智慧水務(wù)建設(shè)的研究和探討

□ 方偉南

2021年是中國共產(chǎn)黨成立100周年，是實(shí)現(xiàn)第一個百年奮斗目標(biāo)的歷史交匯期，水環(huán)境保護(hù)事關(guān)人民群眾切身利益，事關(guān)小康社會的全面建成與中華民族的偉大復(fù)興。2012年頒布的《國務(wù)院關(guān)于大力推進(jìn)信息化發(fā)展和切實(shí)保障信息安全的若干意見》，首次將推進(jìn)智慧城市發(fā)展相關(guān)理念在國家層面上提出[1]。2015年，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、科技部發(fā)布的《關(guān)于公布國家智慧城市2014年度試點(diǎn)名單的通知》中，將智慧水務(wù)列為智慧城市專項(xiàng)試點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容之一[2]。

智慧水務(wù)建設(shè)為城市管理智能化水平的重要指標(biāo)，是水務(wù)事業(yè)發(fā)展、行業(yè)管理與服務(wù)的重要支撐和保障，也是保障民生的技術(shù)支撐手段[3]。智慧水務(wù)的概念很廣泛，包括水文水資源、水質(zhì)、供排水及防汛排澇等多個方面[4]。從規(guī)模上，可以分為城市智慧水務(wù)與工業(yè)智慧水務(wù)兩個部分。

本文綜述當(dāng)前智慧水務(wù)的發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合目前技術(shù)推廣實(shí)例，分析目前存在的問題，提出相應(yīng)意見或建議，以期為未來技術(shù)發(fā)展及管理模式推廣提供參考。

1 城市智慧水務(wù)

1.1 城市智慧水務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀

城市智慧水務(wù)是指通過信息技術(shù)為城市的水務(wù)管理提供信息化、智慧化支撐，通過構(gòu)建全方位的城市智能水務(wù)管理系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)模型和智能控制模型，形成“水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)”，對城市供水、內(nèi)澇風(fēng)險進(jìn)行測控，根據(jù)數(shù)據(jù)推算、預(yù)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(wù)管理方式[5]。

城市智慧水務(wù)的建設(shè)目的，一是為深化水務(wù)系統(tǒng)管理體系與運(yùn)營機(jī)制的改革，改變條塊分割、粗放經(jīng)營的現(xiàn)狀；二是進(jìn)一步改善水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施條件和提高應(yīng)對危機(jī)事件的能力，使管理協(xié)同化、資源利用高效化、業(yè)務(wù)智慧化、服務(wù)便捷化。

目前，城市智慧水務(wù)在全國各大城鎮(zhèn)均有不同程度的普及。北京構(gòu)建的“4511”水務(wù)信息化綜合體系包含4大監(jiān)測體系、5大控制體系、1個水務(wù)數(shù)據(jù)中心、1個業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，目前已實(shí)現(xiàn)北京市涉水事務(wù)全網(wǎng)“智慧化”[6]；上海建設(shè)的智能水網(wǎng)包括智慧河網(wǎng)、智能供水以及智能防汛，建立上海水務(wù)大數(shù)據(jù)中心，以滿足人民高質(zhì)量生活水平的需求，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[7]；廣州水務(wù)中心為解決水務(wù)行業(yè)數(shù)據(jù)分散問題，提出“四個面相”解決方案，實(shí)現(xiàn)了水務(wù)信息在各個層面上的集中管理與實(shí)時共享，整合各地區(qū)水務(wù)數(shù)據(jù)，提高政府服務(wù)水平[8]；深圳市作為國家創(chuàng)新型城市，緊跟水務(wù)信息化建設(shè)的步伐，結(jié)合自身水務(wù)管理信息化的需要，通過構(gòu)建“1+3+N”的應(yīng)用體系框架，全面提升水務(wù)工作運(yùn)行與管理水平[9]。

1.2 城市智慧水務(wù)建設(shè)問題與建議

城市智慧水務(wù)建設(shè)在全國如火如荼地進(jìn)行，我們依舊不可忽視城市智慧水網(wǎng)推行中存在的問題。一是對于二、三線城市而言，建設(shè)資金投入不足、硬件設(shè)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(wù)評價方法不夠準(zhǔn)確合理，不同地區(qū)評估指標(biāo)不一致。城市水務(wù)相關(guān)管理部門要加大資金投入，建設(shè)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)，解決在管理中出現(xiàn)的信息收集緩慢、資料匱乏等問題。結(jié)合日常工作需要，開發(fā)切合實(shí)際需求的管理系統(tǒng)，提高工作效率。

目前，我國城市智慧水務(wù)的部分關(guān)鍵技術(shù)還要依賴國外支持，某些關(guān)鍵設(shè)備也需要從國外進(jìn)口，因此當(dāng)前發(fā)展的主要任務(wù)是要突破關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，開發(fā)、制造具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)與設(shè)備。

城市智慧水務(wù)建設(shè)的最終目的是服務(wù)大眾，因此要邀請公眾參與，開展相應(yīng)的宣傳、實(shí)踐活動，建立能有效服務(wù)公眾的服務(wù)平臺。

建立標(biāo)準(zhǔn)化管理體系是保證建成后的各種系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)揮作用的前提，城市水務(wù)相關(guān)部門要根據(jù)自身職能與業(yè)務(wù)特點(diǎn)，構(gòu)建合理有效的管理制度。

2 工業(yè)智慧水務(wù)

2.1 工業(yè)智慧水務(wù)概念

隨著對工業(yè)企業(yè)環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高，工業(yè)水系統(tǒng)作為生產(chǎn)中的重要輔助系統(tǒng)，在滿足工藝標(biāo)準(zhǔn)的同時對其本身精細(xì)化、自動化、智能化的要求也不斷提高，“工業(yè)智慧水務(wù)”概念被逐步提出。

工業(yè)智慧水務(wù)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)，將工廠內(nèi)各項(xiàng)給水設(shè)施、排水設(shè)施、循環(huán)水設(shè)施、水處理設(shè)施與管網(wǎng)整合為一個綜合系統(tǒng)，經(jīng)過大數(shù)據(jù)管理、分析、處理和決策，實(shí)現(xiàn)水資源高效利用，節(jié)能減排，從供給方面實(shí)現(xiàn)整個工業(yè)水務(wù)系統(tǒng)的改革與創(chuàng)新[9]。

與城市智慧水務(wù)不同，工業(yè)智慧水務(wù)是從基層出發(fā)，對象通常是工業(yè)企業(yè)下屬的與水相關(guān)的輔助生產(chǎn)部門，體量較小。工業(yè)水務(wù)從根本上改變了我國以往傳統(tǒng)的粗放型工業(yè)用水模式，實(shí)現(xiàn)動態(tài)高效的新型水務(wù)管理模式，體現(xiàn)在全廠水的資源化、智慧環(huán)保、數(shù)字節(jié)能及精細(xì)化、智能化供水等幾個方面[10]。

工業(yè)智慧水務(wù)有自身獨(dú)特的發(fā)展模式，分為主線驅(qū)動發(fā)展模式、利益驅(qū)動發(fā)展模式、循序漸進(jìn)發(fā)展模式及創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展模式[11]。

主線驅(qū)動發(fā)展模式基于工廠中工藝生產(chǎn)線的升級與改造，為建設(shè)工業(yè)智慧水務(wù)提供良機(jī)。近幾年頒布的相關(guān)法律法規(guī)，對火力發(fā)電廠的水量和水質(zhì)提出更加嚴(yán)格的指標(biāo)要求，電力工業(yè)在水資源日益緊張和工業(yè)水費(fèi)逐年上漲的兩大壓力下，對循環(huán)水系統(tǒng)改造需在疏清各系統(tǒng)用水、排水?dāng)?shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)各系統(tǒng)工藝的用水水質(zhì)要求，對工業(yè)用水進(jìn)行分層分別利用，以達(dá)到梯級供水、循環(huán)復(fù)用的目的[12]。

利益驅(qū)動發(fā)展模式是通過在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)利益目標(biāo)，促使工業(yè)企業(yè)建設(shè)智慧水務(wù)。將智慧水務(wù)應(yīng)用于生態(tài)取水、廢水處理，通過遠(yuǎn)程控制節(jié)水節(jié)能、提高使用效率、縮短建設(shè)周期、簡化管理、減少人員投入，以達(dá)到降本增效的目的[13]。例如對鋼鐵行業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行改造，調(diào)整制氧冷卻水系統(tǒng)的水泵輸送的功率，優(yōu)化輸送管道的效率，大量減少用電，每年直接節(jié)約電費(fèi)可達(dá)100萬元[14]。

循序漸進(jìn)發(fā)展模式分為橫向與縱向?？紤]到技術(shù)難度與經(jīng)濟(jì)條件，改造可以從簡單入手，循序漸進(jìn)，從局部到全場有序進(jìn)行。

創(chuàng)新驅(qū)動模型是將新型水處理工藝和技術(shù)與工業(yè)智慧水務(wù)有機(jī)結(jié)合，容易被業(yè)主接受。目前根據(jù)《火力發(fā)電廠節(jié)水導(dǎo)則》（DL/T 783—2018）及《火力發(fā)電廠水務(wù)管理導(dǎo)則》（DL/T 1337—2014）要求，實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電廠“零水”排放是目前“智慧電站”的必然選擇。將創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念融入初次設(shè)計(jì)與建設(shè)階段，避免投產(chǎn)后煩瑣的二次技術(shù)改造，建立三維立體模型和動態(tài)流程圖，使管道、水工設(shè)備埋設(shè)及工作運(yùn)行情況一目了然，儀表在線配備率達(dá)到100%，實(shí)現(xiàn)全廠用水的統(tǒng)一調(diào)度[15]?？梢暬倪\(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)、智能化的管理模型、自動化的數(shù)據(jù)采集、實(shí)時化的監(jiān)控系統(tǒng)，幫助水務(wù)工作人員完成對整個廠區(qū)的“一步化”管理。最后利用大數(shù)據(jù)模型分析，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化高效運(yùn)行，這是目前建設(shè)單位的普遍選擇。

2.2 工業(yè)智慧水務(wù)建設(shè)問題與建議

工業(yè)智慧水務(wù)普及依舊存在諸多問題。由于工業(yè)智慧水務(wù)通常是為生產(chǎn)線服務(wù)，供、排的水質(zhì)與水量均呈現(xiàn)動態(tài)變化，因此技術(shù)難度不在于在線監(jiān)測與數(shù)字化、智能化網(wǎng)絡(luò)覆蓋，而在于系統(tǒng)與生產(chǎn)模型的構(gòu)架。為構(gòu)建工業(yè)水務(wù)系統(tǒng)，需要做好頂層規(guī)劃工作，統(tǒng)籌建設(shè)，全系統(tǒng)統(tǒng)一架構(gòu)，整合GIS系統(tǒng)、管網(wǎng)模型、供水調(diào)度決策支持系統(tǒng)、客戶服務(wù)系統(tǒng)等，不僅實(shí)現(xiàn)水質(zhì)、水壓、流量、能耗等水源地參數(shù)、管網(wǎng)參數(shù)、水廠數(shù)據(jù)、二次供水、智能表數(shù)據(jù)的匯集管理，還能讓工業(yè)水務(wù)系統(tǒng)與產(chǎn)品、用戶充分互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外部數(shù)據(jù)充分匯聚。

除技術(shù)難度外，經(jīng)濟(jì)成本也是工業(yè)智慧水務(wù)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(tǒng)與設(shè)備均不相同，定制化建設(shè)所需成本較高，特別是對于中、小型企業(yè)影響較大。只有發(fā)展各類軟件、硬件設(shè)施的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)，降低生產(chǎn)成本、擴(kuò)大應(yīng)用市場，才能真正從根本上降低工廠的建設(shè)運(yùn)營成本。此外，規(guī)范化管理也能減輕經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，明確各類設(shè)施的合理生命周期，保證各設(shè)施在使用壽命期間正常發(fā)揮功能，加強(qiáng)技術(shù)人員專業(yè)技能培訓(xùn)，確保系統(tǒng)長期安全運(yùn)行。

3 智慧水務(wù)實(shí)際應(yīng)用案例

隨著智慧水務(wù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，我國許多城市已經(jīng)開始樹立智慧管理的理念，對城市水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)提升，逐步建成智慧水務(wù)城市。

湖北省武漢市污水處理綜合運(yùn)營管理平臺，應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)整合各項(xiàng)資源整合，構(gòu)建虛擬的計(jì)算資源池，再利用互聯(lián)網(wǎng)為平臺使用人員提供服務(wù)。平臺可以監(jiān)控污水處理廠的進(jìn)、產(chǎn)、排環(huán)節(jié)，收集處理廠的水位、水量、水質(zhì)、能耗等數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析優(yōu)化管理模式與工藝參數(shù)，達(dá)到規(guī)范管理、節(jié)能降耗的目的。

圍繞防汛抗旱、水資源調(diào)度和水環(huán)境治理三大目標(biāo)，四川省成都市新津縣建立了“水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)，總投資約518萬元，建立了8個監(jiān)測點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)水資源、水環(huán)境、水安全的系統(tǒng)化管理，初步實(shí)現(xiàn)智能化水務(wù)信息系統(tǒng)。新津縣二期工程項(xiàng)目將進(jìn)一步整合資源，實(shí)現(xiàn)信息共享，形成集水質(zhì)監(jiān)測、防洪抗旱和城市管理的綜合指揮平臺，為經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)發(fā)展提供信息化服務(wù)。

廣東省深圳市水務(wù)建立一套完整的信息采集系統(tǒng)，全市建成近100個雨量站和水文站，99個供水水質(zhì)在線監(jiān)測站。水質(zhì)在線監(jiān)測可以監(jiān)測主要供水主干管的pH值、壓力、濁度及總氯。除了水質(zhì)監(jiān)測站點(diǎn)，還建設(shè)了118個視頻監(jiān)測點(diǎn)，通過視頻資源共享，可實(shí)時監(jiān)控全市的主要水庫、海堤、河道和易澇點(diǎn)。除了信息采集方面，深圳市在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、數(shù)據(jù)中心建設(shè)方面也建成了水務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、信息資源交換平臺，實(shí)現(xiàn)了信息公開數(shù)據(jù)的共享與交換。

4 展望

智慧水務(wù)是水務(wù)系統(tǒng)發(fā)展建設(shè)的結(jié)晶，是智慧城市不可或缺的組成部分。智慧水務(wù)的發(fā)展不僅是水務(wù)建設(shè)水平的直觀體現(xiàn)，是人民生活生產(chǎn)的需要，是防止環(huán)境污染、洪水內(nèi)澇的有效保障，也是國家戰(zhàn)略發(fā)展的有力推手?，F(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展為智慧水務(wù)的普及提供了廣闊的空間。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的完善也為智慧水務(wù)的構(gòu)建提供了穩(wěn)定生物基礎(chǔ)框架。加強(qiáng)供、排管理一體化、智能化，加大扶持力度，制定科學(xué)評價體系，合理利用投資資源，突破相關(guān)技術(shù)難題，提高系統(tǒng)安全水平與準(zhǔn)確性是未來智慧水務(wù)的發(fā)展方向，也成為新一代水務(wù)人的奮斗目標(biāo)。