również użyteczne środowisko szkoleniowe dla operatorów sterowni oraz możliwość prowadzenia badań minionych zdarzeń w celu lepszego zrozumienia, dlaczego do nich doszło i jak lepiej reagować na nie w przyszłości.

Ponadto GIS jest zintegrowany z modelami od prawie dwudziestu lat. Z początku GIS był wykorzystywany głównie jako źródło informacji o geometrycznych i fizycznych cechach systemu. Innymi słowy, lokalizacje rur i fizyczne właściwości, takie jak materiał, średnica czy rok instalacji, były zarządzane przez GIS i importowane do  oprogramowania do modelowania hydraulicznego w celu stworzenia podstawowego modelu. Moment, w którym przeszliśmy od pracy ze schematami bardzo uproszczonego systemu do modeli „wszystkich rur”, był punktem zwrotnym w poziomie szczegółowości modeli.

Obecnie integracja GIS jest dużo głębsza i bogatsza. Osoby tworzące modele mogą pracować bezpośrednio z produktami oprogramowania GIS i mieć dwukierunkową synchronizację między modelami a GIS. Jedną z głównych korzyści tej synchronizacji jest fakt, że pozwala ona udostępnić  informacje o modelu dyrektorom, kierownikom i pracownikom obsługi klienta, którzy nigdy nie użyliby bezpośrednio modelu hydraulicznego, ale mając dostęp do GIS, mogą przeglądać dane wygenerowane przez system hydrauliczny.

Inteligentne dane pomiarowe mogą być włączone do modeli w sposób podobny do danych SCADA. Dane historyczne zgromadzone przez inteligentne liczniki mogą być wykorzystywane do oszacowania średnich i szczytowych zapotrzebowań oraz wzorów dobowych dla modelu, a dane dotyczące zapotrzebowań w czasie rzeczywistym mogą być wykorzystane do ustalania warunków wstępnych dla symulacji i prognozowania zapotrzebowania.

Dlatego właśnie  wierzymy, że wspólne środowisko zarządzania informacjami może być niezwykle wartościowe.  Integracja wszystkich tych systemów zastosowana w procesach biznesowych  może pomóc przedsiębiorstwom użyteczności publicznej w uzyskiwaniu lepszych wyników, takich jak redukcja kosztów, wyższy poziom usług czy mniejsze ryzyko.

Jakiego rodzaju danych szukają obecnie przedsiębiorstwa użyteczności publicznej? Jakich możliwości szukają Twoim zdaniem?

Firma Bentley pracuje z przedsiębiorstwami użyteczności publicznej z całego świata i powiedziałbym, że odpowiedź na to pytanie różni się w zależności od sytuacji, ale istnieją pewne ogólne prawidłowości. Jedną z nich jest rozpoczynanie od modelowania jako punktowego rozwiązania przy opracowywaniu głównego planu i projektowaniu oraz coraz powszechniejsze używanie modelowania jako integralnego elementu  procesu zarządzania zasobami inteligentnej infrastruktury.

W rozwijającym się świecie widzimy duży nacisk na planowanie i projektowanie w celu poprawy poziomu usług w obszarze objętym działaniem przedsiębiorstwa użytku publicznego. Mamy kilka doskonałych przykładów z Indii, gdzie przedsiębiorstwa użyteczności publicznej zmieniły systemy nieregularnie dostarczające wodę w niezawodne i nieustannie działające źródła czystej wody pitnej. Mamy również kilka doskonałych przykładów rozbudowy systemów odbierania ścieków oraz wynikających z tego korzyści społecznych i gospodarczych.

Ogólnie rzecz biorąc, przedsiębiorstwa użyteczności publicznej z całego świata koncentrują się na zmniejszaniu wskaźnika wody nieprzynoszącej dochodu. Składają się na nią dwa elementy: straty rzeczywiste (np. przecieki) i straty pozorne (kradzież lub problemy z licznikami).  Modelowanie może być bardzo przydatne w radzeniu sobie z każdym z nich. Jest to bardzo ważne dla przedsiębiorstw użyteczności publicznej, ponieważ ma to duży pływ na koszty uzdatniania i pompowania oraz na racjonalne gospodarowanie ograniczonymi zasobami, co może być ważną kwestią w obszarach dotkniętych suszą lub niedoborem wody.

Koszt energii potrzebnej do pompowania często może być jednym z największych wydatków operacyjnych dla przedsiębiorstwa wodociągowego. Widzimy, jak przedsiębiorstwa użyteczności publicznej wykonują rozległe modelowanie kosztów energii i włączają te modele do systemów pracujących w czasie rzeczywistym, co pozwala podejmować lepsze decyzje operacyjne.

Podsumowując, uważam, że przedsiębiorstwa użyteczności publicznej będą nadal poszukiwać możliwości mogących pomóc im w minimalizacji kosztów cyklu życia związanego z posiadaniem i eksploatacją  infrastruktury przy jednoczesnym dalszym usprawnianiu poziomu zapewnianych przez nie usług i zachowaniu niskiego poziomu ryzyka. Jest to definicja zarządzania zasobami infrastrukturalnymi, a ostatecznie o to właśnie w tym wszystkim chodzi.