智慧水務發展的可行性

高倩倩 陳家睿 楊麒臻 林男津 陳雅真

福州大學土木工程學院 福建 福州 350108

1 前言

“智慧城市”的理念在2010年由IBM正式提出；作為智慧城市建設的重要手段，在補齊城市基礎設施建設的短板及改善民生上，“智慧水務”正當其時。智慧水務將物聯網、云計算、大數據等技術應用于水務信息系統，對大量水務信息數據進行處理，并進行智能化識別、定位、監測、模擬、分析和提供決策；旨在解決水務工作問題，提高水務管理和服務水平，為建設和發展智慧城市提供更好的支撐。

2 智慧水務發展背景分析

2.1 政策背景

2.1.1 智慧城市

習近平總書記在十九大的報告中將建設智慧城市作為新時代我國謀求發展的創新性內容。國家八部委在2014年共同發表的《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》中第一次將智慧城市的建設認定為國家目標。2015年，國家發改委與25個有關部門共同成立智慧城市建設部級協調工作組，將建立智慧城市作為“十三五”的目標，結合土木行業信息化實踐成果，整合交通、電力、環保等行業需求，深化土木行業的智慧概念，積極探索一條適合中國的智能化發展道路。

2.1.2 海綿城市

國務院于2015年發布的《關于推進海綿城市建設的指導意見》對我國現階段海綿城市建設提出了具體要求，要求城市降雨量的70%能夠被就地利用。綜合考慮海綿城市建設的要求，本文認為可將智慧水務的理念運用于海綿城市建設中，以完成相關信息化系統的規劃與建設。智慧水務將以更精確的管理與決策體系服務于給排水設施的動態化、標準化管理。

2.1.3 水十條

2017年，國務院印發《水十條》，提出目前我國環保行業需盡快建立科技支持體系，推進共享平臺的構建，推行高新適用科技。

在科技高速發展的時代，水資源管理的形式也在改變。水利行業已開始逐步應用互聯網最新技術，通過使用智能供水平臺以達到安全供水的效果，解決人們對用水安全的疑慮。

2.1.4 PPP模式

PPP模式，意為公有（Public）與私有（Private）并行的合營模式（Partnership），近年來逐漸成為企業界力推的一種公私合營關系。PPP模式將政府的一部分責任轉交給社會企業，一方面減輕了財政的負擔，另一方面減少了個人組織的投資風險，此類公益性較強的模式為建設智慧水務提供新的發展思路。水資源不再由國家單獨控制，民間私人企業可通過與政府合作的方式，在分得利益的同時，大幅度增加智慧水務行業融資量，加快推進智慧水務市場化的腳步。

2.2 環境背景

根據相關的研究結果，我國年降雨量約為648毫米。由于傳統建筑設計理念影響，城市里硬質道路和屋頂的面積在不斷擴展，破壞自然的海綿體，只有20%到30%的雨水可以從地面上滲漏，導致城市內澇、洪水等問題頻頻發生。為加大雨水的儲存量和加強城市的滲漏能力，我國提出了建設智慧水務的設想，希望通過智能化技術的力量便捷高效地處理大量水利數據，從而達到防治城市內澇的效果。

2.3 技術背景

2.3.1 涉水技術亟待提高

現階段我國城市和鄉村的給水排水系統相互分離、各成體系，由于經濟的差距，農村的水處理系統匱乏，水處理技術有一定的基礎但其發展卻是不平衡的。尤其是海拔較高的山區農村，技術不足使得供水十分困難，而居民們通過打井獲得的水資源并不符合飲用水的標準，長期飲用將大大危害他們的身體健康。可見城鎮化與城鄉一體化的進行對我國的涉水技術有著極高的要求和考驗，涉水技術的提高刻不容緩。

2.3.2 排水管網建設滯后

因為缺少完備的法規、有關的技術標準以及完善的管理技術規范，每個城市管網建設的管理水平和技術標準差別很大。個別城市排水管網資料管理缺失、儲存數據的方法過多，使得排水管網的資料不夠全面、準確，以至于排水管網的資產狀況不能被系統地掌握。

2.3.3 城市水系統管理技術落后

中國還有很多的城市依然在使用舊式工程的管理機制，導致城市水系統管理水平低下，技術規范不足。在排水管理方面還存在排水設施實時狀態不透明、排水時間應對方案不科學、后續改進措施實施不到位的問題。排水信息管理存在排水管網的基礎信息不齊、不實，管網運行情況掌控程度不高，各部門條塊分割，各系統數據標準不統一的問題。

3 智慧水務發展基礎和必要性分析

3.1 中國智慧水務的發展基礎

3.1.1 水務信息建設情況分析

1）水務信息化建設的現狀

目前，自動化和信息技術在水務行業中的應用越來越廣泛。在物聯網、云計算等信息技術的推動下，水務信息建設在提高服務質量和管理水平方面取得了很大進展。但與此同時幾何式的數據增長也給信息化工作人員帶來了數據種類多、質量差等問題，在數據的傳輸、查詢、分析等方面帶來了新的挑戰與機遇。

2）水務信息化建設的趨勢

在信息傳播與采集的規模空前的背景下，水務信息建設已從信息數據建設向智能平臺建設發展。“數字化”與“智慧化”的差別在于如何實現數據的有效梳理和分析應用，多數水務公司的信息化建設正從數字化轉變為智慧化，能否適應這一差別成了關鍵所在。由此可知，利用物聯網、大數據分析技術進行數據整合并實現智慧決策將成為水務信息化建設的未來趨勢。

3.1.2 水務管網建設情況分析

1）水務管網建設管理現狀

自二十世紀九十年代以來，供排水管網計算機模型建設與應用不斷取得進展，北京、上海、天津、深圳和廣州等大都市均制作了管網微觀模型，初步應用于供水規劃、狀態評估、運行調度和水質模擬等方面，使北京奧運會、上海世博會和廣州亞運會等大型國際活動的供水安全得到保障。

2）水務管網建設現有的問題

由于管網模型的建造、運行和維護的技術要求高、投資大以及缺乏相關的技術標準，管網模型的建設在中小城市中并不流行。管網的運營與維護一直是供水工作的重難點。面對海量管網數據，傳統管理辦法已不適用。現代管理需要及時、高效的手段，因此要利用科學管理的經驗改變管網管理方式，節約資源、提高管理水平、提供更好的服務。

3.1.3 ICT技術的發展及其應用

1）互聯網聯網技術的發展及其應用

“互聯網+”以互聯網技術的發展為基礎，強調高效分享和使用信息資源，為工業發展提供豐富且高質量的信息資源。隨著水資源監測站的數據獲取逐漸頻繁，數據量增長迅速，而人工處理數據效率較低，就財務角度而言計算機軟硬件成本及相關通訊費用都有所下降，因此可應用互聯網技術實現智慧水務，以提高數據處理效率。

2）物聯網技術的發展及其應用

物聯網是互聯網的發展，它建立了物物之間信息交換的渠道。水務物聯網移動監測系統充分發揮網絡覆蓋面廣、移動性強等優勢，在應對大范圍、多類型的突發事件時，不同類型的傳感器可同時將災情和現場視頻傳輸至后臺系統，工作人員就可運用系統進行處理。

3）云計算技術的發展及其應用

云計算，是將大量計算機處理程序分解為多個小程序，然后借助多個服務器的幫助進行數據搜索和計算分析，最后將處理結果發送給使用者。云計算的應用，能夠提高設備服務器的穩定性。例如，在遼寧省的云計算程序應用的過程中，遼寧水資源信息系統充分發揮信息管理的綜合優勢，通過云計算和虛擬化技術將最終處理結果傳送到用戶的手上。某種程度上，這個方法可解決單一操作系統多安裝和占有資源的問題，增強了系統運行的穩定性。

4）大數據技術的發展及其應用

為了構建基于信息社會的大數據庫，實現智慧水務的發展，互聯網信息技術已經廣泛應用于水務系統。在建立智慧水務數據平臺方面，我國的開發速度較為緩慢。由于缺乏充分的信息管理方案，很多信息的采集在平臺建設過程中不一致，從而每個單位的意見不統一，造成平臺建設延期與空缺的狀況。

3.2 發展智慧水務的必要性分析

3.2.1 生態文明建設的必然要求

為滿足人民對潔凈水的需求與國家生態文明建設的要求，提升水環境質量，防止水體污染成了當務之急，智慧水務也因此成為市場熱點。水是生態環境中極為重要的一環。水量和水質能否滿足生態需要，關系著生態文明建設的成敗。而且，生態文明的構筑是需要所有領域合作的復雜過程，智慧水務作為提供信息合并和資源交換的平臺，可以鏈接多個管理部門，推進全方位、全領域、全社會的生態文明建設。

3.2.2 助力城市政府有效提升水環境綜合治理能力的重要抓手

防洪排澇、水質污染管控與防災減災等公共服務，將因為智慧水務的誕生而變的更加優質，水務部門工作效率與處理應急事件的能力也將顯著提高，水務信息的收集、傳輸、處理、存儲以及管理都將得到加強，各類水環境監測的實時性、準確性得以實現，水環境綜合治理能力將會提升。

3.2.3 提高城市水務精細化管理水平的有效方式

當下，水務發展愈發趨向于智能化，精細化。過去數據冗雜，條塊分割的粗放式經營已難以適應水務事業快速發展的要求，智慧水務通過智能化供水調度體系，構建科學、高效的水環境綜合管理服務系統，從而實現整個水務管理工作的規范化、精細化以及智能化。

3.2.4 改善水環境、修復水生態、保障水質安全的重要舉措

智慧水務建設能有效提高河湖水系水質，消除黑臭水體，改善水環境。政府通過智慧水務系統，第一時間發現和減少安全事故和突發事件的損失，最大限度地保障國家財產不受損失和人民生活不受影響。公眾通過公共監測平臺或移動在線軟件等舉報黑臭水體，及時發現水污染，保障用水安全。

4、可行性分析

4.1 水利信息化建設的大力發展

人大會議上，李克強總理首次提出了“互聯網+”行動計劃，大力推動“互聯網+”，在各個行業開展廣泛試點和運用。在政策支持下，“互聯網+傳統水利”的模式將幫助我國現有水務系統打造一個大數據平臺，在當前ICT技術支持下實現智慧化，使物品之間實現信息交換，幫助社會各行業之間實現碎片化信息統一整合。

4.2 新一代信息技術的快速發展

互聯網思維的創新，促進了“互聯網+”和物聯網技術的產生，推動了社會經濟形態不斷前進，為社會進一步向前發展所需的改革、創新提供廣闊的網絡平臺。大數據和云計算平臺的不斷完善實現了水務信息的實時更新和整合，使得上下一體化協調發展。因此，傳統水利工程必然能夠跟上時代潮流，在現代化浪潮中，享受新一代信息技術快速發展帶來的紅利。

4.3 社會認識與需求的提高

智慧水務作為水利信息化發展的目標，通過獲取各類靜態及動態數據、構建數據庫等形成智慧化管理模式，得到社會的廣泛關注和重視。例如，德州市供水總公司歷時近一年的時間，建立了“一個網絡，一個平臺，一個中心”的水務運營監控管理體系結構，和適合企業經營服務區域的供水一體化綜合信息系統，使其達到國內同行業先進水平。臨沂市水務集團在2012年便針對城區供水管網運行問題，從“流量壓力監控系統”建設入手，著力打造“智慧水務”建設。上海則以需求為導向，依托智慧城市網絡基礎來建設智能水網，支撐實現水務統籌管理，推進跨行業的集約整合。北京雄安新區在智慧城市框架下也將智慧水務建設提上了日程，并制訂了全數字化的發展目標。由此可見，社會對智慧水務的認識與需求已達到一個新的高度。

5 結論

在當前的政策、環境、技術等背景下，智慧水務在信息建設、管網建設、ICT技術應用等方面具備一定建設和發展基礎。智慧水務作為智慧城市重要的公共服務設施，其建設和發展勢在必行。目前，“互聯網+”技術新趨勢的“物聯網、云計算、大數據”為“互聯網+水務”提供契機，促使智慧水務在水務行業全面展開，使其具有行業核心競爭力，實現水務行業管理數字化、智能化、規范化，加快水務的智慧化轉型，為智慧城市發展提供新活力。