智慧水務(wù)發(fā)展的可行性

高倩倩 陳家睿 楊麒臻 林男津 陳雅真

福州大學(xué)土木工程學(xué)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(shè)的重要手段，在補(bǔ)齊城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的短板及改善民生上，“智慧水務(wù)”正當(dāng)其時(shí)。智慧水務(wù)將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用于水務(wù)信息系統(tǒng)，對(duì)大量水務(wù)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、監(jiān)測(cè)、模擬、分析和提供決策；旨在解決水務(wù)工作問(wèn)題，提高水務(wù)管理和服務(wù)水平，為建設(shè)和發(fā)展智慧城市提供更好的支撐。

2 智慧水務(wù)發(fā)展背景分析

2.1 政策背景

2.1.1 智慧城市

習(xí)近平總書記在十九大的報(bào)告中將建設(shè)智慧城市作為新時(shí)代我國(guó)謀求發(fā)展的創(chuàng)新性內(nèi)容。國(guó)家八部委在2014年共同發(fā)表的《關(guān)于促進(jìn)智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中第一次將智慧城市的建設(shè)認(rèn)定為國(guó)家目標(biāo)。2015年，國(guó)家發(fā)改委與25個(gè)有關(guān)部門共同成立智慧城市建設(shè)部級(jí)協(xié)調(diào)工作組，將建立智慧城市作為“十三五”的目標(biāo)，結(jié)合土木行業(yè)信息化實(shí)踐成果，整合交通、電力、環(huán)保等行業(yè)需求，深化土木行業(yè)的智慧概念，積極探索一條適合中國(guó)的智能化發(fā)展道路。

2.1.2 海綿城市

國(guó)務(wù)院于2015年發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段海綿城市建設(shè)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(shè)的要求，本文認(rèn)為可將智慧水務(wù)的理念運(yùn)用于海綿城市建設(shè)中，以完成相關(guān)信息化系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)。智慧水務(wù)將以更精確的管理與決策體系服務(wù)于給排水設(shè)施的動(dòng)態(tài)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。

2.1.3 水十條

2017年，國(guó)務(wù)院印發(fā)《水十條》，提出目前我國(guó)環(huán)保行業(yè)需盡快建立科技支持體系，推進(jìn)共享平臺(tái)的構(gòu)建，推行高新適用科技。

在科技高速發(fā)展的時(shí)代，水資源管理的形式也在改變。水利行業(yè)已開(kāi)始逐步應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)最新技術(shù)，通過(guò)使用智能供水平臺(tái)以達(dá)到安全供水的效果，解決人們對(duì)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(yíng)模式（Partnership），近年來(lái)逐漸成為企業(yè)界力推的一種公私合營(yíng)關(guān)系。PPP模式將政府的一部分責(zé)任轉(zhuǎn)交給社會(huì)企業(yè)，一方面減輕了財(cái)政的負(fù)擔(dān)，另一方面減少了個(gè)人組織的投資風(fēng)險(xiǎn)，此類公益性較強(qiáng)的模式為建設(shè)智慧水務(wù)提供新的發(fā)展思路。水資源不再由國(guó)家單獨(dú)控制，民間私人企業(yè)可通過(guò)與政府合作的方式，在分得利益的同時(shí)，大幅度增加智慧水務(wù)行業(yè)融資量，加快推進(jìn)智慧水務(wù)市場(chǎng)化的腳步。

2.2 環(huán)境背景

根據(jù)相關(guān)的研究結(jié)果，我國(guó)年降雨量約為648毫米。由于傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)理念影響，城市里硬質(zhì)道路和屋頂?shù)拿娣e在不斷擴(kuò)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(dǎo)致城市內(nèi)澇、洪水等問(wèn)題頻頻發(fā)生。為加大雨水的儲(chǔ)存量和加強(qiáng)城市的滲漏能力，我國(guó)提出了建設(shè)智慧水務(wù)的設(shè)想，希望通過(guò)智能化技術(shù)的力量便捷高效地處理大量水利數(shù)據(jù)，從而達(dá)到防治城市內(nèi)澇的效果。

2.3 技術(shù)背景

2.3.1 涉水技術(shù)亟待提高

現(xiàn)階段我國(guó)城市和鄉(xiāng)村的給水排水系統(tǒng)相互分離、各成體系，由于經(jīng)濟(jì)的差距，農(nóng)村的水處理系統(tǒng)匱乏，水處理技術(shù)有一定的基礎(chǔ)但其發(fā)展卻是不平衡的。尤其是海拔較高的山區(qū)農(nóng)村，技術(shù)不足使得供水十分困難，而居民們通過(guò)打井獲得的水資源并不符合飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)期飲用將大大危害他們的身體健康?？梢?jiàn)城鎮(zhèn)化與城鄉(xiāng)一體化的進(jìn)行對(duì)我國(guó)的涉水技術(shù)有著極高的要求和考驗(yàn)，涉水技術(shù)的提高刻不容緩。

2.3.2 排水管網(wǎng)建設(shè)滯后

因?yàn)槿鄙偻陚涞姆ㄒ?guī)、有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及完善的管理技術(shù)規(guī)范，每個(gè)城市管網(wǎng)建設(shè)的管理水平和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差別很大。個(gè)別城市排水管網(wǎng)資料管理缺失、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的方法過(guò)多，使得排水管網(wǎng)的資料不夠全面、準(zhǔn)確，以至于排水管網(wǎng)的資產(chǎn)狀況不能被系統(tǒng)地掌握。

2.3.3 城市水系統(tǒng)管理技術(shù)落后

中國(guó)還有很多的城市依然在使用舊式工程的管理機(jī)制，導(dǎo)致城市水系統(tǒng)管理水平低下，技術(shù)規(guī)范不足。在排水管理方面還存在排水設(shè)施實(shí)時(shí)狀態(tài)不透明、排水時(shí)間應(yīng)對(duì)方案不科學(xué)、后續(xù)改進(jìn)措施實(shí)施不到位的問(wèn)題。排水信息管理存在排水管網(wǎng)的基礎(chǔ)信息不齊、不實(shí)，管網(wǎng)運(yùn)行情況掌控程度不高，各部門條塊分割，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題。

3 智慧水務(wù)發(fā)展基礎(chǔ)和必要性分析

3.1 中國(guó)智慧水務(wù)的發(fā)展基礎(chǔ)

3.1.1 水務(wù)信息建設(shè)情況分析

1）水務(wù)信息化建設(shè)的現(xiàn)狀

目前，自動(dòng)化和信息技術(shù)在水務(wù)行業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)的推動(dòng)下，水務(wù)信息建設(shè)在提高服務(wù)質(zhì)量和管理水平方面取得了很大進(jìn)展。但與此同時(shí)幾何式的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)也給信息化工作人員帶來(lái)了數(shù)據(jù)種類多、質(zhì)量差等問(wèn)題，在數(shù)據(jù)的傳輸、查詢、分析等方面帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。

2）水務(wù)信息化建設(shè)的趨勢(shì)

在信息傳播與采集的規(guī)?？涨暗谋尘跋拢畡?wù)信息建設(shè)已從信息數(shù)據(jù)建設(shè)向智能平臺(tái)建設(shè)發(fā)展?！皵?shù)字化”與“智慧化”的差別在于如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效梳理和分析應(yīng)用，多數(shù)水務(wù)公司的信息化建設(shè)正從數(shù)字化轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔刍芊襁m應(yīng)這一差別成了關(guān)鍵所在。由此可知，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合并實(shí)現(xiàn)智慧決策將成為水務(wù)信息化建設(shè)的未來(lái)趨勢(shì)。

3.1.2 水務(wù)管網(wǎng)建設(shè)情況分析

1）水務(wù)管網(wǎng)建設(shè)管理現(xiàn)狀

自二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，供排水管網(wǎng)計(jì)算機(jī)模型建設(shè)與應(yīng)用不斷取得進(jìn)展，北京、上海、天津、深圳和廣州等大都市均制作了管網(wǎng)微觀模型，初步應(yīng)用于供水規(guī)劃、狀態(tài)評(píng)估、運(yùn)行調(diào)度和水質(zhì)模擬等方面，使北京奧運(yùn)會(huì)、上海世博會(huì)和廣州亞運(yùn)會(huì)等大型國(guó)際活動(dòng)的供水安全得到保障。

2）水務(wù)管網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)有的問(wèn)題

由于管網(wǎng)模型的建造、運(yùn)行和維護(hù)的技術(shù)要求高、投資大以及缺乏相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，管網(wǎng)模型的建設(shè)在中小城市中并不流行。管網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)一直是供水工作的重難點(diǎn)。面對(duì)海量管網(wǎng)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)管理辦法已不適用?，F(xiàn)代管理需要及時(shí)、高效的手段，因此要利用科學(xué)管理的經(jīng)驗(yàn)改變管網(wǎng)管理方式，節(jié)約資源、提高管理水平、提供更好的服務(wù)。

3.1.3 ICT技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

1）互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

“互聯(lián)網(wǎng)+”以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)高效分享和使用信息資源，為工業(yè)發(fā)展提供豐富且高質(zhì)量的信息資源。隨著水資源監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)獲取逐漸頻繁，數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)迅速，而人工處理數(shù)據(jù)效率較低，就財(cái)務(wù)角度而言計(jì)算機(jī)軟硬件成本及相關(guān)通訊費(fèi)用都有所下降，因此可應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧水務(wù)，以提高數(shù)據(jù)處理效率。

2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，它建立了物物之間信息交換的渠道。水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、移動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在應(yīng)對(duì)大范圍、多類型的突發(fā)事件時(shí)，不同類型的傳感器可同時(shí)將災(zāi)情和現(xiàn)場(chǎng)視頻傳輸至后臺(tái)系統(tǒng)，工作人員就可運(yùn)用系統(tǒng)進(jìn)行處理。

3）云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

云計(jì)算，是將大量計(jì)算機(jī)處理程序分解為多個(gè)小程序，然后借助多個(gè)服務(wù)器的幫助進(jìn)行數(shù)據(jù)搜索和計(jì)算分析，最后將處理結(jié)果發(fā)送給使用者。云計(jì)算的應(yīng)用，能夠提高設(shè)備服務(wù)器的穩(wěn)定性。例如，在遼寧省的云計(jì)算程序應(yīng)用的過(guò)程中，遼寧水資源信息系統(tǒng)充分發(fā)揮信息管理的綜合優(yōu)勢(shì)，通過(guò)云計(jì)算和虛擬化技術(shù)將最終處理結(jié)果傳送到用戶的手上。某種程度上，這個(gè)方法可解決單一操作系統(tǒng)多安裝和占有資源的問(wèn)題，增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4）大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

為了構(gòu)建基于信息社會(huì)的大數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)智慧水務(wù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水務(wù)系統(tǒng)。在建立智慧水務(wù)數(shù)據(jù)平臺(tái)方面，我國(guó)的開(kāi)發(fā)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(tái)建設(shè)過(guò)程中不一致，從而每個(gè)單位的意見(jiàn)不統(tǒng)一，造成平臺(tái)建設(shè)延期與空缺的狀況。

3.2 發(fā)展智慧水務(wù)的必要性分析

3.2.1 生態(tài)文明建設(shè)的必然要求

為滿足人民對(duì)潔凈水的需求與國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)的要求，提升水環(huán)境質(zhì)量，防止水體污染成了當(dāng)務(wù)之急，智慧水務(wù)也因此成為市場(chǎng)熱點(diǎn)。水是生態(tài)環(huán)境中極為重要的一環(huán)。水量和水質(zhì)能否滿足生態(tài)需要，關(guān)系著生態(tài)文明建設(shè)的成敗。而且，生態(tài)文明的構(gòu)筑是需要所有領(lǐng)域合作的復(fù)雜過(guò)程，智慧水務(wù)作為提供信息合并和資源交換的平臺(tái)，可以鏈接多個(gè)管理部門，推進(jìn)全方位、全領(lǐng)域、全社會(huì)的生態(tài)文明建設(shè)。

3.2.2 助力城市政府有效提升水環(huán)境綜合治理能力的重要抓手

防洪排澇、水質(zhì)污染管控與防災(zāi)減災(zāi)等公共服務(wù)，將因?yàn)橹腔鬯畡?wù)的誕生而變的更加優(yōu)質(zhì)，水務(wù)部門工作效率與處理應(yīng)急事件的能力也將顯著提高，水務(wù)信息的收集、傳輸、處理、存儲(chǔ)以及管理都將得到加強(qiáng)，各類水環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性得以實(shí)現(xiàn)，水環(huán)境綜合治理能力將會(huì)提升。

3.2.3 提高城市水務(wù)精細(xì)化管理水平的有效方式

當(dāng)下，水務(wù)發(fā)展愈發(fā)趨向于智能化，精細(xì)化。過(guò)去數(shù)據(jù)冗雜，條塊分割的粗放式經(jīng)營(yíng)已難以適應(yīng)水務(wù)事業(yè)快速發(fā)展的要求，智慧水務(wù)通過(guò)智能化供水調(diào)度體系，構(gòu)建科學(xué)、高效的水環(huán)境綜合管理服務(wù)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)水務(wù)管理工作的規(guī)范化、精細(xì)化以及智能化。

3.2.4 改善水環(huán)境、修復(fù)水生態(tài)、保障水質(zhì)安全的重要舉措

智慧水務(wù)建設(shè)能有效提高河湖水系水質(zhì)，消除黑臭水體，改善水環(huán)境。政府通過(guò)智慧水務(wù)系統(tǒng)，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)和減少安全事故和突發(fā)事件的損失，最大限度地保障國(guó)家財(cái)產(chǎn)不受損失和人民生活不受影響。公眾通過(guò)公共監(jiān)測(cè)平臺(tái)或移動(dòng)在線軟件等舉報(bào)黑臭水體，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水污染，保障用水安全。

4、可行性分析

4.1 水利信息化建設(shè)的大力發(fā)展

人大會(huì)議上，李克強(qiáng)總理首次提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，大力推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+”，在各個(gè)行業(yè)開(kāi)展廣泛試點(diǎn)和運(yùn)用。在政策支持下，“互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)水利”的模式將幫助我國(guó)現(xiàn)有水務(wù)系統(tǒng)打造一個(gè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，在當(dāng)前ICT技術(shù)支持下實(shí)現(xiàn)智慧化，使物品之間實(shí)現(xiàn)信息交換，幫助社會(huì)各行業(yè)之間實(shí)現(xiàn)碎片化信息統(tǒng)一整合。

4.2 新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展

互聯(lián)網(wǎng)思維的創(chuàng)新，促進(jìn)了“互聯(lián)網(wǎng)+”和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)生，推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)形態(tài)不斷前進(jìn)，為社會(huì)進(jìn)一步向前發(fā)展所需的改革、創(chuàng)新提供廣闊的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。大數(shù)據(jù)和云計(jì)算平臺(tái)的不斷完善實(shí)現(xiàn)了水務(wù)信息的實(shí)時(shí)更新和整合，使得上下一體化協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，傳統(tǒng)水利工程必然能夠跟上時(shí)代潮流，在現(xiàn)代化浪潮中，享受新一代信息技術(shù)快速發(fā)展帶來(lái)的紅利。

4.3 社會(huì)認(rèn)識(shí)與需求的提高

智慧水務(wù)作為水利信息化發(fā)展的目標(biāo)，通過(guò)獲取各類靜態(tài)及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)等形成智慧化管理模式，得到社會(huì)的廣泛關(guān)注和重視。例如，德州市供水總公司歷時(shí)近一年的時(shí)間，建立了“一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)平臺(tái)，一個(gè)中心”的水務(wù)運(yùn)營(yíng)監(jiān)控管理體系結(jié)構(gòu)，和適合企業(yè)經(jīng)營(yíng)服務(wù)區(qū)域的供水一體化綜合信息系統(tǒng)，使其達(dá)到國(guó)內(nèi)同行業(yè)先進(jìn)水平。臨沂市水務(wù)集團(tuán)在2012年便針對(duì)城區(qū)供水管網(wǎng)運(yùn)行問(wèn)題，從“流量壓力監(jiān)控系統(tǒng)”建設(shè)入手，著力打造“智慧水務(wù)”建設(shè)。上海則以需求為導(dǎo)向，依托智慧城市網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)來(lái)建設(shè)智能水網(wǎng)，支撐實(shí)現(xiàn)水務(wù)統(tǒng)籌管理，推進(jìn)跨行業(yè)的集約整合。北京雄安新區(qū)在智慧城市框架下也將智慧水務(wù)建設(shè)提上了日程，并制訂了全數(shù)字化的發(fā)展目標(biāo)。由此可見(jiàn)，社會(huì)對(duì)智慧水務(wù)的認(rèn)識(shí)與需求已達(dá)到一個(gè)新的高度。

5 結(jié)論

在當(dāng)前的政策、環(huán)境、技術(shù)等背景下，智慧水務(wù)在信息建設(shè)、管網(wǎng)建設(shè)、ICT技術(shù)應(yīng)用等方面具備一定建設(shè)和發(fā)展基礎(chǔ)。智慧水務(wù)作為智慧城市重要的公共服務(wù)設(shè)施，其建設(shè)和發(fā)展勢(shì)在必行。目前，“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)新趨勢(shì)的“物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)”為“互聯(lián)網(wǎng)+水務(wù)”提供契機(jī)，促使智慧水務(wù)在水務(wù)行業(yè)全面展開(kāi)，使其具有行業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)水務(wù)行業(yè)管理數(shù)字化、智能化、規(guī)范化，加快水務(wù)的智慧化轉(zhuǎn)型，為智慧城市發(fā)展提供新活力。