牛豫海 張娟 韓星航 王博

【摘? 要】智慧水務(wù)應(yīng)萬物互聯(lián)時代到來而生，是信息化建設(shè)發(fā)展的產(chǎn)物。智慧水務(wù)是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過對數(shù)據(jù)的全方位獲得和共享，輔以數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行科學(xué)決策，建設(shè)穩(wěn)定、高效的管理運行機(jī)制和系統(tǒng)。論文簡要介紹了智慧水務(wù)建設(shè)的背景，指明了智慧水務(wù)建設(shè)的必要性，分析了國內(nèi)智慧水務(wù)建設(shè)的現(xiàn)狀，并對智慧水務(wù)建設(shè)的思路和方向進(jìn)行了詳細(xì)闡述，提出了水務(wù)企業(yè)建設(shè)智慧水務(wù)的難點與痛點，并給出了解決方案。智慧水務(wù)建設(shè)是未來所有水務(wù)企業(yè)必然的發(fā)展方向，是智慧城市建設(shè)的重要分支，需要頂層設(shè)計、穩(wěn)步實施，是一項系統(tǒng)性工程，是一個長期的、持續(xù)開發(fā)的“一把手工程”，建設(shè)前景十分廣闊。

【關(guān)鍵詞】智慧水務(wù)；萬物互聯(lián)；信息化；大數(shù)據(jù)；智慧城市

【中圖分類號】F426；F299.24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2023）07-0118-03

1 背景

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)信息技術(shù)的大力發(fā)展，包括水務(wù)在內(nèi)的多項傳統(tǒng)行業(yè)面臨現(xiàn)代化改造的諸多挑戰(zhàn)和機(jī)遇。改革開放以來，經(jīng)濟(jì)增長迅速，用水種類和水量需求在不斷加大，這就對水務(wù)企業(yè)提出了新的要求。目前水務(wù)行業(yè)仍然面臨著經(jīng)營效率低、水資源利用率不高、各區(qū)域發(fā)展水平不一等諸多問題，這就要求水務(wù)企業(yè)轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)低端供給思維，提高服務(wù)意識，加快企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。為實現(xiàn)水務(wù)行業(yè)更加高效、規(guī)范、可持續(xù)發(fā)展，行業(yè)內(nèi)迫切需要通過智慧水務(wù)建設(shè)提供解決方案，“智慧水務(wù)”在這種大背景下應(yīng)運而生。

2 智慧水務(wù)實施的必要性

2.1 提高水務(wù)企業(yè)一體化管理效率的需要

傳統(tǒng)的水務(wù)行業(yè)地域性強(qiáng)，不同地域的水務(wù)企業(yè)之間“井水不犯河水”，業(yè)務(wù)相對獨立，甚至在同一供水公司，各廠站、部門互相之間業(yè)務(wù)管理上也自成體系，信息數(shù)據(jù)不共享，形成傳統(tǒng)意義上的“信息孤島”。以統(tǒng)計報表為例，主要靠人工手段層層匯總、審核，逐級上報獲得，得到報表的時間逐級滯后，每年住建部發(fā)布的城市供水統(tǒng)計年鑒，一般要到下一年的第三季度才能夠正式下發(fā)，而且其中的部分?jǐn)?shù)據(jù)信息不全。由于信息的滯后，水務(wù)企業(yè)進(jìn)行年終總結(jié)、業(yè)績考核、對標(biāo)管理等往往不能直接使用當(dāng)年數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)不能追溯，影響企業(yè)的管理水平和管理效率。水務(wù)一體化的發(fā)展模式是未來必然的發(fā)展方向，將水源、水廠、供水管網(wǎng)、用水戶、污水處理和中水供水，以及用戶直飲水、二次加壓供水服務(wù)等全面整合，水務(wù)信息的公開、共享、交流和互動，已日益成為互聯(lián)網(wǎng)時代的要求，以水務(wù)一體化管理體制為基礎(chǔ)，以智慧水務(wù)平臺為依托，精簡業(yè)務(wù)流程，提高工作效率，是水務(wù)企業(yè)新時代的管理追求。

2.2 更好地滿足廣大用水戶對用水服務(wù)和信息技術(shù)的需要

以往的用戶服務(wù)和營業(yè)收費管理模式，如抄表員上門抄表，紙質(zhì)單據(jù)人工填寫等，受理業(yè)務(wù)程序煩瑣，由此導(dǎo)致水表查抄準(zhǔn)確率低，水費回收率低，供水產(chǎn)銷差率居高不下，直接影響企業(yè)的利潤和經(jīng)濟(jì)效益；傳統(tǒng)水務(wù)企業(yè)的供水水質(zhì)、水壓情況對社會不公開，不透明，用水戶不知情，供水服務(wù)缺乏社會公眾的監(jiān)督；供水的中間環(huán)節(jié)，高層建筑小區(qū)的二次加壓設(shè)施缺乏統(tǒng)一的監(jiān)管，不易保障供水安全；用戶服務(wù)理念陳舊，方法落后，用水戶故障報修和服務(wù)投訴缺乏有效的途徑，導(dǎo)致水務(wù)企業(yè)用戶滿意率低。水務(wù)企業(yè)經(jīng)營管理水平和工作效率要提升，各項生產(chǎn)運營指標(biāo)要提高，需要通過采用更先進(jìn)的技術(shù)手段和創(chuàng)新管理作為支撐。

2.3 超越水務(wù)信息化進(jìn)而實現(xiàn)運行管理智能化的需要

水務(wù)行業(yè)步入信息化時代后，仍存在許多需改進(jìn)之處，例如，管網(wǎng)巡線人員仍需熟讀圖紙根據(jù)記憶走遍大街小巷進(jìn)行管網(wǎng)檢漏，需等至深夜噪聲低時根據(jù)檢漏儀進(jìn)行聽漏，勞動強(qiáng)度大，工作效率低；普通水表還需查表員逐一打開井蓋抄取水表讀數(shù)，遠(yuǎn)傳水表只起到收費的作用，未能在管網(wǎng)監(jiān)測和用水戶用水監(jiān)測方面發(fā)揮充分作用，無法通過區(qū)域計量發(fā)現(xiàn)漏水；管網(wǎng)和供水設(shè)施報修仍需人工啟動，人工調(diào)度進(jìn)行停水和維修，造成管網(wǎng)維修及時率不高，增加了供水管網(wǎng)漏損率。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展、兩化融合、工業(yè)智能制造以及智慧城市建設(shè)的大背景下，下一個發(fā)展目標(biāo)必然為全面智能化管理。這就使得水務(wù)企業(yè)迫切需要通過建立符合時代要求的一體化管理平臺，創(chuàng)新管理體制，使水廠、污水廠運行在信息化的基礎(chǔ)上，逐步實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度、優(yōu)化運行、智能化加藥和消毒等功能，做到水廠安全運行，保障水質(zhì)合格和有效降低能耗。

2.4 智慧城市和數(shù)字化轉(zhuǎn)型建設(shè)的需要

2012年12月，住建部正式發(fā)布《關(guān)于開展國家智慧城市試點工作的通知》。2020年9月，國務(wù)院國資委正式印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》。2023年2月，中共中央、國務(wù)院正式印發(fā)了《數(shù)字中國建設(shè)整體布局規(guī)劃》。智慧水務(wù)作為智慧城市和數(shù)字化轉(zhuǎn)型建設(shè)的重要組成部分，急需投入全面建設(shè)，提高城市建設(shè)水平，為居民生活提供便利，為城市發(fā)展增添活力?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+智慧水務(wù)”是水務(wù)行業(yè)未來的發(fā)展動向，符合國家的重點支持方向，進(jìn)行智慧水務(wù)共享云平臺的建設(shè)，實施智慧水務(wù)的運營管理和服務(wù)，由此帶來了傳統(tǒng)經(jīng)營管理模式的重大變革。

3 國內(nèi)智慧水務(wù)建設(shè)的現(xiàn)狀

智慧水務(wù)是一項“燒錢”的工作，特別是物聯(lián)感知系統(tǒng)的建設(shè)。大型水務(wù)企業(yè)可以在智慧水務(wù)平臺和軟件建設(shè)上大力投入，但要實現(xiàn)萬物互聯(lián)，對他們也是一個沉重的負(fù)擔(dān)；小型水司僅實現(xiàn)軟件正版化就會使其不堪重負(fù)。國內(nèi)智慧水務(wù)建設(shè)的大致情況有：第一，一線城市水司建設(shè)了較完備的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，擁有公司專屬的MIS平臺，統(tǒng)一管理各應(yīng)用系統(tǒng)，智能化正在起步，尚未有云平臺的打算。第二，一般地級市水司具有一定的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)了部分專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，各軟件系統(tǒng)大部分獨立運行，存在“信息孤島”，智慧水務(wù)處于探索階段。第三，一般縣級水司信息化基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，一般只有獨立運行的專業(yè)化應(yīng)用系統(tǒng)，因信息化的投入太高，難以有大的突破，處于觀望階段。部分國內(nèi)規(guī)模較大的水務(wù)企業(yè)率先進(jìn)行了云平臺的嘗試，初步實現(xiàn)了系統(tǒng)融合與數(shù)據(jù)共享，以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的智能化應(yīng)用也已經(jīng)起步，存在很大的發(fā)展空間。

4 智慧水務(wù)發(fā)展的難點與痛點

近年來智慧水務(wù)建設(shè)一直是水務(wù)行業(yè)的熱門話題。很多水務(wù)企業(yè)對智慧水務(wù)是既愛又恨，既羨慕其他公司的成功案例，又面臨自身實施無從下手的困境，想大力投入又缺乏資金來源，具體實施過程中各方阻力重重，實施后又難達(dá)到預(yù)期的智能效果，總體上雷聲大、雨點小，形同雞肋。對于這些水務(wù)企業(yè)普遍存在的痛點問題，總體分析如下：

第一，缺乏頂層設(shè)計與長遠(yuǎn)規(guī)劃。首先是各應(yīng)用系統(tǒng)的功能分工與定位，之后是各系統(tǒng)之間的打通，一個是流程的打通，一個是數(shù)據(jù)的對外開放，再就是所需數(shù)據(jù)的調(diào)用，都要做好標(biāo)準(zhǔn)化。物聯(lián)感知儀表方面，水廠、污水廠相對較好，而管網(wǎng)則缺乏較全面的水質(zhì)、流量儀表，國內(nèi)尚沒有一個城市完成每個用水戶的物聯(lián)網(wǎng)水表的安裝與統(tǒng)一管理，這一缺陷制約了智慧水務(wù)一些系統(tǒng)功能的應(yīng)用。另外，系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計、建設(shè)及運營管理方面相對混亂，無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可循，基本上處于各自為政的狀態(tài)。第二，系統(tǒng)分步建設(shè)導(dǎo)致形成“系統(tǒng)孤島”。①軟件開發(fā)思路不一致，缺乏通用性。目前的大多數(shù)智慧水務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)是從傳統(tǒng)的信息化軟件改版升級而來，一般自成體系，不具備通用性，造成軟件的不斷修改完善，浪費人力物力，并給業(yè)主單位帶來一定的影響。②不同軟件商之間難以實現(xiàn)對接。按照各自企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的智慧水務(wù)應(yīng)用軟件，一般出于商業(yè)機(jī)密的考慮，不會對企業(yè)其他軟件商開放源代碼，且不兼容其他軟件商的功能，對需要同時使用多家軟件系統(tǒng)的水務(wù)企業(yè)工作上形成制約。③不同數(shù)據(jù)庫難以實現(xiàn)對接。各家軟件商采用的數(shù)據(jù)庫類型和結(jié)構(gòu)，由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不對外開放而難以實現(xiàn)對接，軟件修改、重新梳理數(shù)據(jù)會增加過多的重復(fù)性勞動，即使在一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，也只是實現(xiàn)了“互聯(lián)”，并未實現(xiàn)“互通”。第三，“信息孤島”長期存在。隸屬不同部門管理，各類專業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)各自為政，部門之間信息關(guān)聯(lián)度不夠，信息溝通不暢，導(dǎo)致“信息孤島”普遍存在，阻礙了大數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而影響后續(xù)人工智能等更高層次的智慧應(yīng)用的落地，難以實現(xiàn)“智慧”運行的目標(biāo)。第四，技術(shù)落后于時代發(fā)展。國內(nèi)在智慧水務(wù)建設(shè)方面依然是一個起步階段，首先是總體認(rèn)識水平較低，其次軟硬件的專業(yè)技術(shù)人員素質(zhì)、數(shù)量上明顯不足，未能發(fā)揮出大數(shù)據(jù)分析的作用，人工智能和機(jī)器深度學(xué)習(xí)需要緊密結(jié)合行業(yè)的需求，未來還將任重而道遠(yuǎn)。第五，項目實施缺乏資金。企業(yè)自身要配套更多的資金，往往造成資金負(fù)擔(dān)過重，影響正常的經(jīng)營。

5 痛難點解決思路

5.1 堅持“一把手工程”

智慧水務(wù)的建設(shè)是“一把手工程”，需要配備強(qiáng)有力的人員隊伍，要有資金和資源作為堅強(qiáng)后盾，實施難度大、周期長，需要水務(wù)企業(yè)一把手的高瞻遠(yuǎn)矚、堅定信心、下定決心，以及領(lǐng)導(dǎo)集體思想認(rèn)識的一致與高度重視和支持，才能確保項目的成功。

5.2 變革管理理念

傳統(tǒng)的信息化模式在各業(yè)務(wù)單元、管理上相對獨立，而智慧水務(wù)的建設(shè)是“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念，需要全員參與、信息互通、功能融合與資源共享。完善物聯(lián)網(wǎng)和采集數(shù)據(jù)是一項艱巨的任務(wù)，要通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的長期積累，才能建設(shè)成為基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智慧水務(wù)。

5.3 技術(shù)措施與管理手段同步

智慧水務(wù)的建設(shè)點多面廣，做到技術(shù)措施與管理手段的同步可以最大程度發(fā)揮智慧水務(wù)建設(shè)的作用，真正做到以技術(shù)促管理，用管理優(yōu)服務(wù)。

6 智慧水務(wù)建設(shè)的現(xiàn)狀和方向

智慧水務(wù)建設(shè)分為以下3個步驟，首先是大數(shù)據(jù)的感知與獲取，其次是對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲與管理，最后通過分析與可視化編輯，實現(xiàn)更全面的感知，更主動地服務(wù)，為管理者提供更科學(xué)的決策支持，最終打破水務(wù)行業(yè)系統(tǒng)獨立、分散布置的局面，消除“信息孤島”，打造公共事業(yè)服務(wù)專業(yè)平臺。

6.1 以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)

6.1.1 數(shù)據(jù)收集與獲取

建設(shè)SCADA、GIS、營收、設(shè)備、水質(zhì)管理等系統(tǒng)，實現(xiàn)從水源、供水、管網(wǎng)、用戶到污水處理、中水供水等全過程的自動監(jiān)測與數(shù)據(jù)感知。

6.1.2 數(shù)據(jù)存儲與管理

將水質(zhì)、水壓、水量、投加藥劑量、用電量、管長、管材等多元信息及時存儲于數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，實現(xiàn)智慧水務(wù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。因水務(wù)數(shù)據(jù)基本屬于實時存儲，具有數(shù)據(jù)量大、多源、多態(tài)、多時等特點，為更好地應(yīng)用這些多源異構(gòu)供水?dāng)?shù)據(jù)，需要通過預(yù)處理，利用實時監(jiān)控、報警限制、趨勢分析等，對已收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分辨、清洗、歸類，將沒有價值的數(shù)據(jù)去噪，確保取用的數(shù)據(jù)真實有效。數(shù)據(jù)調(diào)取過程中，同時可對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、整編，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為簡單的構(gòu)型，提高數(shù)據(jù)的有效性。

6.1.3 數(shù)據(jù)分析與可視化

通過數(shù)據(jù)挖掘、運算，建立動態(tài)數(shù)學(xué)模型，繪制用戶用水量、水壓變化圖，利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的畫面，實現(xiàn)對水量、水壓、水質(zhì)等可視、可感知、可判斷的實時監(jiān)控功能，通過對結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析，完成巡檢安排、搶修派送、漏損定位、智能方案推送功能，最終實現(xiàn)可視化的智慧調(diào)度管理。

6.2 搭建系統(tǒng)平臺

智慧水務(wù)運營管理服務(wù)平臺實現(xiàn)的是感知信息的分析、轉(zhuǎn)化、整合與互動。平臺采用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)建設(shè)，可以具備以下功能：實現(xiàn)與統(tǒng)一集團(tuán)下不同水務(wù)公司資源共享；將海量的水務(wù)運營數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)清洗，實時存入大數(shù)據(jù)倉庫，進(jìn)行統(tǒng)一管理，做到集中采集、存儲、整合與共享；以企業(yè)服務(wù)總線ESB為連接中樞，統(tǒng)一管理各應(yīng)用系統(tǒng)，各業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊均可與平臺系統(tǒng)實現(xiàn)對接；通過BPM流程引擎打通各應(yīng)用子系統(tǒng)，各系統(tǒng)模塊之間的功能互通、融合，提升水務(wù)企業(yè)一體化管理能力和專業(yè)化管理水平。

6.3 建立智慧決策體系

通過統(tǒng)一整合信息資源，建設(shè)科學(xué)的評價機(jī)制，借助互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)分析手段，在需水量預(yù)測、管網(wǎng)維修維護(hù)、應(yīng)急指揮、災(zāi)害預(yù)警、優(yōu)化調(diào)度、水質(zhì)監(jiān)管等領(lǐng)域建立智慧決策體系。

6.3.1 水力模型馴化

系統(tǒng)以用戶用水的IoT數(shù)據(jù)倉庫數(shù)據(jù)、管網(wǎng)的分級/分區(qū)計量的用水?dāng)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將管網(wǎng)的理論計算結(jié)果與水廠和管網(wǎng)的SCADA運行數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，通過深度學(xué)習(xí)，對實時在線水力模型不斷馴化，得到符合誤差要求的實時在線供水管網(wǎng)水力模型，實時模擬管網(wǎng)的流量、壓力、水質(zhì)和水齡，作為供水管網(wǎng)應(yīng)急、搶修、維修、規(guī)劃、改造和優(yōu)化調(diào)度的基礎(chǔ)。

6.3.2 用戶需水量預(yù)測

以供水管網(wǎng)用戶用水規(guī)律的歷史大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，綜合加入節(jié)假日、氣溫、風(fēng)力、雨雪、交通、管網(wǎng)搶維修、停水等因素的影響，預(yù)測供水管網(wǎng)的用戶需水量，作為供水系統(tǒng)水量調(diào)度的基礎(chǔ)。

6.3.3 供水調(diào)度方案模擬

按照管網(wǎng)現(xiàn)狀和預(yù)測的所需水量，同一工況下可能存在多個供水水泵組合方案，系統(tǒng)將多個水泵變頻工況下的組合方案分別進(jìn)行計算分析，預(yù)測每個方案的運行效果。

6.3.4 實現(xiàn)智慧水廠建設(shè)

智慧水廠建設(shè)包含很多方面，需要全面覆蓋蓄水、制水、輸水、售水及日常管理各個環(huán)節(jié)。上述的水力模型馴化、需水量預(yù)測以及供水調(diào)度方案模擬主要指廠外建設(shè)，而廠內(nèi)建設(shè)還包括藥劑的精準(zhǔn)投加、閥門精確啟閉、水泵最優(yōu)組合等各個管理應(yīng)用模塊。智慧水務(wù)最基本的建設(shè)目標(biāo)是要實現(xiàn)智慧水廠建設(shè)，做到遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動控制、提前預(yù)警、高級分析、科學(xué)決策，提升水廠的智能管理水平。

6.4 智慧水務(wù)的未來方向

智慧水務(wù)建設(shè)通過整合內(nèi)部資源、集合企業(yè)資源、收集面向用戶的底層數(shù)據(jù)，對用戶、產(chǎn)品、服務(wù)等信息，進(jìn)行分析挖掘并建立模型。向供水企業(yè)、合作商、政府提供基于大數(shù)據(jù)的決策依據(jù)，提升營銷效率，降低運營成本，提高客戶滿意度，增強(qiáng)政府服務(wù)能力，搭建的是以用戶為核心的生態(tài)圈。

未來結(jié)合水環(huán)境監(jiān)管系統(tǒng)、用水過程監(jiān)管系統(tǒng)、水資源調(diào)配系統(tǒng)、水旱災(zāi)害防御系統(tǒng)等綜合信息，將對整個水務(wù)行業(yè)乃至生態(tài)環(huán)保行業(yè)的業(yè)務(wù)進(jìn)行梳理重構(gòu)，對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行再造。城市智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)將結(jié)合水景觀系統(tǒng)、水生態(tài)系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、防內(nèi)澇系統(tǒng)以及城市供水排水決策系統(tǒng)等進(jìn)行大聯(lián)合，形成城市大水務(wù)系統(tǒng)，構(gòu)建新的管理生態(tài)圈。

7 結(jié)語

智慧水務(wù)不是簡單的數(shù)據(jù)采集，是以大數(shù)據(jù)分析為基礎(chǔ)，具有智能采集、實時監(jiān)控、擇優(yōu)調(diào)度、精細(xì)管理、科學(xué)決策等功能。智慧水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用可以幫助水務(wù)企業(yè)有效精簡人員、提升效率、降低成本，從而提升盈利能力。

未來對智慧水務(wù)的要求會隨著社會發(fā)展及信息技術(shù)的進(jìn)步而不斷提高。我國智慧水務(wù)建設(shè)的某些關(guān)鍵技術(shù)以及基礎(chǔ)軟件，在一定程度上與國外相比還有差距，未來需要持續(xù)減少技術(shù)、軟件、設(shè)備等對國外的依賴，提到企業(yè)員工素質(zhì)和互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析能力。智慧水務(wù)的建設(shè)和發(fā)展是推動城市化建設(shè)進(jìn)程向更科學(xué)、更高效、更智能方向發(fā)展的有效保障，在智慧城市建設(shè)中至關(guān)重要。