童林毅,蔣永紅
(1. 余姚市第二自來(lái)水有限公司,浙江 寧波 315450;2. 杭州領(lǐng)圖信息科技有限公司,浙江 杭州 311200)
在信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,信息已經(jīng)成為各行各業(yè)應(yīng)對(duì)客觀環(huán)境、轉(zhuǎn)變政府職能、以及滿足公務(wù)服務(wù)的需要,人們的生活越來(lái)越離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)和信息,或者說(shuō),生活在城鎮(zhèn)中的每一個(gè)居民已經(jīng)成為信息的載體。從企業(yè)運(yùn)營(yíng)和管理應(yīng)用的角度而言,智慧水務(wù)[1]和實(shí)時(shí)數(shù)字養(yǎng)護(hù)是信息網(wǎng)絡(luò)化在城鎮(zhèn)水務(wù)行業(yè)的一個(gè)具體應(yīng)用實(shí)踐,通過(guò)各類應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的有機(jī)整合與數(shù)據(jù)挖掘,實(shí)現(xiàn)水務(wù)信息的互聯(lián)互通和資源共享,為城鎮(zhèn)水務(wù)精細(xì)化、智慧化管理提供技術(shù)支撐[2]。城鎮(zhèn)供水的智慧化管理和運(yùn)營(yíng),可以實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)用水更便捷、環(huán)境更優(yōu)良,促進(jìn)供水企業(yè)和諧、可持續(xù)成長(zhǎng),為居民創(chuàng)造更美好的生活環(huán)境。
近年來(lái),水務(wù)信息化建設(shè)已經(jīng)逐步深入和完善,特別是浙江省“五水共治”建設(shè)目標(biāo)提出以來(lái),“智慧水務(wù)”已成為浙江省水務(wù)企業(yè)信息化建設(shè)、科學(xué)化管理和企業(yè)效益提升的新標(biāo)準(zhǔn)和新要求。
現(xiàn)階段,在農(nóng)村城鎮(zhèn)化發(fā)展和市政建設(shè)逐步完善的大環(huán)境下,新農(nóng)村建設(shè)不斷發(fā)展,用水需求日益增長(zhǎng),隨著制水工藝的提高和鄉(xiāng)鎮(zhèn)小水廠的兼并,農(nóng)村供水將普遍采用大面域集中供水模式[3-4],供水企業(yè)逐步引進(jìn)了計(jì)量收費(fèi)、供水調(diào)度、管網(wǎng)維修、規(guī)劃設(shè)計(jì)、客戶服務(wù)等商業(yè)應(yīng)用軟件平臺(tái),普遍實(shí)現(xiàn)了水務(wù)信息從傳統(tǒng)檔案管理到數(shù)字化管理的轉(zhuǎn)變[5]。然而,由于地域或時(shí)間的限制,使得經(jīng)營(yíng)決策信息化不足或者缺乏有效協(xié)同合作,不能及時(shí)反饋實(shí)際或突發(fā)問(wèn)題。
農(nóng)村大面域供水智能化養(yǎng)護(hù)管理,借鑒智慧水務(wù)的經(jīng)營(yíng)理念,建立以GIS為核心的實(shí)時(shí)數(shù)字工作流程系統(tǒng)和智能分析預(yù)警架構(gòu)體系,規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化各類基礎(chǔ)信息化平臺(tái),實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)由被動(dòng)向主動(dòng)、靜態(tài)向動(dòng)態(tài)、粗放向精細(xì)、無(wú)序向規(guī)范的轉(zhuǎn)變,降低運(yùn)營(yíng)成本、提高服務(wù)效益,理論框架如圖1所示。
圖1 供水管網(wǎng)智慧化管理框架圖Fig.1 The framework diagram of water pipe network intelligent management
在某種意義上而言,管網(wǎng)智慧化管理即智慧管道的信息化管理,智慧管網(wǎng)應(yīng)該涵蓋全部管道及其周邊范圍內(nèi)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化的過(guò)程,通過(guò)采集、處理和應(yīng)用管道規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)等全過(guò)程、全生命周期的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和專業(yè)數(shù)據(jù),結(jié)合沿線環(huán)境、人文、經(jīng)濟(jì)、市政等社會(huì)信息,建立管道信息數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù),為管網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與決策提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持,從而達(dá)到管網(wǎng)智慧化且動(dòng)態(tài)管理的目的。
管網(wǎng)管理是農(nóng)村供水養(yǎng)護(hù)維護(hù)和運(yùn)營(yíng)管理的重要組成部分,農(nóng)村供水管網(wǎng)的智慧化管理,在滿足管道、社會(huì)、企業(yè)等各類資源優(yōu)化配置的同時(shí),實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)用戶和各職能部門之間信息的感知與溝通,最大化地促進(jìn)區(qū)域供水用水可持續(xù)發(fā)展。
供水管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)管理包括日常維護(hù)和工程新建兩方面內(nèi)容,其主要業(yè)務(wù)范圍包括:管網(wǎng)的搶修維修,設(shè)施的巡檢維護(hù),管道的更新改造,管網(wǎng)的漏損檢測(cè),以及違章的監(jiān)護(hù)指導(dǎo)等工作。在大量的供水實(shí)踐中,由于農(nóng)村供水管網(wǎng)分布廣闊零散、地形復(fù)雜多變、用水習(xí)俗差異以及季節(jié)性影響變化等原因,商用軟件各自為營(yíng)或孤軍獨(dú)戰(zhàn),數(shù)據(jù)堆積或信息孤島,使得信息化變成了電子地圖和電子報(bào)表,無(wú)法真正有效地解決農(nóng)村管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)的實(shí)際問(wèn)題。
管網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)字養(yǎng)護(hù)通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)在線感知技術(shù),結(jié)合微信公眾號(hào)和手機(jī)APP等互聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái),建立以GIS為核心的實(shí)時(shí)數(shù)字養(yǎng)護(hù)運(yùn)作系統(tǒng)與智能分析預(yù)警架構(gòu)體系,養(yǎng)護(hù)人員通過(guò)手機(jī)或平板等移動(dòng)設(shè)備即可完成接單、養(yǎng)護(hù)、結(jié)案、核算、歸檔等一體化流程作業(yè),工作流程如圖2所示。
圖2 供水管網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)字養(yǎng)護(hù)工作流程圖Fig.2 The fl ow chart of real-time water supply pipeline maintenance
實(shí)時(shí)數(shù)字養(yǎng)護(hù)為農(nóng)村供水注入了新活力,通過(guò)管網(wǎng)智慧化管理與運(yùn)維,建立轄區(qū)內(nèi)供水管道的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù),實(shí)現(xiàn)水務(wù)信息的互聯(lián)共享,促進(jìn)決策調(diào)度的優(yōu)化配置,提高企業(yè)管理的服務(wù)水平。
余姚二水司成立于1996年,主要服務(wù)于農(nóng)村供水事業(yè),供水區(qū)域389 km2,在20多年的運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中,管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)工作不斷更新與完善,然而依然存在著各類困境,以下從區(qū)域化運(yùn)營(yíng)、信息化決策和聯(lián)動(dòng)性調(diào)配3個(gè)方面加以具體說(shuō)明。
余姚二水司下設(shè)4個(gè)區(qū)域供水管理服務(wù)站,承擔(dān)著余姚市西北地區(qū)10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)或街道的供水任務(wù),轄區(qū)廣闊、用戶分散、用水不均及地域差異是農(nóng)村大面域集中式供水的突出難題。供水轄區(qū)地形崎嶇、道路曲折及建筑不規(guī)范等地域因素,導(dǎo)致管網(wǎng)線路長(zhǎng)和樹(shù)枝狀分布多的現(xiàn)狀,受外在環(huán)境影響明顯,爆管漏損嚴(yán)重,系統(tǒng)化運(yùn)作調(diào)度困難;流動(dòng)性和季節(jié)性的傳統(tǒng)作息習(xí)慣,致使人情水、催繳難和搶修失聯(lián)等事件時(shí)常發(fā)生,供水運(yùn)營(yíng)難以形成統(tǒng)一的管理模式。
余姚二水司擁有營(yíng)業(yè)收費(fèi)(MIS)、地理信息(GIS)、管網(wǎng)監(jiān)控(SCADA)、熱線服務(wù)(ACD)等基礎(chǔ)信息化平臺(tái),管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)實(shí)現(xiàn)了從圖紙檔案到數(shù)字化管理的轉(zhuǎn)變,但經(jīng)營(yíng)決策的信息化依然不足,養(yǎng)護(hù)管理與經(jīng)營(yíng)決策之間缺乏有效的協(xié)同與合作。
由于供水轄區(qū)廣闊和劃分式運(yùn)營(yíng),養(yǎng)護(hù)工作缺乏整體規(guī)劃和相互配合,不同職能部門間存在信息孤島或數(shù)字鴻溝;系統(tǒng)平臺(tái)間雖有無(wú)縫交互式接口,但缺乏數(shù)據(jù)信息共享與交換機(jī)制,無(wú)法發(fā)揮社會(huì)互動(dòng)、聯(lián)動(dòng)分析與科學(xué)評(píng)估等信息化功能。
養(yǎng)護(hù)維護(hù)工作簡(jiǎn)單地完成任務(wù)和事故登記,缺少資源優(yōu)化配置和科學(xué)運(yùn)營(yíng)調(diào)度,遇到突發(fā)事件只能任其發(fā)展或事后補(bǔ)救;養(yǎng)護(hù)維護(hù)事務(wù)單一、煩瑣且海量,報(bào)修資料機(jī)械性地堆砌,無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輔助導(dǎo)向和聯(lián)動(dòng)調(diào)配等信息化管理;養(yǎng)護(hù)維護(hù)管理強(qiáng)調(diào)爆管事故的搶修結(jié)果和及時(shí)率,缺乏事前聯(lián)動(dòng)分析和可能事故的預(yù)控預(yù)警,盲目關(guān)閥斷水或封路開(kāi)挖擴(kuò)大影響范圍。
綜上分析,農(nóng)村供水管網(wǎng)分布廣泛且復(fù)雜多變,如果沒(méi)有科學(xué)化調(diào)度與信息化管理,就會(huì)因?yàn)橘Y料丟失遺漏或者信息孤島阻斷而無(wú)法有效及時(shí)地指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)工作。
在農(nóng)村大面域集中式供水服務(wù)中,采用基于GIS為核心的實(shí)時(shí)數(shù)字養(yǎng)護(hù)管理模式具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,以下從區(qū)域運(yùn)營(yíng)、信息決策、聯(lián)動(dòng)調(diào)配、工程建設(shè)、事故預(yù)警和運(yùn)行維護(hù)等方面分析探討實(shí)時(shí)數(shù)字養(yǎng)護(hù)管理的應(yīng)用效果。
在農(nóng)村供水區(qū)域運(yùn)營(yíng)與服務(wù)中,大多采用樹(shù)枝狀管網(wǎng)分布和單表箱式水費(fèi)計(jì)量,供水轄區(qū)廣闊、用戶分散且地域差異是企業(yè)區(qū)域管理的主要困境,也是導(dǎo)致其他供水事故的觸發(fā)因素。
基于GIS數(shù)字養(yǎng)護(hù)管理的區(qū)域運(yùn)營(yíng)模式,建立以GIS為核心的供水“一張圖”信息平臺(tái),各職能部門及供水站權(quán)屬管網(wǎng)、監(jiān)控、巡檢、搶修、水費(fèi)、回訪和調(diào)度等服務(wù)職責(zé),形成管理運(yùn)營(yíng)一體化與可視化的組織流程,如圖3所示。通過(guò)PC客戶端或APP移動(dòng)服務(wù)端的實(shí)時(shí)調(diào)用、使用、反饋(報(bào)告或上傳)和銷毀功能,消除區(qū)域屏障和信息壁壘,實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的有效溝通與快速傳遞;通過(guò)客服熱線、門戶網(wǎng)站、論壇專欄、微信公眾平臺(tái)等對(duì)外服務(wù)窗口,及時(shí)發(fā)現(xiàn)收集問(wèn)題、及時(shí)解決處理事故、及時(shí)溝通回訪困惑,實(shí)現(xiàn)公眾服務(wù)的互動(dòng)和政府衛(wèi)檢的監(jiān)督;通過(guò)智能分析和信息挖掘技術(shù),預(yù)控預(yù)警管網(wǎng)和設(shè)備的運(yùn)行狀況,分析統(tǒng)計(jì)區(qū)域用水報(bào)修的差異性,避讓搶修高發(fā)期、用水高峰期、漏損排查期、農(nóng)忙及習(xí)俗流動(dòng)期等特殊時(shí)段,建成統(tǒng)一協(xié)調(diào)的管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)和供水服務(wù)體系。
圖3 農(nóng)村供水管網(wǎng)在線巡查Fig.3 Routing inspection of rural water supply pipe network
在農(nóng)村供水?dāng)?shù)字化和信息化管理過(guò)程中,商用信息平臺(tái)孤立運(yùn)作,數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不相融,資源信息不互通,存在嚴(yán)重的數(shù)據(jù)堆積或信息滯后,產(chǎn)生信息孤島和數(shù)字鴻溝,最終形成電子地圖和電子報(bào)表形式的僵化管理狀態(tài)。
基于GIS數(shù)字養(yǎng)護(hù)管理的信息決策模式,設(shè)置專屬服務(wù)器和安全網(wǎng)關(guān),搭建統(tǒng)籌全局的智慧信息平臺(tái),標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和有效掛鏈各類基礎(chǔ)信息子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)資源信息的協(xié)同處置和優(yōu)化調(diào)配,對(duì)內(nèi)執(zhí)行管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和設(shè)備管理的預(yù)警決策,對(duì)外提供搶修維修和供水服務(wù)的監(jiān)督指導(dǎo),如圖4所示。通過(guò)管網(wǎng)資料、監(jiān)控狀態(tài)、管理決策及智能分析等信息數(shù)據(jù)的分享和交換,快速發(fā)現(xiàn)并實(shí)時(shí)處置問(wèn)題,消除不同職能部門間的信息延遲和事件延誤,滿足信息決策上情下達(dá)和致知至行的需求;通過(guò)水質(zhì)、水壓、水損、事故進(jìn)度和受災(zāi)范圍等水力模型的預(yù)控預(yù)警,實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)與決策之間的科學(xué)評(píng)估和聯(lián)動(dòng)協(xié)作,確保供水信息處于實(shí)時(shí)、受控和可追蹤狀態(tài);通過(guò)環(huán)保、氣象、規(guī)劃、城建及國(guó)土資源等行政部門的在線同步論證、評(píng)估與修繕,實(shí)現(xiàn)供水信息資源的社會(huì)共享與業(yè)內(nèi)交流,提升企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量和辦事效率。
圖4 農(nóng)村供水管網(wǎng)爆管受災(zāi)分析Fig.4 Accident analysis of rural water supply pipe network
在傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)流程中,“先爆管,后維修”是一種被動(dòng)的運(yùn)作方式,斷水時(shí)間長(zhǎng)、維護(hù)壓力重、資源閑置高,無(wú)法避免決策孤立散亂、資料缺失或不完善和管網(wǎng)失衡隱患等管理弊端。
基于GIS數(shù)字養(yǎng)護(hù)管理的聯(lián)動(dòng)調(diào)配模式,在業(yè)主統(tǒng)一組織和監(jiān)管下,授予施工、監(jiān)理和設(shè)計(jì)單位臨時(shí)操作權(quán)限,在線監(jiān)控、溝通、協(xié)商和處理工程建設(shè)過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題,提供一個(gè)智慧化信息化運(yùn)作平臺(tái),實(shí)現(xiàn)參與各方的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)管理,如圖5所示。信息系統(tǒng)(GIS)根據(jù)人員、物資、車輛和設(shè)備的運(yùn)作與分布情況,科學(xué)合理地派送搶修任務(wù)單,統(tǒng)籌調(diào)度養(yǎng)護(hù)事務(wù)和資源配置,實(shí)施專業(yè)化便捷化搶修維修流程,減少災(zāi)情擴(kuò)大損失和事故等待時(shí)間;專業(yè)搶修隊(duì)限時(shí)實(shí)施搶修維修任務(wù),在線反饋現(xiàn)場(chǎng)施工和管理決策的書面、圖片或視頻等媒體記錄,為后期養(yǎng)護(hù)維護(hù)或其他作業(yè)提供現(xiàn)場(chǎng)還原;事故處理過(guò)程中及時(shí)收集、分類存檔資料,統(tǒng)計(jì)評(píng)估水質(zhì)、水壓、水損、停水時(shí)間及影響范圍等管網(wǎng)狀態(tài),提供預(yù)控預(yù)警和輔助導(dǎo)向數(shù)據(jù),反饋搶修與供水之間的關(guān)聯(lián)信息,避免盲目關(guān)閥斷水或過(guò)度封路開(kāi)挖;竣工結(jié)算階段,在線分段驗(yàn)收和提交資料,事后統(tǒng)一審計(jì)、完善和補(bǔ)充,消除無(wú)人管理的空白時(shí)段,實(shí)現(xiàn)工程并網(wǎng)的無(wú)縫化銜接。
圖5 管網(wǎng)搶修維修Fig.5 Pipe network repairment
傳統(tǒng)管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)缺少智能分析功能,必要的設(shè)計(jì)分析、方案決策和預(yù)控預(yù)警大都通過(guò)人工完成,建立在資源共享和實(shí)時(shí)信息基礎(chǔ)上的智能分析,更能體現(xiàn)養(yǎng)護(hù)管理的先進(jìn)性、科學(xué)性和人性化服務(wù)。
在工程建設(shè)方面,借鑒氣象、環(huán)保、交通、水利、規(guī)劃和城建等部門的共享資源,提供規(guī)劃調(diào)研、資金籌措、勘察設(shè)計(jì)、施工安裝和并網(wǎng)運(yùn)行等工民建的一體化管理,遇到工程變更、設(shè)計(jì)修改、特殊地段和方案調(diào)整等突發(fā)事件在線上傳媒體資料并及時(shí)溝通,必要時(shí)進(jìn)行事后現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn),實(shí)現(xiàn)業(yè)主方和監(jiān)管部門的實(shí)時(shí)監(jiān)控與協(xié)同指導(dǎo)。
在事故預(yù)警方面,通過(guò)監(jiān)控信息、施工工藝、水力模型和車輛設(shè)備荷載等預(yù)警數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)分析搶修點(diǎn)、漏損點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)和供水平衡等日常狀態(tài),評(píng)估自然災(zāi)害或規(guī)劃方案對(duì)管網(wǎng)設(shè)備的影響閾值,確定管道的承載狀況和安全距離,事先采取保護(hù)措施或者提出修改拒絕建議,將人為或自然災(zāi)害控制在事故爆發(fā)之前。
在運(yùn)行維護(hù)方面,借助海量監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和在線共享資源,持續(xù)加工或挖掘探勘水質(zhì)、水壓、流量、管網(wǎng)平衡和設(shè)備狀況等供水信息,智能調(diào)控最佳儲(chǔ)水量和壓力流量值,預(yù)控預(yù)警事故易發(fā)區(qū)段,確定最佳施工時(shí)間、最佳排污時(shí)段、最佳泵站位置、最佳搶修線路、最佳規(guī)劃方案和最佳運(yùn)營(yíng)方式等運(yùn)維策略,事先做好應(yīng)急預(yù)警和搶修準(zhǔn)備。
實(shí)時(shí)數(shù)字養(yǎng)護(hù)為農(nóng)村供水提供了全新的管理手段和服務(wù)模式,基于GIS為核心的信息化管理在農(nóng)村大面域供水服務(wù)中具有廣泛的應(yīng)用前景,通過(guò)上述分析,可得到如下結(jié)論:
1)在信息化和網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代背景下,新農(nóng)村建設(shè)持續(xù)推進(jìn)和制水工藝不斷提升,中長(zhǎng)距離輸配水、專業(yè)化調(diào)度運(yùn)營(yíng)和智能化監(jiān)控預(yù)警等應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)日臻完善,農(nóng)村大面域集中式供水能夠滿足轄區(qū)內(nèi)用水需求和用水安全,基于GIS管理的供水管網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)字養(yǎng)護(hù)技術(shù),對(duì)于“節(jié)約水資源,提升服務(wù)質(zhì)量,解決實(shí)際問(wèn)題”等具有積極的促進(jìn)作用,確保供水用水可持續(xù)發(fā)展,為城鄉(xiāng)居民提供舒適便捷的用水環(huán)境。
2)水廠信息化管理和管網(wǎng)數(shù)字化運(yùn)營(yíng)必然會(huì)產(chǎn)生大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),實(shí)時(shí)數(shù)字養(yǎng)護(hù)管理借助GIS技術(shù)核心可以有效地組織協(xié)調(diào)各數(shù)據(jù)流和信息流之間的互聯(lián)關(guān)系,充分調(diào)和不同職能部門間“信息聯(lián)系不互通,數(shù)據(jù)處理不快捷,系統(tǒng)更新不及時(shí)”等信息孤島和數(shù)據(jù)冗余的矛盾,提供專業(yè)預(yù)警和智能調(diào)度,解決農(nóng)村供水“市政管線龐雜化,地理環(huán)境差異化,養(yǎng)護(hù)管控艱難化”的難題。
3)通過(guò)GIS應(yīng)用技術(shù)與供水工程實(shí)踐的有效結(jié)合可以解決農(nóng)村管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)的現(xiàn)實(shí)難題,使得信息化不再只是電子報(bào)表和電子地圖,同時(shí),供水管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)實(shí)踐的“組織管理,輔助決策,智能分析,事故預(yù)警”等應(yīng)用功能,為GIS技術(shù)在城鎮(zhèn)專業(yè)管線應(yīng)用方面提供了理論研究模型和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。