智慧水務建設現狀與未來趨勢

三峽集團四川能源投資有限公司 彭倩

作為智慧城市建設的重要組成部分之一，智慧水務建設具有重要意義，對其現狀的認識和內涵的理解至關重要。本文總結智慧水務的內涵目標和建設框架，回顧其發展歷程和區域發展狀況，總結其發展模式和未來發展趨勢，為更科學地認識智慧水務建設提供依據。

一、智慧水務的內涵和發展歷程

（一）智慧水務的總體要求

借鑒智慧城市等其他行業建設經驗，建設天空地一體化感知體系、全面互聯互通體系［1］，并引入類似“水利大腦”的融合分析技術，以“大感知”“大網絡”“大數據”“大融合”“大應用”為核心，綜合運用“物聯網”“云計算”“移動互聯”等新技術，基于“互聯網+”智慧水務的戰略思維，建立水務信息感知準確全面、IT基礎支撐安全可靠、業務應用智能有效、領導決策高效便捷的智慧水務體系［2］，實現水務業務管理一體化、水務監控可視化、水務信息規范化、水務資源共享化、水務決策科學化，為水務管理能力和效率的提升、智慧水務建設提供全面信息化支撐。

（二）智慧水務的建設目的

智慧水務建設旨在使整個水務產業鏈實現智慧化，其主要目的是使供水過程運營更高效、服務更靈活、過程更安全[3]。智慧水務建設是提高居民生活質量水平、推動城市建設發展的重要舉措，也是智慧城市建設的重要組成部分，其理念和方法是通過新一代信息技術與水務技術的深度融合，充分發掘數據價值和邏輯關系，實現水務業務系統的控制智能化、數據資源化、管理精確化、決策智慧化，保障水務設施安全運行，使水務業務運營更高效、管理更科學、服務更優質。

（三）智慧水務發展歷程

國內的智慧水務發展歷程高度依賴于信息行業的發展，可分為3個階段：1990-1999年為初步發展期，這個階段主要基于電子自動化技術的起步，以自動化控制為目標，初步實現了水庫、壩體、河道等水務基礎信息的自動化監測和采集等，為后續發展打下了良好基礎。2000-2009年為穩定發展期，隨著信息技術的高速發展，通信網絡逐漸實現，水務信息化也穩步發展，最終實現了水務基礎信息的聯通。2010年之后為快速發展階段，水務信息化發展速度明顯加快，智能傳感技術應用已經普及，物聯網技術相對成熟，大數據、人工智能和區塊鏈綜合應用，水務管理系統也實現智慧化、智能化。

二、智慧水務建設內容

（一）智慧水務架構

面對我國的水資源困境，推動智慧水務建設是必經之路。智慧水務的技術架構包括信息安全、標準規范、業務應用、大數據重心、信息采集和基礎設施。其中，信息采集是智慧水務“感覺系統”，助力監測網絡對涉水對象及其環境信息的感知和接受（見圖1）。

圖1 智慧水務技術架構

（二）智慧水務構建任務

智慧水務構建的主要任務是實現數據大感知體系、數據傳輸大網絡體系、資源大數據體系、知識大融合體系和業務大應用體系的構建[4]。

1.數據大感知體系構建

信息收集采集是智慧水務系統構建的基礎，需要實現全天候、全方位、多層次的立體化感知系統，提升數據的獲取能力，完善水務信息“大感知”體系。

2.傳輸大網絡體系構建

完善水務信息化“大網絡”建設，保障數據無障礙傳輸，在網絡化的基礎上實現萬物共享，可有效實現水務信息化網絡建設。

3.資源大數據體系構建

除了直接監測、收集到的水務數據之外，還需要全面整合分散的各類水利信息和資源，建設水務“大數據”體系，實現科學共享。

4.知識大融合體系構建

構建數據、算法業務模型知識大融合體系，包括大數據融合前處理層的基礎庫建設，大數據融合的算法、方法層建設，業務融合分析、決策成果輸出層建設等，從而建設“大融合”深度分析新體系。

5.業務大應用體系構建

水務核心業務系統建設需要與水務的業務需求相對應，基于大感知、大網絡、大數據、大融合，實現核心“大應用”業務系統，實現新時代智慧水務管理和應用。

（三）智慧水務產業鏈

從產業鏈來看，智慧水務產業鏈包括上游的監測設備供應商，中游的自動化方案服務商、智能技術服務商，下游的系統集成服務商。

上游：上游的硬件支撐商家企業分別為下游的系統集成服務商提供各種監測儀器等硬件設備。上游的硬件設備供應商數量眾多，行業集中度低，市場競爭激烈。

中游：中游的自動化方案服務商為下游的系統集成服務商提供設備自動化解決方案，智能技術服務商為下游的系統集成服務商提供物聯網、智能傳感、云計算、大數據、地理信息系統（GIS）、建筑信息管理（BIM）、人工智能等技術服務[5]。

下游：下游的系統集成服務商通過集成各類智能技術以及硬件設備，為最終用戶提供智慧水務應用服務。在系統集成服務商提供的智慧水務應用服務方案中，智慧水務管理平臺發揮著關鍵作用，可提供生產管理、運維管理、經營管理、客戶服務、綜合管理等多方面服務。

（四）智慧水務實現流程

從實現流程上來說，智慧水務產業劃分為四個層次，即感知層、傳輸層、平臺層和應用層[6]。

感知層是智慧水務信息進行感知、識別和采集的基礎硬件設施，為信息處理和決策提供基礎數據支撐。主要硬件備包括檢測設備、流量設備、監控設備和探測設備等。感知層設施目前在智慧水務整體市場投資中超過50%。

傳輸層是實現智慧水務的網絡集群保障，需要高速率、低損耗、安全可靠地連接感知層和平臺層。傳輸層主要包括有限寬帶、4G/5G網絡和無線網絡等，因此，市場主體主要是網絡及通信基礎設施運營商。

平臺層包括各種水務應用和成果轉化系統，產業鏈環節包括各類支撐軟件、系統集成和云計算中心。其中，支撐軟件包括嵌入式軟件、數據挖掘和GIS技術平臺、數據挖掘和GIS技術平臺等，系統集成包含硬件集成和軟件架構集成，云計算中心實現數據存儲和數據運算等。目前市場規模較小，且大多數處于起步階段，但隨著智慧水務理念的深入人心和技術的逐漸發展，平臺層在產業鏈的比重將越來越大，具有巨大的市場潛力。

應用層與涉水業務和水務管理的需求相結合，是推動城市水務優化升級的重要“落腳點”，是智慧水務獲得持續發展的動力所在。當前智慧水務的應用領域主要為三個方面，分別是智慧水服務、智慧水運營和智慧水管理，每個領域都應有其相應的業務系統。

三、智慧水務建設現狀

（一）區域分布與地方發展

智慧水務行業的發展狀況往往與當地社會和經濟發展水平緊密相關。一般情況下，城市水務發展依賴于城區發展狀況和城市規劃發展，多數企業只能在其覆蓋的范圍內開展業務，因此，區域性較為明顯。從目前來看，華東地區是我國智慧水務行業最大的市場，其次為華南地區。以2019年為例，華東和華南地區市場規模分別占全國的33.00%和14.55%[7]（見圖2）。

圖2 2019年中國智慧水務市場規模區域結構

早在20世紀90年代，我國大部分地區已經開展了水務信息化建設。隨著水務管理要求不斷提高，各地政府開始意識到應該從更加宏觀的角度進行水務規劃。浙江、上海、廣州和深圳等省市已經在著手推進智慧水務或相關工程的建設工作。

2012年，浙江省政府通過發布《關于務實推進智慧城市建設示范試點工作的指導意見》，部署智慧城市建設，將臺州市列入首批智慧水務推進試點。初定建設期為2012年至2015年，即2012-2013年為建設階段，2014-2015年為完善和推廣階段，總投資估算約4.1億元人民幣。

圍繞“十二五”期間創建“智慧城市”的總體目標，上海市明確提出要按照“智能水網”三年行動計劃，全面推進“十二五”信息化規劃。

早在2009年，廣州就提出了“以水務信息化帶動水務現代化，以水務信息化促進水務行政職能轉變，以水務信息化推進水務管理的精細化”的水務建設指導思想。2011年，廣州水務局發布《廣州水務局信息化“十二五”規劃發展報告》，計劃到2015年基本建成結構合理、功能完整、安全穩定、覆蓋全局的水務信息化體系，建成數據中心，形成水務基礎數據主體框架，對內對外提供數據交換和共享服務，95%以上的業務實現在集成統一的業務平臺上辦理。

深圳以“數字水務”為重點工程推進水務信息化建設，“數字水務”是深圳水務發展五大工程之一，要求打造信息采集網絡、信息公用平臺、統一管理調度和基礎數據四大信息平臺。《深圳市水務發展“十二五”規劃》對實現“數字水務”、推動水務信息化建設作出了具體部署，指出要以信息采集為基礎，以通信與網絡為依托，以水務數據中心為核心，構建水務信息化綜合體系，改善信息基礎設施，整合信息資源，推進業務應用的按需協同，提高信息開發與綜合應用的程度，為實現水務管理方式從粗放到精細、從條塊向綜合的歷史性轉變提供支撐。

（二）市場競爭格局與前景

智慧水務屬于新興行業，目前已有部分企業正積極實現由表具供應向為客戶提供綜合水務管理與數據服務的戰略轉型。但總體而言，參與智慧水務的企業數量依然較少，尚未出現全面領先的龍頭企業。“十四五”時期將成為我國智慧水務加速發展時期，智慧水務行業競爭格局將逐漸由分散向集中過渡，未來有望誕生千億級別的龍頭企業。未來，伴隨著中國城鎮化速度逐漸加快，以及物聯網、智能傳感、云計算等技術在智慧水務領域的應用逐步深化，中國智慧水務市場規模將進一步擴大。預計到2026年，中國智慧水務行業規模將達到237億元[8]。

（三）智慧水務的建設模式

從目前來看，智慧水務的建設模式可以歸納為以下幾類：政府主導、政府主導+運營商BOT和企業主導。

政府主導即政府頂層設計、總體規劃和主動出資，同時通過整合項目、拼盤資金等形式實現優勢互補、形成合力。代表性案例為寧夏自治區的水利信息化建設，通過財政配套7000萬元，拼盤各類項目資金約2億元，將大型灌區和大型泵站改造及其他各類水利項目中的信息化資金整合使用，共同投入水利信息化建設，實現了“1+1＞2”的資金綜合效益。該模式為智慧水務發展提供了水利信息化建設方面的經驗。

政府主導+運營商BOT模式即除了財政投入外，對部分建設內容采用BOT方式，允許參與企業在一定時期內籌集資金建設相關基礎設施，并管理和經營該設施及其相應的產品與對部分建設內容采取BOT模式。代表案例即臺州市水務建設，政府作為試點項目的責任主體和項目建設主體，主要包括相關物聯網感知站點和中心管理平臺，以及由通訊營運商負責建設、監測部分的商業運營。

企業主導模式將智慧水務建設主導權交給市場。近年來，相關水務企業的數量和處理能力都保持了持續高速發展的趨勢，眾多供排水企業集團化發展趨勢明顯。水務企業通過項目股權融資、融資租賃、信托、債券等多種方式籌集資金，投資并主導智慧水務項目的建設，通過規范的可行性研究論證，申請部分政府專項資金的投入，并在項目建成后，通過用戶使用付費逐步收回部分投資，這樣的建設模式正在逐漸成型。

總體而言，智慧水務建設與智慧城市一樣，由政府完全主導、出資和實施的模式已難以為繼。智慧水務建設涉及社會各個方面，其中，基礎設施建設如感知層數據信息采集網、云計算數據中心等專業性要求較高，公益性強，建議“以政府牽頭，主導信息化建設”為主，持續完善基礎設施數據庫建設，為進一步投資建設和運營提供強大的支撐和保障。

四、結論

本文總結了智慧水務的內涵目標和建設框架，回顧其發展歷程和區域發展狀況，總結發展模式，指出未來發展趨勢。智慧水務建設是智慧城市建設的重要組成部分，其主要目的是使供水過程運營更高效、服務更靈活、過程更安全。智慧水務的內容包括信息采集、信息傳輸、資源整合、知識融合和體系應用等五個部分，技術架構包括信息安全、標準規范、業務應用、大數據重心、信息采集和基礎設施建設等模塊。目前，全國智慧水務各地發展水平不一，華東和華南地區發展較快，各地建設模式也有所差異，包括政府主導、企業主導和二者相結合等多種模式。

隨著5G技術、物聯網、大數據、云計算及移動互聯網等新技術不斷融入傳統行業，智慧水務作為信息技術與水務管理結合的先進模式，正迎來行業發展的黃金期。