智慧水務(wù)建設(shè)現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)

三峽集團(tuán)四川能源投資有限公司 彭倩

作為智慧城市建設(shè)的重要組成部分之一，智慧水務(wù)建設(shè)具有重要意義，對(duì)其現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)和內(nèi)涵的理解至關(guān)重要。本文總結(jié)智慧水務(wù)的內(nèi)涵目標(biāo)和建設(shè)框架，回顧其發(fā)展歷程和區(qū)域發(fā)展?fàn)顩r，總結(jié)其發(fā)展模式和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，為更科學(xué)地認(rèn)識(shí)智慧水務(wù)建設(shè)提供依據(jù)。

一、智慧水務(wù)的內(nèi)涵和發(fā)展歷程

（一）智慧水務(wù)的總體要求

借鑒智慧城市等其他行業(yè)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)天空地一體化感知體系、全面互聯(lián)互通體系［1］，并引入類似“水利大腦”的融合分析技術(shù)，以“大感知”“大網(wǎng)絡(luò)”“大數(shù)據(jù)”“大融合”“大應(yīng)用”為核心，綜合運(yùn)用“物聯(lián)網(wǎng)”“云計(jì)算”“移動(dòng)互聯(lián)”等新技術(shù)，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧水務(wù)的戰(zhàn)略思維，建立水務(wù)信息感知準(zhǔn)確全面、IT基礎(chǔ)支撐安全可靠、業(yè)務(wù)應(yīng)用智能有效、領(lǐng)導(dǎo)決策高效便捷的智慧水務(wù)體系［2］，實(shí)現(xiàn)水務(wù)業(yè)務(wù)管理一體化、水務(wù)監(jiān)控可視化、水務(wù)信息規(guī)范化、水務(wù)資源共享化、水務(wù)決策科學(xué)化，為水務(wù)管理能力和效率的提升、智慧水務(wù)建設(shè)提供全面信息化支撐。

（二）智慧水務(wù)的建設(shè)目的

智慧水務(wù)建設(shè)旨在使整個(gè)水務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)智慧化，其主要目的是使供水過(guò)程運(yùn)營(yíng)更高效、服務(wù)更靈活、過(guò)程更安全[3]。智慧水務(wù)建設(shè)是提高居民生活質(zhì)量水平、推動(dòng)城市建設(shè)發(fā)展的重要舉措，也是智慧城市建設(shè)的重要組成部分，其理念和方法是通過(guò)新一代信息技術(shù)與水務(wù)技術(shù)的深度融合，充分發(fā)掘數(shù)據(jù)價(jià)值和邏輯關(guān)系，實(shí)現(xiàn)水務(wù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的控制智能化、數(shù)據(jù)資源化、管理精確化、決策智慧化，保障水務(wù)設(shè)施安全運(yùn)行，使水務(wù)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)更高效、管理更科學(xué)、服務(wù)更優(yōu)質(zhì)。

（三）智慧水務(wù)發(fā)展歷程

國(guó)內(nèi)的智慧水務(wù)發(fā)展歷程高度依賴于信息行業(yè)的發(fā)展，可分為3個(gè)階段：1990-1999年為初步發(fā)展期，這個(gè)階段主要基于電子自動(dòng)化技術(shù)的起步，以自動(dòng)化控制為目標(biāo)，初步實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)、壩體、河道等水務(wù)基礎(chǔ)信息的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和采集等，為后續(xù)發(fā)展打下了良好基礎(chǔ)。2000-2009年為穩(wěn)定發(fā)展期，隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)逐漸實(shí)現(xiàn)，水務(wù)信息化也穩(wěn)步發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)了水務(wù)基礎(chǔ)信息的聯(lián)通。2010年之后為快速發(fā)展階段，水務(wù)信息化發(fā)展速度明顯加快，智能傳感技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)普及，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相對(duì)成熟，大數(shù)據(jù)、人工智能和區(qū)塊鏈綜合應(yīng)用，水務(wù)管理系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)智慧化、智能化。

二、智慧水務(wù)建設(shè)內(nèi)容

（一）智慧水務(wù)架構(gòu)

面對(duì)我國(guó)的水資源困境，推動(dòng)智慧水務(wù)建設(shè)是必經(jīng)之路。智慧水務(wù)的技術(shù)架構(gòu)包括信息安全、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、業(yè)務(wù)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)重心、信息采集和基礎(chǔ)設(shè)施。其中，信息采集是智慧水務(wù)“感覺(jué)系統(tǒng)”，助力監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)涉水對(duì)象及其環(huán)境信息的感知和接受（見(jiàn)圖1）。

圖1 智慧水務(wù)技術(shù)架構(gòu)

（二）智慧水務(wù)構(gòu)建任務(wù)

智慧水務(wù)構(gòu)建的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)大感知體系、數(shù)據(jù)傳輸大網(wǎng)絡(luò)體系、資源大數(shù)據(jù)體系、知識(shí)大融合體系和業(yè)務(wù)大應(yīng)用體系的構(gòu)建[4]。

1.數(shù)據(jù)大感知體系構(gòu)建

信息收集采集是智慧水務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)，需要實(shí)現(xiàn)全天候、全方位、多層次的立體化感知系統(tǒng)，提升數(shù)據(jù)的獲取能力，完善水務(wù)信息“大感知”體系。

2.傳輸大網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)建

完善水務(wù)信息化“大網(wǎng)絡(luò)”建設(shè)，保障數(shù)據(jù)無(wú)障礙傳輸，在網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物共享，可有效實(shí)現(xiàn)水務(wù)信息化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

3.資源大數(shù)據(jù)體系構(gòu)建

除了直接監(jiān)測(cè)、收集到的水務(wù)數(shù)據(jù)之外，還需要全面整合分散的各類水利信息和資源，建設(shè)水務(wù)“大數(shù)據(jù)”體系，實(shí)現(xiàn)科學(xué)共享。

4.知識(shí)大融合體系構(gòu)建

構(gòu)建數(shù)據(jù)、算法業(yè)務(wù)模型知識(shí)大融合體系，包括大數(shù)據(jù)融合前處理層的基礎(chǔ)庫(kù)建設(shè)，大數(shù)據(jù)融合的算法、方法層建設(shè)，業(yè)務(wù)融合分析、決策成果輸出層建設(shè)等，從而建設(shè)“大融合”深度分析新體系。

5.業(yè)務(wù)大應(yīng)用體系構(gòu)建

水務(wù)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)需要與水務(wù)的業(yè)務(wù)需求相對(duì)應(yīng)，基于大感知、大網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、大融合，實(shí)現(xiàn)核心“大應(yīng)用”業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)新時(shí)代智慧水務(wù)管理和應(yīng)用。

（三）智慧水務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈

從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，智慧水務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的監(jiān)測(cè)設(shè)備供應(yīng)商，中游的自動(dòng)化方案服務(wù)商、智能技術(shù)服務(wù)商，下游的系統(tǒng)集成服務(wù)商。

上游：上游的硬件支撐商家企業(yè)分別為下游的系統(tǒng)集成服務(wù)商提供各種監(jiān)測(cè)儀器等硬件設(shè)備。上游的硬件設(shè)備供應(yīng)商數(shù)量眾多，行業(yè)集中度低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。

中游：中游的自動(dòng)化方案服務(wù)商為下游的系統(tǒng)集成服務(wù)商提供設(shè)備自動(dòng)化解決方案，智能技術(shù)服務(wù)商為下游的系統(tǒng)集成服務(wù)商提供物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)（GIS）、建筑信息管理（BIM）、人工智能等技術(shù)服務(wù)[5]。

下游：下游的系統(tǒng)集成服務(wù)商通過(guò)集成各類智能技術(shù)以及硬件設(shè)備，為最終用戶提供智慧水務(wù)應(yīng)用服務(wù)。在系統(tǒng)集成服務(wù)商提供的智慧水務(wù)應(yīng)用服務(wù)方案中，智慧水務(wù)管理平臺(tái)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，可提供生產(chǎn)管理、運(yùn)維管理、經(jīng)營(yíng)管理、客戶服務(wù)、綜合管理等多方面服務(wù)。

（四）智慧水務(wù)實(shí)現(xiàn)流程

從實(shí)現(xiàn)流程上來(lái)說(shuō)，智慧水務(wù)產(chǎn)業(yè)劃分為四個(gè)層次，即感知層、傳輸層、平臺(tái)層和應(yīng)用層[6]。

感知層是智慧水務(wù)信息進(jìn)行感知、識(shí)別和采集的基礎(chǔ)硬件設(shè)施，為信息處理和決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。主要硬件備包括檢測(cè)設(shè)備、流量設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備和探測(cè)設(shè)備等。感知層設(shè)施目前在智慧水務(wù)整體市場(chǎng)投資中超過(guò)50%。

傳輸層是實(shí)現(xiàn)智慧水務(wù)的網(wǎng)絡(luò)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(tái)層。傳輸層主要包括有限寬帶、4G/5G網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等，因此，市場(chǎng)主體主要是網(wǎng)絡(luò)及通信基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)商。

平臺(tái)層包括各種水務(wù)應(yīng)用和成果轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)包括各類支撐軟件、系統(tǒng)集成和云計(jì)算中心。其中，支撐軟件包括嵌入式軟件、數(shù)據(jù)挖掘和GIS技術(shù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)挖掘和GIS技術(shù)平臺(tái)等，系統(tǒng)集成包含硬件集成和軟件架構(gòu)集成，云計(jì)算中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)運(yùn)算等。目前市場(chǎng)規(guī)模較小，且大多數(shù)處于起步階段，但隨著智慧水務(wù)理念的深入人心和技術(shù)的逐漸發(fā)展，平臺(tái)層在產(chǎn)業(yè)鏈的比重將越來(lái)越大，具有巨大的市場(chǎng)潛力。

應(yīng)用層與涉水業(yè)務(wù)和水務(wù)管理的需求相結(jié)合，是推動(dòng)城市水務(wù)優(yōu)化升級(jí)的重要“落腳點(diǎn)”，是智慧水務(wù)獲得持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力所在。當(dāng)前智慧水務(wù)的應(yīng)用領(lǐng)域主要為三個(gè)方面，分別是智慧水服務(wù)、智慧水運(yùn)營(yíng)和智慧水管理，每個(gè)領(lǐng)域都應(yīng)有其相應(yīng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

三、智慧水務(wù)建設(shè)現(xiàn)狀

（一）區(qū)域分布與地方發(fā)展

智慧水務(wù)行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r往往與當(dāng)?shù)厣鐣?huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平緊密相關(guān)。一般情況下，城市水務(wù)發(fā)展依賴于城區(qū)發(fā)展?fàn)顩r和城市規(guī)劃發(fā)展，多數(shù)企業(yè)只能在其覆蓋的范圍內(nèi)開(kāi)展業(yè)務(wù)，因此，區(qū)域性較為明顯。從目前來(lái)看，華東地區(qū)是我國(guó)智慧水務(wù)行業(yè)最大的市場(chǎng)，其次為華南地區(qū)。以2019年為例，華東和華南地區(qū)市場(chǎng)規(guī)模分別占全國(guó)的33.00%和14.55%[7]（見(jiàn)圖2）。

圖2 2019年中國(guó)智慧水務(wù)市場(chǎng)規(guī)模區(qū)域結(jié)構(gòu)

早在20世紀(jì)90年代，我國(guó)大部分地區(qū)已經(jīng)開(kāi)展了水務(wù)信息化建設(shè)。隨著水務(wù)管理要求不斷提高，各地政府開(kāi)始意識(shí)到應(yīng)該從更加宏觀的角度進(jìn)行水務(wù)規(guī)劃。浙江、上海、廣州和深圳等省市已經(jīng)在著手推進(jìn)智慧水務(wù)或相關(guān)工程的建設(shè)工作。

2012年，浙江省政府通過(guò)發(fā)布《關(guān)于務(wù)實(shí)推進(jìn)智慧城市建設(shè)示范試點(diǎn)工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》，部署智慧城市建設(shè)，將臺(tái)州市列入首批智慧水務(wù)推進(jìn)試點(diǎn)。初定建設(shè)期為2012年至2015年，即2012-2013年為建設(shè)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(chuàng)建“智慧城市”的總體目標(biāo)，上海市明確提出要按照“智能水網(wǎng)”三年行動(dòng)計(jì)劃，全面推進(jìn)“十二五”信息化規(guī)劃。

早在2009年，廣州就提出了“以水務(wù)信息化帶動(dòng)水務(wù)現(xiàn)代化，以水務(wù)信息化促進(jìn)水務(wù)行政職能轉(zhuǎn)變，以水務(wù)信息化推進(jìn)水務(wù)管理的精細(xì)化”的水務(wù)建設(shè)指導(dǎo)思想。2011年，廣州水務(wù)局發(fā)布《廣州水務(wù)局信息化“十二五”規(guī)劃發(fā)展報(bào)告》，計(jì)劃到2015年基本建成結(jié)構(gòu)合理、功能完整、安全穩(wěn)定、覆蓋全局的水務(wù)信息化體系，建成數(shù)據(jù)中心，形成水務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主體框架，對(duì)內(nèi)對(duì)外提供數(shù)據(jù)交換和共享服務(wù)，95%以上的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)在集成統(tǒng)一的業(yè)務(wù)平臺(tái)上辦理。

深圳以“數(shù)字水務(wù)”為重點(diǎn)工程推進(jìn)水務(wù)信息化建設(shè)，“數(shù)字水務(wù)”是深圳水務(wù)發(fā)展五大工程之一，要求打造信息采集網(wǎng)絡(luò)、信息公用平臺(tái)、統(tǒng)一管理調(diào)度和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)四大信息平臺(tái)?！渡钲谑兴畡?wù)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》對(duì)實(shí)現(xiàn)“數(shù)字水務(wù)”、推動(dòng)水務(wù)信息化建設(shè)作出了具體部署，指出要以信息采集為基礎(chǔ)，以通信與網(wǎng)絡(luò)為依托，以水務(wù)數(shù)據(jù)中心為核心，構(gòu)建水務(wù)信息化綜合體系，改善信息基礎(chǔ)設(shè)施，整合信息資源，推進(jìn)業(yè)務(wù)應(yīng)用的按需協(xié)同，提高信息開(kāi)發(fā)與綜合應(yīng)用的程度，為實(shí)現(xiàn)水務(wù)管理方式從粗放到精細(xì)、從條塊向綜合的歷史性轉(zhuǎn)變提供支撐。

（二）市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局與前景

智慧水務(wù)屬于新興行業(yè)，目前已有部分企業(yè)正積極實(shí)現(xiàn)由表具供應(yīng)向?yàn)榭蛻籼峁┚C合水務(wù)管理與數(shù)據(jù)服務(wù)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。但總體而言，參與智慧水務(wù)的企業(yè)數(shù)量依然較少，尚未出現(xiàn)全面領(lǐng)先的龍頭企業(yè)?！笆奈濉睍r(shí)期將成為我國(guó)智慧水務(wù)加速發(fā)展時(shí)期，智慧水務(wù)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局將逐漸由分散向集中過(guò)渡，未來(lái)有望誕生千億級(jí)別的龍頭企業(yè)。未來(lái)，伴隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化速度逐漸加快，以及物聯(lián)網(wǎng)、智能傳感、云計(jì)算等技術(shù)在智慧水務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用逐步深化，中國(guó)智慧水務(wù)市場(chǎng)規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。預(yù)計(jì)到2026年，中國(guó)智慧水務(wù)行業(yè)規(guī)模將達(dá)到237億元[8]。

（三）智慧水務(wù)的建設(shè)模式

從目前來(lái)看，智慧水務(wù)的建設(shè)模式可以歸納為以下幾類：政府主導(dǎo)、政府主導(dǎo)+運(yùn)營(yíng)商BOT和企業(yè)主導(dǎo)。

政府主導(dǎo)即政府頂層設(shè)計(jì)、總體規(guī)劃和主動(dòng)出資，同時(shí)通過(guò)整合項(xiàng)目、拼盤(pán)資金等形式實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、形成合力。代表性案例為寧夏自治區(qū)的水利信息化建設(shè)，通過(guò)財(cái)政配套7000萬(wàn)元，拼盤(pán)各類項(xiàng)目資金約2億元，將大型灌區(qū)和大型泵站改造及其他各類水利項(xiàng)目中的信息化資金整合使用，共同投入水利信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了“1+1＞2”的資金綜合效益。該模式為智慧水務(wù)發(fā)展提供了水利信息化建設(shè)方面的經(jīng)驗(yàn)。

政府主導(dǎo)+運(yùn)營(yíng)商BOT模式即除了財(cái)政投入外，對(duì)部分建設(shè)內(nèi)容采用BOT方式，允許參與企業(yè)在一定時(shí)期內(nèi)籌集資金建設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，并管理和經(jīng)營(yíng)該設(shè)施及其相應(yīng)的產(chǎn)品與對(duì)部分建設(shè)內(nèi)容采取BOT模式。代表案例即臺(tái)州市水務(wù)建設(shè)，政府作為試點(diǎn)項(xiàng)目的責(zé)任主體和項(xiàng)目建設(shè)主體，主要包括相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)感知站點(diǎn)和中心管理平臺(tái)，以及由通訊營(yíng)運(yùn)商負(fù)責(zé)建設(shè)、監(jiān)測(cè)部分的商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

企業(yè)主導(dǎo)模式將智慧水務(wù)建設(shè)主導(dǎo)權(quán)交給市場(chǎng)。近年來(lái)，相關(guān)水務(wù)企業(yè)的數(shù)量和處理能力都保持了持續(xù)高速發(fā)展的趨勢(shì)，眾多供排水企業(yè)集團(tuán)化發(fā)展趨勢(shì)明顯。水務(wù)企業(yè)通過(guò)項(xiàng)目股權(quán)融資、融資租賃、信托、債券等多種方式籌集資金，投資并主導(dǎo)智慧水務(wù)項(xiàng)目的建設(shè)，通過(guò)規(guī)范的可行性研究論證，申請(qǐng)部分政府專項(xiàng)資金的投入，并在項(xiàng)目建成后，通過(guò)用戶使用付費(fèi)逐步收回部分投資，這樣的建設(shè)模式正在逐漸成型。

總體而言，智慧水務(wù)建設(shè)與智慧城市一樣，由政府完全主導(dǎo)、出資和實(shí)施的模式已難以為繼。智慧水務(wù)建設(shè)涉及社會(huì)各個(gè)方面，其中，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如感知層數(shù)據(jù)信息采集網(wǎng)、云計(jì)算數(shù)據(jù)中心等專業(yè)性要求較高，公益性強(qiáng)，建議“以政府牽頭，主導(dǎo)信息化建設(shè)”為主，持續(xù)完善基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，為進(jìn)一步投資建設(shè)和運(yùn)營(yíng)提供強(qiáng)大的支撐和保障。

四、結(jié)論

本文總結(jié)了智慧水務(wù)的內(nèi)涵目標(biāo)和建設(shè)框架，回顧其發(fā)展歷程和區(qū)域發(fā)展?fàn)顩r，總結(jié)發(fā)展模式，指出未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。智慧水務(wù)建設(shè)是智慧城市建設(shè)的重要組成部分，其主要目的是使供水過(guò)程運(yùn)營(yíng)更高效、服務(wù)更靈活、過(guò)程更安全。智慧水務(wù)的內(nèi)容包括信息采集、信息傳輸、資源整合、知識(shí)融合和體系應(yīng)用等五個(gè)部分，技術(shù)架構(gòu)包括信息安全、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、業(yè)務(wù)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)重心、信息采集和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等模塊。目前，全國(guó)智慧水務(wù)各地發(fā)展水平不一，華東和華南地區(qū)發(fā)展較快，各地建設(shè)模式也有所差異，包括政府主導(dǎo)、企業(yè)主導(dǎo)和二者相結(jié)合等多種模式。

隨著5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)不斷融入傳統(tǒng)行業(yè)，智慧水務(wù)作為信息技術(shù)與水務(wù)管理結(jié)合的先進(jìn)模式，正迎來(lái)行業(yè)發(fā)展的黃金期。