智慧水務建設的研究和探討

□ 方偉南

2021年是中國共產黨成立100周年，是實現第一個百年奮斗目標的歷史交匯期，水環境保護事關人民群眾切身利益，事關小康社會的全面建成與中華民族的偉大復興。2012年頒布的《國務院關于大力推進信息化發展和切實保障信息安全的若干意見》，首次將推進智慧城市發展相關理念在國家層面上提出[1]。2015年，住房城鄉建設部、科技部發布的《關于公布國家智慧城市2014年度試點名單的通知》中，將智慧水務列為智慧城市專項試點建設內容之一[2]。

智慧水務建設為城市管理智能化水平的重要指標，是水務事業發展、行業管理與服務的重要支撐和保障，也是保障民生的技術支撐手段[3]。智慧水務的概念很廣泛，包括水文水資源、水質、供排水及防汛排澇等多個方面[4]。從規模上，可以分為城市智慧水務與工業智慧水務兩個部分。

本文綜述當前智慧水務的發展現狀，結合目前技術推廣實例，分析目前存在的問題，提出相應意見或建議，以期為未來技術發展及管理模式推廣提供參考。

1 城市智慧水務

1.1 城市智慧水務發展現狀

城市智慧水務是指通過信息技術為城市的水務管理提供信息化、智慧化支撐，通過構建全方位的城市智能水務管理系統，利用計算機模型和智能控制模型，形成“水務物聯網”，對城市供水、內澇風險進行測控，根據數據推算、預測城市供排水情況，并提供一定的處理意見供管理者參考的智能化水務管理方式[5]。

城市智慧水務的建設目的，一是為深化水務系統管理體系與運營機制的改革，改變條塊分割、粗放經營的現狀；二是進一步改善水務基礎設施條件和提高應對危機事件的能力，使管理協同化、資源利用高效化、業務智慧化、服務便捷化。

目前，城市智慧水務在全國各大城鎮均有不同程度的普及。北京構建的“4511”水務信息化綜合體系包含4大監測體系、5大控制體系、1個水務數據中心、1個業務應用體系，目前已實現北京市涉水事務全網“智慧化”[6]；上海建設的智能水網包括智慧河網、智能供水以及智能防汛，建立上海水務大數據中心，以滿足人民高質量生活水平的需求，實現可持續發展[7]；廣州水務中心為解決水務行業數據分散問題，提出“四個面相”解決方案，實現了水務信息在各個層面上的集中管理與實時共享，整合各地區水務數據，提高政府服務水平[8]；深圳市作為國家創新型城市，緊跟水務信息化建設的步伐，結合自身水務管理信息化的需要，通過構建“1+3+N”的應用體系框架，全面提升水務工作運行與管理水平[9]。

1.2 城市智慧水務建設問題與建議

城市智慧水務建設在全國如火如荼地進行，我們依舊不可忽視城市智慧水網推行中存在的問題。一是對于二、三線城市而言，建設資金投入不足、硬件設施匹配不到位、信息化程度不高等問題依舊存在。二是所采用的智慧水務評價方法不夠準確合理，不同地區評估指標不一致。城市水務相關管理部門要加大資金投入，建設設施物聯網，解決在管理中出現的信息收集緩慢、資料匱乏等問題。結合日常工作需要，開發切合實際需求的管理系統，提高工作效率。

目前，我國城市智慧水務的部分關鍵技術還要依賴國外支持，某些關鍵設備也需要從國外進口，因此當前發展的主要任務是要突破關鍵技術領域，開發、制造具有自主知識產權的核心技術與設備。

城市智慧水務建設的最終目的是服務大眾，因此要邀請公眾參與，開展相應的宣傳、實踐活動，建立能有效服務公眾的服務平臺。

建立標準化管理體系是保證建成后的各種系統可持續發揮作用的前提，城市水務相關部門要根據自身職能與業務特點，構建合理有效的管理制度。

2 工業智慧水務

2.1 工業智慧水務概念

隨著對工業企業環境保護要求的不斷提高，工業水系統作為生產中的重要輔助系統，在滿足工藝標準的同時對其本身精細化、自動化、智能化的要求也不斷提高，“工業智慧水務”概念被逐步提出。

工業智慧水務應用物聯網、云計算技術，將工廠內各項給水設施、排水設施、循環水設施、水處理設施與管網整合為一個綜合系統，經過大數據管理、分析、處理和決策，實現水資源高效利用，節能減排，從供給方面實現整個工業水務系統的改革與創新[9]。

與城市智慧水務不同，工業智慧水務是從基層出發，對象通常是工業企業下屬的與水相關的輔助生產部門，體量較小。工業水務從根本上改變了我國以往傳統的粗放型工業用水模式，實現動態高效的新型水務管理模式，體現在全廠水的資源化、智慧環保、數字節能及精細化、智能化供水等幾個方面[10]。

工業智慧水務有自身獨特的發展模式，分為主線驅動發展模式、利益驅動發展模式、循序漸進發展模式及創新驅動發展模式[11]。

主線驅動發展模式基于工廠中工藝生產線的升級與改造，為建設工業智慧水務提供良機。近幾年頒布的相關法律法規，對火力發電廠的水量和水質提出更加嚴格的指標要求，電力工業在水資源日益緊張和工業水費逐年上漲的兩大壓力下，對循環水系統改造需在疏清各系統用水、排水數據資料的基礎上，根據各系統工藝的用水水質要求，對工業用水進行分層分別利用，以達到梯級供水、循環復用的目的[12]。

利益驅動發展模式是通過在短期內實現利益目標，促使工業企業建設智慧水務。將智慧水務應用于生態取水、廢水處理，通過遠程控制節水節能、提高使用效率、縮短建設周期、簡化管理、減少人員投入，以達到降本增效的目的[13]。例如對鋼鐵行業循環冷卻水系統進行改造，調整制氧冷卻水系統的水泵輸送的功率，優化輸送管道的效率，大量減少用電，每年直接節約電費可達100萬元[14]。

循序漸進發展模式分為橫向與縱向。考慮到技術難度與經濟條件，改造可以從簡單入手，循序漸進，從局部到全場有序進行。

創新驅動模型是將新型水處理工藝和技術與工業智慧水務有機結合，容易被業主接受。目前根據《火力發電廠節水導則》（DL/T 783—2018）及《火力發電廠水務管理導則》（DL/T 1337—2014）要求，實現火力發電廠“零水”排放是目前“智慧電站”的必然選擇。將創新設計理念融入初次設計與建設階段，避免投產后煩瑣的二次技術改造，建立三維立體模型和動態流程圖，使管道、水工設備埋設及工作運行情況一目了然，儀表在線配備率達到100%，實現全廠用水的統一調度[15]?？梢暬倪\行調度系統、智能化的管理模型、自動化的數據采集、實時化的監控系統，幫助水務工作人員完成對整個廠區的“一步化”管理。最后利用大數據模型分析，實現系統的最優化高效運行，這是目前建設單位的普遍選擇。

2.2 工業智慧水務建設問題與建議

工業智慧水務普及依舊存在諸多問題。由于工業智慧水務通常是為生產線服務，供、排的水質與水量均呈現動態變化，因此技術難度不在于在線監測與數字化、智能化網絡覆蓋，而在于系統與生產模型的構架。為構建工業水務系統，需要做好頂層規劃工作，統籌建設，全系統統一架構，整合GIS系統、管網模型、供水調度決策支持系統、客戶服務系統等，不僅實現水質、水壓、流量、能耗等水源地參數、管網參數、水廠數據、二次供水、智能表數據的匯集管理，還能讓工業水務系統與產品、用戶充分互聯，實現內外部數據充分匯聚。

除技術難度外，經濟成本也是工業智慧水務的另一難題。因工廠工藝不同，所處地理位置不同，外部條件也不同，所需的控制系統與設備均不相同，定制化建設所需成本較高，特別是對于中、小型企業影響較大。只有發展各類軟件、硬件設施的設計、生產技術，降低生產成本、擴大應用市場，才能真正從根本上降低工廠的建設運營成本。此外，規范化管理也能減輕經濟負擔，明確各類設施的合理生命周期，保證各設施在使用壽命期間正常發揮功能，加強技術人員專業技能培訓，確保系統長期安全運行。

3 智慧水務實際應用案例

隨著智慧水務相關技術的發展，我國許多城市已經開始樹立智慧管理的理念，對城市水系統進行改進提升，逐步建成智慧水務城市。

湖北省武漢市污水處理綜合運營管理平臺，應用云計算技術、互聯網整合各項資源整合，構建虛擬的計算資源池，再利用互聯網為平臺使用人員提供服務。平臺可以監控污水處理廠的進、產、排環節，收集處理廠的水位、水量、水質、能耗等數據，通過數據分析優化管理模式與工藝參數，達到規范管理、節能降耗的目的。

圍繞防汛抗旱、水資源調度和水環境治理三大目標，四川省成都市新津縣建立了“水務物聯網”系統，總投資約518萬元，建立了8個監測點，可實現水資源、水環境、水安全的系統化管理，初步實現智能化水務信息系統。新津縣二期工程項目將進一步整合資源，實現信息共享，形成集水質監測、防洪抗旱和城市管理的綜合指揮平臺，為經濟社會持續發展提供信息化服務。

廣東省深圳市水務建立一套完整的信息采集系統，全市建成近100個雨量站和水文站，99個供水水質在線監測站。水質在線監測可以監測主要供水主干管的pH值、壓力、濁度及總氯。除了水質監測站點，還建設了118個視頻監測點，通過視頻資源共享，可實時監控全市的主要水庫、海堤、河道和易澇點。除了信息采集方面，深圳市在網絡建設、數據中心建設方面也建成了水務基礎數據庫、信息資源交換平臺，實現了信息公開數據的共享與交換。

4 展望

智慧水務是水務系統發展建設的結晶，是智慧城市不可或缺的組成部分。智慧水務的發展不僅是水務建設水平的直觀體現，是人民生活生產的需要，是防止環境污染、洪水內澇的有效保障，也是國家戰略發展的有力推手?，F代技術的飛速發展為智慧水務的普及提供了廣闊的空間。物聯網、大數據的完善也為智慧水務的構建提供了穩定生物基礎框架。加強供、排管理一體化、智能化，加大扶持力度，制定科學評價體系，合理利用投資資源，突破相關技術難題，提高系統安全水平與準確性是未來智慧水務的發展方向，也成為新一代水務人的奮斗目標。