長江大保護(hù)視角下的智慧水務(wù)關(guān)鍵問題及對策

魏本勝

（上?？睖y設(shè)計研究院有限公司，上海 200241）

0 引言

黨的十八大、十九大以來，黨中央、國務(wù)院高度重視長江生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，習(xí)近平總書記多次做出重要指示，強(qiáng)調(diào)堅持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，把修復(fù)長江生態(tài)環(huán)境擺在壓倒性位置，共抓大保護(hù)，不搞大開發(fā)。根據(jù)黨中央、國務(wù)院的戰(zhàn)略部署，響應(yīng)《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案（2019—2021 年）》要求，長江大保護(hù)提出了以城鎮(zhèn)污水處理為重點(diǎn)的科學(xué)系統(tǒng)治水方案，促進(jìn)城鎮(zhèn)污水全收集、收集全處理、處理全達(dá)標(biāo)及綜合利用，保障城市水環(huán)境質(zhì)量整體根本改善。目前長江大保護(hù)水環(huán)境治理工作已在 11 個省市全面展開，長江大保護(hù)項目投資總金額逾千億元。

通常意義上智慧水務(wù)是涵蓋水利、排水、供水在內(nèi)的大水務(wù)范疇。智慧水務(wù)理念的引入，智慧管控體系的建立，不僅是水務(wù)發(fā)展、水環(huán)境治理信息化應(yīng)用的大勢所趨，更是在日益復(fù)雜多變的外部環(huán)境、監(jiān)管要求下，治理項目能否達(dá)到建設(shè)目標(biāo)，系統(tǒng)能否為人所用并持續(xù)高效運(yùn)行，各城市能否完成 PPP 考核、流域水環(huán)境監(jiān)管[1]等的重要手段。在長江大保護(hù)項目實施過程中如何把控施工質(zhì)量及工程完工后如何實現(xiàn)污水系統(tǒng)高效運(yùn)行成為項目運(yùn)營管理的難點(diǎn)，因此，長江大保護(hù)項目運(yùn)營管理從項目、運(yùn)維、調(diào)度、績效等管理方面對智慧水務(wù)提出了強(qiáng)烈需求。長江大保護(hù)是國家戰(zhàn)略，更是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具有體量大、城市水系統(tǒng)復(fù)雜多樣、參與方眾多、工程建設(shè)難度大、運(yùn)維周期長等特點(diǎn)，在探索長江大保護(hù)智慧治水模式的過程中面臨著特有的問題，需要提出系統(tǒng)性的解決方案，才能使長江大保護(hù)智慧水務(wù)做到統(tǒng)籌謀劃、系統(tǒng)推進(jìn)、創(chuàng)新發(fā)展，目前國內(nèi)外對于長江大保護(hù)背景下的智慧水務(wù)關(guān)鍵問題和對策研究極少。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及特征

國外在早期城市化過程中針對工業(yè)和生活用水量增加、水環(huán)境惡化等難題，在管理機(jī)制、技術(shù)手段及法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)保障等方面已建立了成功的模式[2]。根據(jù)《歐盟水框架方針》[3]，歐洲國家普遍實行“綜合性流域管理”的水資源與水環(huán)境管理模式結(jié)合的智慧水務(wù)先進(jìn)理念，真正從水務(wù)系統(tǒng)全周期運(yùn)行的專業(yè)角度，統(tǒng)籌考慮流域規(guī)劃，注重水量、水質(zhì)和流域生態(tài)系統(tǒng)的一體化管理。國內(nèi)隨著技術(shù)和業(yè)務(wù)需求的不斷發(fā)展，智慧水務(wù)的概念也在不斷的演進(jìn)和變化，主要經(jīng)歷了自動化、數(shù)字化和智慧化 3 個階段：自動化階段以自動化控制為核心，著眼于工藝優(yōu)化及生產(chǎn)效率的提升[4]；數(shù)字化階段著重信息化系統(tǒng)建設(shè)，初步實現(xiàn)行政辦公和業(yè)務(wù)管理的信息化；智慧化階段運(yùn)用區(qū)塊鏈[5]、云計算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)清洗、模型方針實現(xiàn)智慧化決策，是體現(xiàn)智能計算、智慧決策、智慧管理的階段。

目前，國內(nèi)智慧水務(wù)行業(yè)處于由第二階段向第三階段發(fā)展的過程中。但應(yīng)當(dāng)指出的是，絕大部分的供應(yīng)商及其產(chǎn)品，仍舊是以信息化的角度和思路進(jìn)行的設(shè)計、建設(shè)，缺乏完整的水務(wù)運(yùn)營邏輯、經(jīng)驗和專業(yè)知識支撐，缺乏滿足水務(wù)管理實際需求和解決實際問題的能力。綜上，真正成功的智慧水務(wù)應(yīng)用項目在國內(nèi)還不多見，行業(yè)內(nèi)外都處于摸著石頭過河的狀態(tài)和階段。

同時也得出智慧水務(wù)的重要特征：1）智慧水務(wù)不斷結(jié)合云服務(wù)[6-7]、物聯(lián)網(wǎng)[8]等最新信息通信技術(shù)；2）建模評估在智慧水務(wù)建設(shè)中占據(jù)重要地位；3）涉及多目標(biāo)利益最大化的問題；4）智慧水務(wù)是分階段分層次的，從數(shù)字化、信息化、智慧化依次解決從替代人重復(fù)性勞動和數(shù)據(jù)分析輔助決策支持，到智能預(yù)測、決策的關(guān)鍵問題；5）智慧水務(wù)最終通過人工智能的“洞察力”，清晰事務(wù)的相關(guān)性、因果性，智能預(yù)測和決策，將深刻改變水務(wù)行業(yè)的運(yùn)營管理方式。

2 長江大保護(hù)智慧水務(wù)需求分析及建設(shè)目標(biāo)

長江大保護(hù)從以下 3 個層面對智慧水務(wù)有強(qiáng)烈的需求：1）戰(zhàn)略層面。貫徹落實長江大保護(hù)國家戰(zhàn)略、實現(xiàn)國家數(shù)字化轉(zhuǎn)型的需求。2）業(yè)務(wù)需求層面。實現(xiàn)長江大保護(hù)實施過程中的地下管網(wǎng)全生命周期管理、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)、城市排水系統(tǒng)精細(xì)化管理、高效準(zhǔn)確的廠站網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度管理、全過程的城市污泥智慧化管理、農(nóng)村污水處理少人無人集控管理、水環(huán)境治理效果評估和考核評價、項目重要節(jié)點(diǎn)實時管理、跨區(qū)域項目宏觀調(diào)度、實現(xiàn)智慧運(yùn)營管控等核心業(yè)務(wù)的需求。3）管控層面。理順長江大保護(hù)各方主體關(guān)系、實現(xiàn)涉水管理跨部門資源整合與共享、創(chuàng)新智慧水務(wù)建設(shè)和運(yùn)營模式、長江大保護(hù)水環(huán)境治理工作精細(xì)化、智慧化管理的需求。

基于以上 3 個層面的需求，長江大保護(hù)智慧水務(wù)的總體建設(shè)目標(biāo)為：充分利用已有的建設(shè)成果，按照“深度融合、全面共享”的指導(dǎo)思想，將水務(wù)業(yè)務(wù)與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等智慧技術(shù)深度融合，全面開展感知監(jiān)測、業(yè)務(wù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)資源、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)創(chuàng)新、基礎(chǔ)設(shè)施及安全體系建設(shè)，具備流域大保護(hù)節(jié)點(diǎn)城市綜合智慧監(jiān)管評估、城市水系統(tǒng)智慧建設(shè)和運(yùn)營、項目級工程運(yùn)維管理等能力。

3 長江大保護(hù)智慧水務(wù)應(yīng)用推廣關(guān)鍵問題

結(jié)合長江大保護(hù)“規(guī)劃—設(shè)計—建設(shè)—運(yùn)維”全周期的業(yè)務(wù)特征，長江大保護(hù)智慧水務(wù)在應(yīng)用推廣中需要抓住以下關(guān)鍵問題：

1）頂層設(shè)計。國家及行業(yè)層面缺乏針對智慧水務(wù)的系統(tǒng)性標(biāo)準(zhǔn)，頂層設(shè)計規(guī)劃缺失。智慧水務(wù)的概念界定、目標(biāo)實現(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)制定、發(fā)展路徑、解決方案均未形成統(tǒng)一的認(rèn)知，頂層設(shè)計規(guī)劃缺失，各自為戰(zhàn)，相較于智慧城市其他子系統(tǒng)發(fā)展體系不完善、發(fā)展速度較慢。

2）主體統(tǒng)一。政府、企業(yè)、公眾各方關(guān)注點(diǎn)不同，目標(biāo)不一，存在各自為戰(zhàn)、治理主體上下不連通的問題。政府側(cè)重戰(zhàn)略目標(biāo)層面，企業(yè)聯(lián)盟側(cè)重實施層面，公眾重點(diǎn)關(guān)注是否可提升幸福指數(shù)、增加滿意度。政府、企業(yè)、公眾各方需求、目標(biāo)、實施路徑不盡相同。

3）平臺整合。已有部分涉水信息化建設(shè)工作及智慧平臺建設(shè)相關(guān)研究，但仍處于實踐探索階段，存在呈現(xiàn)碎片化、系統(tǒng)性不強(qiáng)的問題。目前各地由于智慧城市建設(shè)，已有通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等設(shè)施基礎(chǔ)，市政、水利、環(huán)保相關(guān)部門針對各自管轄對象部分實現(xiàn)了信息化，各城市已有良好基礎(chǔ)，但存在呈現(xiàn)碎片化、系統(tǒng)性不強(qiáng)的問題，如何實現(xiàn)與其有效銜接是難點(diǎn)。

4）監(jiān)測攻關(guān)。當(dāng)前主流的智慧水務(wù)項目建設(shè)，主導(dǎo)方以信息化、GIS 公司甚至某些設(shè)備商為主，重應(yīng)用輕業(yè)務(wù)現(xiàn)象突出，專業(yè)性不足。水務(wù)系統(tǒng)是一整套緊密聯(lián)系的、完整的大系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的專業(yè)性，由于當(dāng)前大部分的智慧水務(wù)從業(yè)公司，只具備對接業(yè)務(wù)需求的能力，而沒有對接水務(wù)專業(yè)性問題的能力，專業(yè)需求分析不透徹，導(dǎo)致成果千篇一律，且無法滿足實際水務(wù)專業(yè)需求。

5）數(shù)據(jù)保障。在線監(jiān)測數(shù)據(jù)設(shè)備穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)完整性特別是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度難以保證，污水管網(wǎng)復(fù)雜環(huán)境下設(shè)備安裝、維護(hù)困難。在線監(jiān)測數(shù)據(jù)是模型迭代、輔助決策的重要支撐，目前國內(nèi)外不同類型水相關(guān)監(jiān)測設(shè)備質(zhì)量參差不齊，自主研發(fā)能力不足，設(shè)備安裝維護(hù)風(fēng)險高。

6）數(shù)據(jù)整合。信息孤島問題突出，數(shù)據(jù)擁有方多，數(shù)據(jù)集成共享不足。信息化建設(shè)普遍存在各自為政現(xiàn)象，現(xiàn)有的信息系統(tǒng)主要集中在環(huán)保、水利、水務(wù)、防汛等業(yè)務(wù)部門，已建成的各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享難度大，系統(tǒng)間缺乏集成和整合，信息處理和流轉(zhuǎn)存在局限性，信息無法較好共享和有效流轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)條塊化及孤島現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

4 對策

針對章節(jié) 3 提出的關(guān)鍵問題，提出總體謀劃、整合技術(shù)底座、建立監(jiān)測體系、打通數(shù)據(jù)壁壘等綜合解決方案。

4.1 總體謀劃，建立長江大保護(hù)共建實施體系

總體謀劃重點(diǎn)提供頂層整體解決方案，統(tǒng)籌建立合理的涵蓋智慧水務(wù)全過程資源的生態(tài)鏈，建立長江大保護(hù)共建實施體系。

1）注重頂層設(shè)計，建立國家及行業(yè)層面智慧水務(wù)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，明確智慧水務(wù)的概念、任務(wù)、目標(biāo)、建設(shè)內(nèi)容、實施路徑，制定涉及數(shù)據(jù)、通訊、軟件開發(fā)等通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，剖析智慧水務(wù)不同發(fā)展階段核心問題，研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)并提出解決思路，形成國家及行業(yè)層面智慧水務(wù)整體解決方案。

2）探索建立涵蓋地方政府戰(zhàn)略決策，企業(yè)資源平臺支持、工藝設(shè)計—軟件開發(fā)—運(yùn)維、設(shè)備研發(fā)，科研單位專家高端咨詢，公眾參與的上下連通的智慧水務(wù)實施體系，形成戰(zhàn)略決策、項目策劃、設(shè)計咨詢、設(shè)備采購、軟件開發(fā)、廠網(wǎng)運(yùn)維的全過程智慧水務(wù)生態(tài)鏈。

4.2 整合建立技術(shù)底座，創(chuàng)新智慧共贏運(yùn)營模式

城市及流域?qū)用嬉延猩嫠畔⒒ㄔO(shè)工作及智慧平臺建設(shè)相關(guān)研究，仍處于實踐探索階段，存在呈現(xiàn)碎片化、系統(tǒng)性不強(qiáng)的問題，亟須建立流域?qū)蛹壣鷳B(tài)云平臺以整合各方優(yōu)勢資源和力量，創(chuàng)新云服務(wù)、軟硬件服務(wù)模式，明確建立基于微服務(wù)的業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、技術(shù)等架構(gòu)統(tǒng)一的技術(shù)底座，使產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化，并具備快速擴(kuò)展能力，實現(xiàn)技術(shù)層面無縫銜接；創(chuàng)新智慧運(yùn)營模式，合力形成共建、共治、共享、共贏的智慧長江產(chǎn)業(yè)運(yùn)營模式。

4.3 注重監(jiān)測感知體系建設(shè)，提升感知質(zhì)量和能力

充分考慮政府需求，企業(yè)揭榜掛帥，尋找更加安全可靠的設(shè)施設(shè)備，提升感知能力和水平，通過組織監(jiān)測設(shè)備同臺競技，建立設(shè)備供應(yīng)商庫，針對當(dāng)前市場監(jiān)測設(shè)備的性能指標(biāo)、適用性和穩(wěn)定性，降低設(shè)備安裝、調(diào)試、運(yùn)維風(fēng)險，探索提出監(jiān)測設(shè)備的最優(yōu)技術(shù)指標(biāo)和科學(xué)監(jiān)控方案。針對污水管網(wǎng)復(fù)雜環(huán)境下設(shè)備安裝、維護(hù)困難的問題，探索在設(shè)計中創(chuàng)造安裝、維護(hù)條件，提出管網(wǎng)設(shè)計—設(shè)備運(yùn)維協(xié)同解決思路。

4.4 打通數(shù)據(jù)壁壘，消除數(shù)據(jù)孤島，建立數(shù)據(jù)共享服務(wù)

針對涉水各部門信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享差，信息資源分散，業(yè)務(wù)聯(lián)系不強(qiáng)，存在信息孤島，較難滿足水環(huán)境綜合管理的業(yè)務(wù)需求，缺乏系統(tǒng)性、協(xié)同化、知識化應(yīng)用的問題，需要進(jìn)行系統(tǒng)性規(guī)劃，制定建設(shè)目標(biāo)和策略，確定技術(shù)框架和建設(shè)步驟，把水環(huán)境管理的多源分散信息、監(jiān)測數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，實現(xiàn)水環(huán)境管理和運(yùn)行程序化、資產(chǎn)數(shù)字化、工況可視化、分析診斷定量化、調(diào)度決策智能化，為各級用戶提供系統(tǒng)服務(wù)和技術(shù)支撐。

5 對策實施路徑、組織方式及預(yù)期效益

基于上述對策建議，明確具體的實施路徑和組織方式，為對策的落地實施提供保障，并從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會等方面明確預(yù)期效益。

1）實施路徑。按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)先行、急用先建、迭代完善”的總體原則，優(yōu)先開展技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，依托示范試點(diǎn)城市開展監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)和感知網(wǎng)搭建，驗證標(biāo)準(zhǔn)適用性和完整性，開展業(yè)務(wù)系統(tǒng)的定制化開發(fā)并逐步提升智慧化水平，逐步擴(kuò)展云平臺規(guī)模，形成智慧水務(wù)開發(fā)建設(shè)的項目管理經(jīng)驗，培育智慧水務(wù)開發(fā)和運(yùn)維隊伍，逐步建立起由業(yè)務(wù)專家、軟件開發(fā)團(tuán)隊、設(shè)備廠商、平臺廠商、專家隊伍組成的生態(tài)圈，為后續(xù)智慧水務(wù)規(guī)?；_發(fā)建設(shè)打下基礎(chǔ)。

2）組織方式。建立涵蓋地方政府業(yè)務(wù)指導(dǎo)、三峽集團(tuán)戰(zhàn)略決策、長江環(huán)保集團(tuán)資源平臺支持、業(yè)務(wù)單位領(lǐng)銜工藝設(shè)計—軟件開發(fā)—運(yùn)維、專家高端咨詢、設(shè)備研發(fā)六大生態(tài)圈，形成戰(zhàn)略決策、項目策劃、設(shè)計咨詢、設(shè)備采購、軟件開發(fā)、廠網(wǎng)運(yùn)維的全過程智慧水務(wù)生態(tài)鏈，建立聯(lián)合工作小組統(tǒng)籌推進(jìn)工作。

3）預(yù)期效益。a.技術(shù)效益方面。形成水環(huán)境數(shù)據(jù)資產(chǎn)，提高水環(huán)境管控能力；形成城市智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)制能力；提煉和總結(jié)智慧水務(wù)核心技術(shù)，提高核心競爭力。b.社會效益方面。改善大眾水務(wù)服務(wù)、提高信息化管理水平；提升政府治理和公共服務(wù)能力。c.經(jīng)濟(jì)利益方面。提高效率創(chuàng)造間接經(jīng)濟(jì)效益；避免重復(fù)開發(fā)建設(shè)，提高運(yùn)轉(zhuǎn)效率；支撐產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，推動經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展。

6 結(jié)語

本研究得出，在長江大保護(hù)背景下，長江經(jīng)濟(jì)帶城市智慧水務(wù)發(fā)展程度普遍較低，面臨頂層規(guī)劃缺失、各參與方整合程度低、業(yè)務(wù)主導(dǎo)能力不足、監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證、數(shù)據(jù)孤島、碎片化管理等問題，水務(wù)運(yùn)營管理主要依靠經(jīng)驗進(jìn)行，須通過數(shù)據(jù)整合、智慧化分析算法應(yīng)用研究、智慧化平臺建設(shè)，從依靠經(jīng)驗化的管理模式轉(zhuǎn)向高效智能的智慧化管理模式轉(zhuǎn)變。本研究對于長江大保護(hù)智慧水務(wù)從頂層設(shè)計到落地實施提供了系統(tǒng)解決方案，無論是從系統(tǒng)性和實用性均可為長江大保護(hù)建設(shè)運(yùn)營提供智慧化支撐，目前已有九江、蕪湖等落地成功案例。但由于智慧水務(wù)體系龐大且須具備較強(qiáng)可實施性，涉及的關(guān)鍵點(diǎn)既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，特別是準(zhǔn)確可靠的感知體系建設(shè)難度很大，需要在硬件研發(fā)和服務(wù)模式上做更多探索。希望未來隨著更多智慧水務(wù)項目的落地，能夠持續(xù)研究提升優(yōu)化解決方案，賦能長江大保護(hù)。