数字化技术助力环境工程提效探究

摘要：数字化技术以独特的优势，为环境工程提效提供了全新路径，通过集成物联网、大数据、人工智能等先进技术，实时监测环境质量，通过数据分析，揭示环境变化的趋势与规律，为环境保护政策的制定与优化提供数据支撑。鉴于此，本文对数字化技术助力环境工程提效路径展开详细探究，旨在实现环境工程高效治理目标，推动环境保护事业的持续发展。

关键词：数字化技术；环境工程；智能监测；虚拟建模；远程管控

数字化技术是一项与电子计算机相伴相生的科学技术，将各种信息转化为电子计算机能识别的二进制数字“0”和“1”，并进行处理的过程。环境工程是一门应用科学和工程原理来改善环境的学科，其核心目标是提升空气、水和土地资源的质量，保护人类健康和生态系统。研究数字化技术助力环境工程提效路径，不仅能够提升环境监测的精度和效率，及时发现并解决环境问题，为环保决策提供有利依据，还能优化资源配置，提高环保项目的管理水平，降低环境治理的成本。

一、智能监测与精准分析

（一）智能监测

依托分布式物联网传感阵列，可以构建精细化智能监测体系。以某城市的海洋生态保护项目为例，为精准把控近海海域的环境动态，项目团队沿着海岸线间隔2km布点，在近海10km范围内的不同深度海域分层设置传感器，从海面到海底200m深处，全方位捕捉海水温度、盐度、溶解氧、叶绿素a浓度等关键指标。这些传感器运用低功耗、高精度的数字化技术，每日定时高频次采集数据，仅一个月内就收集超百万条有效信息[1]。数据通过窄带物联网实时回传至海岸指挥中心，一旦发现某海域溶解氧含量连续3d低于5mg/L，系统立即发出预警。

（二）精准分析

融合机器学习与专家经验的智能分析平台，可以实现深度洞察。在某市大气污染治理攻坚中，当地环保部门搭建了集大数据与人工智能为一体的分析平台，引入过去5年当地的气象资料、工厂生产排放数据、交通流量统计等海量信息，运用机器学习算法对不同季节、不同时段的污染成因进行剖析[2]。通过随机森林算法处理上千个特征变量，发现冬季供暖期，燃煤电厂SO2排放贡献率高达40%，且在静稳天气下，污染物扩散半径缩小至城区5km范围。基于此精准分析，环保部门针对性地对重点电厂实施超净排放改造，要求其SO2排放浓度在供暖季降至35mg/m³以下，并优化供暖时段交通管制，有效缓解冬季雾霾问题，切实提升环境治理的精准性与实效性。

二、虚拟建模与方案优化

（一）虚拟建模

利用高精度三维虚拟地理信息模型（3D-VGIM），可以重塑环境场景助力精准规划。以某河流生态修复项目为例，面对蜿蜒复杂的河道形态、多变的周边地形以及丰富多样的生态群落，项目团队运用无人机倾斜摄影、水下地形测绘等先进技术，采集海量地理数据，构建厘米级精度的3D-VGIM。该模型精准还原了从河流源头至入海口长达500km河道的每一处弯道、浅滩与深槽，细致呈现出两岸2km范围内的植被分布、居民区布局等要素。基于此模型，工程师们能直观分析水流走向、流速变化，精准识别易发生水土流失的河岸段[3]。在模拟洪水场景时发现，某段河道在百年一遇洪水冲击下，河岸后退速率可达1.5m/h，据此提前规划出在该段河岸铺设50000m2生态护坡，采用特殊的土工格栅与本地耐旱植物相结合的防护方案，增强了河岸稳定性，降低洪水对周边生态的破坏风险。

（二）方案优化

借助基于云计算的多参数模拟优化平台，可以实现方案动态择优。某城市筹备新建一座日处理量300000t的污水处理厂，设计团队利用云计算平台，集成污水处理工艺、水力条件、经济成本等多参数模拟模型。在工艺选型环节，通过输入A²/O、MBR等不同生物处理工艺参数，模拟发现MBR工艺虽前期投资高15%，但出水水质稳定达标率超98%，且占地面积较A²/O工艺节省30%[4]。考虑到城市未来发展对水质要求提升及土地资源紧张现状，经过上百次模拟迭代，最终确定MBR为主工艺。在厂区布局模拟中，依据当地风向、地形坡度等因素优化建筑布局，使污水与污泥处理流程衔接更顺畅，能源消耗预计降低10%，实现了从工艺到布局全方位的最优方案敲定。

三、远程管控与智能运维

（一）远程管控

搭建基于5G网络的环境设施远程实时管控系统，可以实现全方位实时监管。以某大型垃圾焚烧发电厂为例，该厂日处理垃圾量高达2000t，设备繁多且运行工况复杂。为确保各环节紧密协同、高效运转，利用5G高速率、低时延的特性，在垃圾卸料、焚烧炉、烟气净化、发电等核心区域部署高清摄像头与传感器，全方位采集设备运行参数、垃圾焚烧状态、污染物排放指标等数据，每秒传输数据量可达10MB[5]。通过远程管控中心大屏，运维人员能实时查看焚烧炉内温度精确到正负5℃的波动，一旦发现某条焚烧线炉膛温度低于850℃，系统即刻自动报警，工作人员可远程调控助燃风系统，精准调整风量在10%范围内，确保垃圾充分燃烧，降低二噁英生成风险。对烟气排放的SO2、NOX等污染物浓度实时监测，数据超标时远程启动备用净化设备，保障排放达标率始终维持在99%以上，提升垃圾焚烧发电全过程的安全性与稳定性。

（二）智能运维

运用融合人工智能与大数据分析的智能运维决策平台，可以达成精准运维。在某市分布式污水处理设施群运维项目中，数百个小型污水处理站分布于城市各处。运维团队依托智能运维决策平台，收集各站点近3年的设备运行时长、故障频率、水质水量变化等大数据，运用机器学习算法构建设备故障预测模型[6]。经分析发现，某型号曝气机在累计运行5000h后，故障率会显著提升，当进水水质化学需氧量波动超过30%时，易引发污泥膨胀导致处理效率下降。基于此精准判断，平台提前2周为运维人员推送预警信息，建议对曝气机提前维护，更换关键易损件，并依据水质变化智能调整药剂投加量在15%范围内。通过该平台，设备故障平均修复时间从原来的8h缩短至3h，运维成本降低20%，保障了分布式污水处理设施的稳定高效运行。

结束语：

通过上述分析可知：数字化技术能够实现对大范围区域的实时、连续监测，提供全面和准确的环境数据，揭示环境变化的趋势与规律，为环保政策的制定与优化提供科学依据。利用地理信息系统（GIS）和建筑信息模型（BIM）等技术，可以对环保项目进行可视化的规划和设计，提前评估项目的环境影响和可行性，模拟不同情景下的环境状况，为制定最优环保方案提供支持。远程控制技术可以实现对生产设备的远程监控和管理，智能运维系统则能够自动分析告警的核心故障点，并在拓扑图上直观展示，帮助运维人员更快地恢复服务，提高运维工作的效率和响应速度。

参考文献：

[1]任璐英,王庆国,张海峰,等.数字化工程环境下复杂产品技术状态管理架构优化[J].系统工程与电子技术,2023,45(11):3573-3578.

[2]谢秋帆,李颖.数字化技术在环境设计专业教学中的应用[J].现代园艺,2024,47(18):184-187.

[3]李海燕,饶国华,赖芸,等.工程测量技术助力矿山环境保护与可持续发展的研究[J].中国金属通报,2023(17):22-24.

[4]林志东,黄荣杰.数字化技术在工程建设项目审批制度改革中的应用研究[J].建设科技,2024(2):34-37.

[5]邓江,田崇磊,武凯华.新疆尼雅水利枢纽工程数字化技术应用与管理系统的设计与实现[J].工程技术研究,2024,6(15):153-155.

[6]刘佳城.数字化测绘技术在大型水利工程中的应用研究[J].水利技术监督,2023(10):64-66.