上海老港填埋场数字化管理研究与实践

张美兰，周海燕，杭向明

（1.上海老港废弃物处置有限公司，上海 201302，2.苏州市伏泰信息科技有限公司，江苏 苏州215028）

1 概述

1.1 项目背景

老港填埋场数字化管理系统的开发面向的主要对象为2013年1月正式投入运营的老港五期综合填埋场工程（以下简称五期），五期规划总占地5.45km2，设计总库容1.6479×107m3。五期定位为综合和应急卫生填埋场，与焚烧厂毗邻，填埋区域分为稳定化飞灰填埋、生活垃圾填场和干化污泥填场3部分，平均作业规模为3 759 t/d（其中生活垃圾2 664 t/d、飞灰231 t/d、污泥864 t/d)，按高标准规划、建设，并由上海老港废弃物处置有限公司负责运营。

五期填埋场建设标准高，填埋物料复杂，运营管理要求高，通过参考国外填埋场运行管理经验，结合五期实际的管理特性，提出了建设“数字化填埋”管理系统的需求。

1.2 建设必要性和目标

结合老港固废综合处理基地一至四期垃圾填埋场工程的管理经验，新投入使用的五期填埋场在运营管理中将面临填埋作业过程管理不够精细、污染防控效果不佳、安全与灾害防控不到位等问题，因此需要开发数字化管理系统，实现对填埋场的全面、精确管理。开发该项目，预期达到以下2个目标。

1）降低填埋成本，提高有效库容和使用年限。利用数字化管理系统，可对填埋作业过程进行精确控制。首先可进行合理的填埋作业规划，如确定填埋作业发展区域、道路设置、卸料平台、推平压实方向等。在实际填埋作业过程中，借助数字化管理系统，可实时精确控制作业面位置和厚度，测量和控制填埋压实密度，提高填埋场的有效库容；提高推土机等填埋作业设备绩效管理水平，降低填埋作业能耗；另外，利用数字化管理系统提高填埋场的安全性后，也可进一步提高填埋高度，延长填埋场使用年限。

2）实现臭气预警，增强与周边居民的亲和度。利用数字化管理系统，监控大气环境和臭气污染物状况，预测臭气影响程度，提出针对性应对措施，控制和消除臭气，可提高填埋场周边大气环境质量。另外，数字化管理系统可实时显示填埋场垃圾运输、填埋作业画面，显示渗沥液和大气等各项环境指标的实时监测数据。借助该系统，市民可更直观地了解填埋场运营状况，填埋场管理者也更容易与市民沟通，取得其理解与支持。

2 项目实施情况

上海老港五期综合填埋场数字化管理系统（以下简称“数字填埋”系统）于2013年开始进行规划设计，2014年2月实施建设。通过6个月的项目实施及试运行，系统各项功能均达到设计要求，运行稳定，并于2014年11月完成了项目整体验收。

通过“数字填埋”系统的实施，有效解决了填埋场运营过程中面临的管理难题，有利于填埋堆体性状的定期测绘和三维展示，压实密度的精确测量，填埋场人员、设备的考核管理，作业计划的科学制定；提高了填埋场的安全性、经济性和环境保护水平，提高了老港填埋场整体运营管理水平。

2.1 实施原则

1） 统一标准，保证长效。系统以最终实现“智慧填埋”为综合蓝图，建立信息系统数据标准和信息系统监管配套制度，形成长效管理机制，保证信息库内数据信息的准确性和惟一性。

2）技术更新，不断发展。根据填埋场管理的发展方向，对重难点技术环节“先铺垫、再深化”，同时注重技术学习与引进，保证系统长久应用。

3）立足实际，实用领先。系统设计以切实解决老港填埋场管理难题为宗旨，以技术成熟、稳定、领先为应用标准。

2.2 整体设计

2.2.1 整体架构设计

“数字填埋”系统基于GPS系统、在线监测系统和中央监控（CCTV）系统构架；3套系统集成融合，共用一个工作站，实现监控、监测、数据传输、数据处理与分析、安全管理、绩效管理、远程控制等功能。

2.2.2 系统拓扑设计

系统以物联网技术为基础，以有线及无线传输网络为支撑，实时采集车辆运行数据、垃圾计量称重数据、环境监测数据、堆体地形数据、臭气数据等信息，传输和存储相关数据、图表等，运用系统化的数据处理分析方法和系统建模手段，定制面向填埋作业过程管理、周边环境监测管理及库容建模预测等应用，实现老港填埋场的数字化有效管理。

2.3 实施功能介绍

老港“数字填埋”系统建设以“堆体及作业面管理”为核心，以“三维展示”为亮点，以实现老港“智慧填埋”为目标，最终建成了1套平台、9大子系统。1套平台指老港填埋场数字化管理平台，9大子系统包括车辆作业管理子系统、作业油耗管理子系统、违规预警子系统、堆体体形与库容管理子系统、成本管理子系统、臭气控制子系统、作业面控制子系统、后台管理子系统、手持端管理子系统等。

2.3.1 车辆作业管理子系统

车辆作业管理面向的是填埋作业库区的推土机、挖掘机和垃圾运输等作业车辆，通过车辆安装智能一体机设备，可有效控制车辆有效作业范围、作业面积及作业任务执行情况，并对车辆不按区域、路线等违规作业行为实时报警，从而提升填埋作业面的作业效率。

鉴于填埋场作业区域及车辆作业类型的特殊性，系统除实现车辆作业位置、作业轨迹、作业任务统计3大常规功能基础上，通过积极创新，实现了2大吻合填埋作业车辆监管的亮点功能。

1）建立老港填埋场作业区域图层，划分出每个作业功能区，包括生活垃圾填埋区、污泥填埋区等。对作业区每个作业面进行精确划分，便于对日常车辆作业范围和作业规则的精确化管理，如图1所示。

图1 老港五期作业区域图层展示

2）作业任务在线调度，监控中心可以实时批量调度车辆或驾驶员，传达实时任务到具体的人员，提高任务传递效率。

2.3.2 作业油耗管理子系统

跟踪车辆的实时油耗情况，实时掌握车辆油量数据，智能判断加油的情况以及异常油耗降低的行为，自动生成车辆公里油耗等油量分析报表，对偷油、漏油等行为实时报警，如图2所示。

图2 车辆作业历史油耗曲线与轨迹联动

2.3.3 违规预警子系统

对车辆作业面进行电子围栏的设置，包括越线、越界、超速等行为，根据车辆当前的位置、车辆的设置违规类型及设置范围，判断出车辆的违规情况。当车辆出现违规时，产生报警并在平台中发出警告，如图3所示。

图3 车辆运行情况总报表

2.3.4 堆体体形与库容管理子系统

系统在满足堆体地形精密管控与库容智能预测的同时，也在国内垃圾填埋运营管理领域创新了3大管理手段，具体包括：①填埋堆体三维展示，可对堆体进行放大、缩小、旋转方式的查看，实现了纵切、横切功能剖面分析，以及堆体的走势与设计形体的比较（见图4）。②压实密度管理，基于三维地形管理及进场垃圾量数据，获取时间段内的质量差与体积差，通过系统智能运算可查看时间段内的垃圾压实密度（见图5）。③填埋库容智能分析，根据设计库容总体积与现有堆体的总体积，计算出剩余库容，并根据垃圾量与密度，预测可使用年限，给管理者提供数据分析（见图6）。

图4 堆体三维展示-多切面对比曲线

图5 作业面压实密度分析

图6 填埋库容预测分析

2.3.5 臭气控制子系统

臭气管理用于应对和解决填埋场目前普遍存在臭气扰民问题。其基于臭气监测数据、气象数据，系统架设臭气影响模型，对臭气的影响范围、程度进行智能评价，同时实现臭气控制措施确定（源头消减、喷雾除臭）等，如图7所示。

图7 臭气评价分析

2.3.6 作业面控制子系统

基于手持智能终端采集的位置数据上传到系统，系统根据定位信息智能分析测算作业面的面积，根据当天的垃圾经常量，测算出面量比，让管理者根据数据提前判断决策下一步的堆体走向。

日常对作业面覆盖情况通过手持端拍照并上传数据到系统，同时复核人员可以对当天的覆盖情况进行抽查复核，有效提高日常监管力度。通过苍蝇密度、渗沥液的日常化管理，可以轻松追溯日常的作业生产情况。

2.3.7 成本管理子系统

成本管理实现填埋场日常物料、劳保用品、车辆配件等成本消耗物资的精细化管控，对物资出入库、库存及盘点情况进行记录，对安全设施进行定期检查等功能。

2.3.8 后台管理子系统

对部门、人员、角色、权限进行管理配置，控制整个系统的人员的基本信息及权限。权限包括系统模块权限、手持端模块权限、操作权限。

2.3.9 手持端管理子系统

手持端管理实现填埋作业重要指标、现场图文数据采集的上传，作为系统数据的重要来源，可提高数据采集频率、优化作业区域管控效率，对作业面臭气控制、有效覆盖面管理等起到很好的辅助作用。

3 实施分析

3.1 实施经验总结

①强化组织领导，建立一支以分管副总（或分管场长）为项目组组长的项目小组，明确建设方、施工方及设计方的项目组人员职责。②先简后难，初期以数据采集、数据积累为基础，中期以智能采集、数据校验为依托，后期以数据分析、智能预警为重点。建议分期推进填埋场信息化工作。③重视前期需求分析工作，特别是需求调研过程中需要与相关业务科室进行密切沟通，需求评审阶段必须召集相关领导参加。④例会机制不可或缺，通过建立项目周例会机制，对每周工作进展进行掌控，并对存在的问题进行及时协调，从而确保项目工期。⑤确保系统的易用性，重视系统易用方面的设计，例如简化人工操作环节等，从而确保系统能使用得起来。

3.2 实施效益

通过“数字填埋”系统项目的实施，老港五期运营管理水平显著提高，填埋作业有效性、突发情况反应效率得到进一步提升，具体实施效益主要包括：①对车辆进行远程管理调度；通过油耗系统、违规预警，提高对车辆的管理力度。②分析臭气的影响，提前采取除臭措施，减少臭气污染。③提高日常作业面的管控，控制面量比控制在合理范围内，降低作业风险。④有效管理耗材的使用情况，降低成本的支出。⑤控制堆体的坡段走势，减少堆体滑坡的发生。⑥控制填埋过程，降低填埋成本，提高有效库容和使用年限。⑦有效管理日常作业人员的工作情况，提高对作业人员日常工作的监管，通过数据，提供管理的依据性，提高管理人员的工作效率。

4 结论与展望

4.1 结论

1）老港固废综合处置基地通过本项目的实施，提高了填埋场的安全性、经济性、环境保护水平及填埋场运营管理水平；降低了填埋成本，增加了有效库容和使用年限；满足了填埋场远程管理和与市民沟通的需要。

2） 本项目采用最先进的现场自动监测设备、可靠的系统软件构架和先进的监测分析软件系统，依托国内领先的研究单位，其实施是非常有价值的，对国内类似项目也具有良好的示范作用。

3）通过老港“数字填埋”系统的建设探索与实践，可以发现我国垃圾填埋场运营管理水平与国外先进水平还有较大差距，以信息化助推填埋场运营管理水平是大势所趋。

4.2 展望

老港“数字填埋”系统是建立在老港五期综合填埋场的日常运营基础上的，在后期的试运营阶段需不断地升级和完善，在后期的开展中可将卫生填埋涉及的相关方纳入管理系统，并从以下几方面着手考虑。

1）巩固现有系统的成果，扩大实施范围，例如车辆作业监管将逐步延伸到场内70余辆垃圾集装箱运输车等。

2）完善臭气监测及控制功能，通过增加自动气象站、臭气智能监测终端等，实现臭气中典型气体（H2S、NH3）浓度的自动监测和扩散的智能分析，建立分级预警机制，确保除臭措施的有效执行。

3）增加水体监测功能，通过自动监测与人工监测相结合的方式，实现地表水分流量监测与分析、堆体水位监测与分析、导排层水位监测与分析、调节池水位及水量管理、渗沥液处理监测与分析等。

4）增加堆体稳定监测功能，包括填埋堆体和堤坝的表面位移和深层位移监测、堆体和基层沉降监测、堆体水位监测、监测数据记录与分析、堆体稳定分析、紧急情况预警等功能。