上海老港填埋場數字化管理研究與實踐

張美蘭，周海燕，杭向明

（1.上海老港廢棄物處置有限公司，上海 201302，2.蘇州市伏泰信息科技有限公司，江蘇 蘇州215028）

1 概述

1.1 項目背景

老港填埋場數字化管理系統的開發面向的主要對象為2013年1月正式投入運營的老港五期綜合填埋場工程（以下簡稱五期），五期規劃總占地5.45km2，設計總庫容1.6479×107m3。五期定位為綜合和應急衛生填埋場，與焚燒廠毗鄰，填埋區域分為穩定化飛灰填埋、生活垃圾填場和干化污泥填場3部分，平均作業規模為3 759 t/d（其中生活垃圾2 664 t/d、飛灰231 t/d、污泥864 t/d)，按高標準規劃、建設，并由上海老港廢棄物處置有限公司負責運營。

五期填埋場建設標準高，填埋物料復雜，運營管理要求高，通過參考國外填埋場運行管理經驗，結合五期實際的管理特性，提出了建設“數字化填埋”管理系統的需求。

1.2 建設必要性和目標

結合老港固廢綜合處理基地一至四期垃圾填埋場工程的管理經驗，新投入使用的五期填埋場在運營管理中將面臨填埋作業過程管理不夠精細、污染防控效果不佳、安全與災害防控不到位等問題，因此需要開發數字化管理系統，實現對填埋場的全面、精確管理。開發該項目，預期達到以下2個目標。

1）降低填埋成本，提高有效庫容和使用年限。利用數字化管理系統，可對填埋作業過程進行精確控制。首先可進行合理的填埋作業規劃，如確定填埋作業發展區域、道路設置、卸料平臺、推平壓實方向等。在實際填埋作業過程中，借助數字化管理系統，可實時精確控制作業面位置和厚度，測量和控制填埋壓實密度，提高填埋場的有效庫容；提高推土機等填埋作業設備績效管理水平，降低填埋作業能耗；另外，利用數字化管理系統提高填埋場的安全性后，也可進一步提高填埋高度，延長填埋場使用年限。

2）實現臭氣預警，增強與周邊居民的親和度。利用數字化管理系統，監控大氣環境和臭氣污染物狀況，預測臭氣影響程度，提出針對性應對措施，控制和消除臭氣，可提高填埋場周邊大氣環境質量。另外，數字化管理系統可實時顯示填埋場垃圾運輸、填埋作業畫面，顯示滲瀝液和大氣等各項環境指標的實時監測數據。借助該系統，市民可更直觀地了解填埋場運營狀況，填埋場管理者也更容易與市民溝通，取得其理解與支持。

2 項目實施情況

上海老港五期綜合填埋場數字化管理系統（以下簡稱“數字填埋”系統）于2013年開始進行規劃設計，2014年2月實施建設。通過6個月的項目實施及試運行，系統各項功能均達到設計要求，運行穩定，并于2014年11月完成了項目整體驗收。

通過“數字填埋”系統的實施，有效解決了填埋場運營過程中面臨的管理難題，有利于填埋堆體性狀的定期測繪和三維展示，壓實密度的精確測量，填埋場人員、設備的考核管理，作業計劃的科學制定；提高了填埋場的安全性、經濟性和環境保護水平，提高了老港填埋場整體運營管理水平。

2.1 實施原則

1） 統一標準，保證長效。系統以最終實現“智慧填埋”為綜合藍圖，建立信息系統數據標準和信息系統監管配套制度，形成長效管理機制，保證信息庫內數據信息的準確性和惟一性。

2）技術更新，不斷發展。根據填埋場管理的發展方向，對重難點技術環節“先鋪墊、再深化”，同時注重技術學習與引進，保證系統長久應用。

3）立足實際，實用領先。系統設計以切實解決老港填埋場管理難題為宗旨，以技術成熟、穩定、領先為應用標準。

2.2 整體設計

2.2.1 整體架構設計

“數字填埋”系統基于GPS系統、在線監測系統和中央監控（CCTV）系統構架；3套系統集成融合，共用一個工作站，實現監控、監測、數據傳輸、數據處理與分析、安全管理、績效管理、遠程控制等功能。

2.2.2 系統拓撲設計

系統以物聯網技術為基礎，以有線及無線傳輸網絡為支撐，實時采集車輛運行數據、垃圾計量稱重數據、環境監測數據、堆體地形數據、臭氣數據等信息，傳輸和存儲相關數據、圖表等，運用系統化的數據處理分析方法和系統建模手段，定制面向填埋作業過程管理、周邊環境監測管理及庫容建模預測等應用，實現老港填埋場的數字化有效管理。

2.3 實施功能介紹

老港“數字填埋”系統建設以“堆體及作業面管理”為核心，以“三維展示”為亮點，以實現老港“智慧填埋”為目標，最終建成了1套平臺、9大子系統。1套平臺指老港填埋場數字化管理平臺，9大子系統包括車輛作業管理子系統、作業油耗管理子系統、違規預警子系統、堆體體形與庫容管理子系統、成本管理子系統、臭氣控制子系統、作業面控制子系統、后臺管理子系統、手持端管理子系統等。

2.3.1 車輛作業管理子系統

車輛作業管理面向的是填埋作業庫區的推土機、挖掘機和垃圾運輸等作業車輛，通過車輛安裝智能一體機設備，可有效控制車輛有效作業范圍、作業面積及作業任務執行情況，并對車輛不按區域、路線等違規作業行為實時報警，從而提升填埋作業面的作業效率。

鑒于填埋場作業區域及車輛作業類型的特殊性，系統除實現車輛作業位置、作業軌跡、作業任務統計3大常規功能基礎上，通過積極創新，實現了2大吻合填埋作業車輛監管的亮點功能。

1）建立老港填埋場作業區域圖層，劃分出每個作業功能區，包括生活垃圾填埋區、污泥填埋區等。對作業區每個作業面進行精確劃分，便于對日常車輛作業范圍和作業規則的精確化管理，如圖1所示。

圖1 老港五期作業區域圖層展示

2）作業任務在線調度，監控中心可以實時批量調度車輛或駕駛員，傳達實時任務到具體的人員，提高任務傳遞效率。

2.3.2 作業油耗管理子系統

跟蹤車輛的實時油耗情況，實時掌握車輛油量數據，智能判斷加油的情況以及異常油耗降低的行為，自動生成車輛公里油耗等油量分析報表，對偷油、漏油等行為實時報警，如圖2所示。

圖2 車輛作業歷史油耗曲線與軌跡聯動

2.3.3 違規預警子系統

對車輛作業面進行電子圍欄的設置，包括越線、越界、超速等行為，根據車輛當前的位置、車輛的設置違規類型及設置范圍，判斷出車輛的違規情況。當車輛出現違規時，產生報警并在平臺中發出警告，如圖3所示。

圖3 車輛運行情況總報表

2.3.4 堆體體形與庫容管理子系統

系統在滿足堆體地形精密管控與庫容智能預測的同時，也在國內垃圾填埋運營管理領域創新了3大管理手段，具體包括：①填埋堆體三維展示，可對堆體進行放大、縮小、旋轉方式的查看，實現了縱切、橫切功能剖面分析，以及堆體的走勢與設計形體的比較（見圖4）。②壓實密度管理，基于三維地形管理及進場垃圾量數據，獲取時間段內的質量差與體積差，通過系統智能運算可查看時間段內的垃圾壓實密度（見圖5）。③填埋庫容智能分析，根據設計庫容總體積與現有堆體的總體積，計算出剩余庫容，并根據垃圾量與密度，預測可使用年限，給管理者提供數據分析（見圖6）。

圖4 堆體三維展示-多切面對比曲線

圖5 作業面壓實密度分析

圖6 填埋庫容預測分析

2.3.5 臭氣控制子系統

臭氣管理用于應對和解決填埋場目前普遍存在臭氣擾民問題。其基于臭氣監測數據、氣象數據，系統架設臭氣影響模型，對臭氣的影響范圍、程度進行智能評價，同時實現臭氣控制措施確定（源頭消減、噴霧除臭）等，如圖7所示。

圖7 臭氣評價分析

2.3.6 作業面控制子系統

基于手持智能終端采集的位置數據上傳到系統，系統根據定位信息智能分析測算作業面的面積，根據當天的垃圾經常量，測算出面量比，讓管理者根據數據提前判斷決策下一步的堆體走向。

日常對作業面覆蓋情況通過手持端拍照并上傳數據到系統，同時復核人員可以對當天的覆蓋情況進行抽查復核，有效提高日常監管力度。通過蒼蠅密度、滲瀝液的日常化管理，可以輕松追溯日常的作業生產情況。

2.3.7 成本管理子系統

成本管理實現填埋場日常物料、勞保用品、車輛配件等成本消耗物資的精細化管控，對物資出入庫、庫存及盤點情況進行記錄，對安全設施進行定期檢查等功能。

2.3.8 后臺管理子系統

對部門、人員、角色、權限進行管理配置，控制整個系統的人員的基本信息及權限。權限包括系統模塊權限、手持端模塊權限、操作權限。

2.3.9 手持端管理子系統

手持端管理實現填埋作業重要指標、現場圖文數據采集的上傳，作為系統數據的重要來源，可提高數據采集頻率、優化作業區域管控效率，對作業面臭氣控制、有效覆蓋面管理等起到很好的輔助作用。

3 實施分析

3.1 實施經驗總結

①強化組織領導，建立一支以分管副總（或分管場長）為項目組組長的項目小組，明確建設方、施工方及設計方的項目組人員職責。②先簡后難，初期以數據采集、數據積累為基礎，中期以智能采集、數據校驗為依托，后期以數據分析、智能預警為重點。建議分期推進填埋場信息化工作。③重視前期需求分析工作，特別是需求調研過程中需要與相關業務科室進行密切溝通，需求評審階段必須召集相關領導參加。④例會機制不可或缺，通過建立項目周例會機制，對每周工作進展進行掌控，并對存在的問題進行及時協調，從而確保項目工期。⑤確保系統的易用性，重視系統易用方面的設計，例如簡化人工操作環節等，從而確保系統能使用得起來。

3.2 實施效益

通過“數字填埋”系統項目的實施，老港五期運營管理水平顯著提高，填埋作業有效性、突發情況反應效率得到進一步提升，具體實施效益主要包括：①對車輛進行遠程管理調度；通過油耗系統、違規預警，提高對車輛的管理力度。②分析臭氣的影響，提前采取除臭措施，減少臭氣污染。③提高日常作業面的管控，控制面量比控制在合理范圍內，降低作業風險。④有效管理耗材的使用情況，降低成本的支出。⑤控制堆體的坡段走勢，減少堆體滑坡的發生。⑥控制填埋過程，降低填埋成本，提高有效庫容和使用年限。⑦有效管理日常作業人員的工作情況，提高對作業人員日常工作的監管，通過數據，提供管理的依據性，提高管理人員的工作效率。

4 結論與展望

4.1 結論

1）老港固廢綜合處置基地通過本項目的實施，提高了填埋場的安全性、經濟性、環境保護水平及填埋場運營管理水平；降低了填埋成本，增加了有效庫容和使用年限；滿足了填埋場遠程管理和與市民溝通的需要。

2） 本項目采用最先進的現場自動監測設備、可靠的系統軟件構架和先進的監測分析軟件系統，依托國內領先的研究單位，其實施是非常有價值的，對國內類似項目也具有良好的示范作用。

3）通過老港“數字填埋”系統的建設探索與實踐，可以發現我國垃圾填埋場運營管理水平與國外先進水平還有較大差距，以信息化助推填埋場運營管理水平是大勢所趨。

4.2 展望

老港“數字填埋”系統是建立在老港五期綜合填埋場的日常運營基礎上的，在后期的試運營階段需不斷地升級和完善，在后期的開展中可將衛生填埋涉及的相關方納入管理系統，并從以下幾方面著手考慮。

1）鞏固現有系統的成果，擴大實施范圍，例如車輛作業監管將逐步延伸到場內70余輛垃圾集裝箱運輸車等。

2）完善臭氣監測及控制功能，通過增加自動氣象站、臭氣智能監測終端等，實現臭氣中典型氣體（H2S、NH3）濃度的自動監測和擴散的智能分析，建立分級預警機制，確保除臭措施的有效執行。

3）增加水體監測功能，通過自動監測與人工監測相結合的方式，實現地表水分流量監測與分析、堆體水位監測與分析、導排層水位監測與分析、調節池水位及水量管理、滲瀝液處理監測與分析等。

4）增加堆體穩定監測功能，包括填埋堆體和堤壩的表面位移和深層位移監測、堆體和基層沉降監測、堆體水位監測、監測數據記錄與分析、堆體穩定分析、緊急情況預警等功能。