童林毅，蔣永紅

（1. 余姚市第二自來水有限公司，浙江 寧波 315450；2. 杭州領圖信息科技有限公司，浙江 杭州 311200）

0 引 言

在信息網絡時代，信息已經成為各行各業(yè)應對客觀環(huán)境、轉變政府職能、以及滿足公務服務的需要，人們的生活越來越離不開網絡和信息，或者說，生活在城鎮(zhèn)中的每一個居民已經成為信息的載體。從企業(yè)運營和管理應用的角度而言，智慧水務[1]和實時數(shù)字養(yǎng)護是信息網絡化在城鎮(zhèn)水務行業(yè)的一個具體應用實踐，通過各類應用網絡平臺的有機整合與數(shù)據挖掘，實現(xiàn)水務信息的互聯(lián)互通和資源共享，為城鎮(zhèn)水務精細化、智慧化管理提供技術支撐[2]。城鎮(zhèn)供水的智慧化管理和運營，可以實現(xiàn)城鎮(zhèn)用水更便捷、環(huán)境更優(yōu)良，促進供水企業(yè)和諧、可持續(xù)成長，為居民創(chuàng)造更美好的生活環(huán)境。

1 農村大面域供水與管網實時數(shù)字養(yǎng)護

近年來，水務信息化建設已經逐步深入和完善，特別是浙江省“五水共治”建設目標提出以來，“智慧水務”已成為浙江省水務企業(yè)信息化建設、科學化管理和企業(yè)效益提升的新標準和新要求。

1.1 農村供水與功能實現(xiàn)

現(xiàn)階段，在農村城鎮(zhèn)化發(fā)展和市政建設逐步完善的大環(huán)境下，新農村建設不斷發(fā)展，用水需求日益增長，隨著制水工藝的提高和鄉(xiāng)鎮(zhèn)小水廠的兼并，農村供水將普遍采用大面域集中供水模式[3-4]，供水企業(yè)逐步引進了計量收費、供水調度、管網維修、規(guī)劃設計、客戶服務等商業(yè)應用軟件平臺，普遍實現(xiàn)了水務信息從傳統(tǒng)檔案管理到數(shù)字化管理的轉變[5]。然而，由于地域或時間的限制，使得經營決策信息化不足或者缺乏有效協(xié)同合作，不能及時反饋實際或突發(fā)問題。

農村大面域供水智能化養(yǎng)護管理，借鑒智慧水務的經營理念，建立以GIS為核心的實時數(shù)字工作流程系統(tǒng)和智能分析預警架構體系，規(guī)范化、標準化和精細化各類基礎信息化平臺，實現(xiàn)管網養(yǎng)護由被動向主動、靜態(tài)向動態(tài)、粗放向精細、無序向規(guī)范的轉變，降低運營成本、提高服務效益，理論框架如圖1所示。

圖1 供水管網智慧化管理框架圖Fig.1 The framework diagram of water pipe network intelligent management

1.2 管網管理與智慧管道

在某種意義上而言，管網智慧化管理即智慧管道的信息化管理，智慧管網應該涵蓋全部管道及其周邊范圍內數(shù)字化、網絡化、智能化和可視化的過程，通過采集、處理和應用管道規(guī)劃、設計、施工、運營、維護等全過程、全生命周期的基礎數(shù)據和專業(yè)數(shù)據，結合沿線環(huán)境、人文、經濟、市政等社會信息，建立管道信息數(shù)據倉庫，為管網建設、運營與決策提供真實可靠的數(shù)據支持，從而達到管網智慧化且動態(tài)管理的目的。

管網管理是農村供水養(yǎng)護維護和運營管理的重要組成部分，農村供水管網的智慧化管理，在滿足管道、社會、企業(yè)等各類資源優(yōu)化配置的同時，實現(xiàn)城鎮(zhèn)用戶和各職能部門之間信息的感知與溝通，最大化地促進區(qū)域供水用水可持續(xù)發(fā)展。

1.3 管網養(yǎng)護與實時數(shù)字管理

供水管網養(yǎng)護管理包括日常維護和工程新建兩方面內容，其主要業(yè)務范圍包括：管網的搶修維修，設施的巡檢維護，管道的更新改造，管網的漏損檢測，以及違章的監(jiān)護指導等工作。在大量的供水實踐中，由于農村供水管網分布廣闊零散、地形復雜多變、用水習俗差異以及季節(jié)性影響變化等原因，商用軟件各自為營或孤軍獨戰(zhàn)，數(shù)據堆積或信息孤島，使得信息化變成了電子地圖和電子報表，無法真正有效地解決農村管網養(yǎng)護的實際問題。

管網實時數(shù)字養(yǎng)護通過信息網絡和數(shù)據在線感知技術，結合微信公眾號和手機APP等互聯(lián)網信息平臺，建立以GIS為核心的實時數(shù)字養(yǎng)護運作系統(tǒng)與智能分析預警架構體系，養(yǎng)護人員通過手機或平板等移動設備即可完成接單、養(yǎng)護、結案、核算、歸檔等一體化流程作業(yè)，工作流程如圖2所示。

圖2 供水管網實時數(shù)字養(yǎng)護工作流程圖Fig.2 The fl ow chart of real-time water supply pipeline maintenance

實時數(shù)字養(yǎng)護為農村供水注入了新活力，通過管網智慧化管理與運維，建立轄區(qū)內供水管道的數(shù)據倉庫，實現(xiàn)水務信息的互聯(lián)共享，促進決策調度的優(yōu)化配置，提高企業(yè)管理的服務水平。

2 余姚市農村大面域供水管網養(yǎng)護現(xiàn)況實例

余姚二水司成立于1996年，主要服務于農村供水事業(yè)，供水區(qū)域389 km2，在20多年的運營管理過程中，管網養(yǎng)護工作不斷更新與完善，然而依然存在著各類困境，以下從區(qū)域化運營、信息化決策和聯(lián)動性調配3個方面加以具體說明。

2.1 地域因素限制，區(qū)域劃分式管理運營

余姚二水司下設4個區(qū)域供水管理服務站，承擔著余姚市西北地區(qū)10個鄉(xiāng)鎮(zhèn)或街道的供水任務，轄區(qū)廣闊、用戶分散、用水不均及地域差異是農村大面域集中式供水的突出難題。供水轄區(qū)地形崎嶇、道路曲折及建筑不規(guī)范等地域因素，導致管網線路長和樹枝狀分布多的現(xiàn)狀，受外在環(huán)境影響明顯，爆管漏損嚴重，系統(tǒng)化運作調度困難；流動性和季節(jié)性的傳統(tǒng)作息習慣，致使人情水、催繳難和搶修失聯(lián)等事件時常發(fā)生，供水運營難以形成統(tǒng)一的管理模式。

2.2 傳統(tǒng)管理模式，經營決策信息化不足

余姚二水司擁有營業(yè)收費(MIS)、地理信息(GIS)、管網監(jiān)控(SCADA)、熱線服務(ACD)等基礎信息化平臺，管網養(yǎng)護實現(xiàn)了從圖紙檔案到數(shù)字化管理的轉變，但經營決策的信息化依然不足，養(yǎng)護管理與經營決策之間缺乏有效的協(xié)同與合作。

由于供水轄區(qū)廣闊和劃分式運營，養(yǎng)護工作缺乏整體規(guī)劃和相互配合，不同職能部門間存在信息孤島或數(shù)字鴻溝；系統(tǒng)平臺間雖有無縫交互式接口，但缺乏數(shù)據信息共享與交換機制，無法發(fā)揮社會互動、聯(lián)動分析與科學評估等信息化功能。

2.3 養(yǎng)護維護孤立，缺乏統(tǒng)一聯(lián)動性調配

養(yǎng)護維護工作簡單地完成任務和事故登記，缺少資源優(yōu)化配置和科學運營調度，遇到突發(fā)事件只能任其發(fā)展或事后補救；養(yǎng)護維護事務單一、煩瑣且海量，報修資料機械性地堆砌，無法實現(xiàn)系統(tǒng)的輔助導向和聯(lián)動調配等信息化管理；養(yǎng)護維護管理強調爆管事故的搶修結果和及時率，缺乏事前聯(lián)動分析和可能事故的預控預警，盲目關閥斷水或封路開挖擴大影響范圍。

綜上分析，農村供水管網分布廣泛且復雜多變，如果沒有科學化調度與信息化管理，就會因為資料丟失遺漏或者信息孤島阻斷而無法有效及時地指導養(yǎng)護工作。

3 實時數(shù)字養(yǎng)護管理在農村大面域供水服務中的應用探討

在農村大面域集中式供水服務中，采用基于GIS為核心的實時數(shù)字養(yǎng)護管理模式具有重要的現(xiàn)實意義和經濟價值，以下從區(qū)域運營、信息決策、聯(lián)動調配、工程建設、事故預警和運行維護等方面分析探討實時數(shù)字養(yǎng)護管理的應用效果。

3.1 實時數(shù)字養(yǎng)護管理在區(qū)域運營中的思路與應用

在農村供水區(qū)域運營與服務中，大多采用樹枝狀管網分布和單表箱式水費計量，供水轄區(qū)廣闊、用戶分散且地域差異是企業(yè)區(qū)域管理的主要困境，也是導致其他供水事故的觸發(fā)因素。

基于GIS數(shù)字養(yǎng)護管理的區(qū)域運營模式，建立以GIS為核心的供水“一張圖”信息平臺，各職能部門及供水站權屬管網、監(jiān)控、巡檢、搶修、水費、回訪和調度等服務職責，形成管理運營一體化與可視化的組織流程，如圖3所示。通過PC客戶端或APP移動服務端的實時調用、使用、反饋（報告或上傳）和銷毀功能，消除區(qū)域屏障和信息壁壘，實現(xiàn)信息和數(shù)據的有效溝通與快速傳遞；通過客服熱線、門戶網站、論壇專欄、微信公眾平臺等對外服務窗口，及時發(fā)現(xiàn)收集問題、及時解決處理事故、及時溝通回訪困惑，實現(xiàn)公眾服務的互動和政府衛(wèi)檢的監(jiān)督；通過智能分析和信息挖掘技術，預控預警管網和設備的運行狀況，分析統(tǒng)計區(qū)域用水報修的差異性，避讓搶修高發(fā)期、用水高峰期、漏損排查期、農忙及習俗流動期等特殊時段，建成統(tǒng)一協(xié)調的管網養(yǎng)護和供水服務體系。

圖3 農村供水管網在線巡查Fig.3 Routing inspection of rural water supply pipe network

3.2 實時數(shù)字養(yǎng)護管理在信息決策中的思路與應用

在農村供水數(shù)字化和信息化管理過程中，商用信息平臺孤立運作，數(shù)據標準不相融，資源信息不互通，存在嚴重的數(shù)據堆積或信息滯后，產生信息孤島和數(shù)字鴻溝，最終形成電子地圖和電子報表形式的僵化管理狀態(tài)。

基于GIS數(shù)字養(yǎng)護管理的信息決策模式，設置專屬服務器和安全網關，搭建統(tǒng)籌全局的智慧信息平臺，標準規(guī)范和有效掛鏈各類基礎信息子系統(tǒng)數(shù)據庫，實現(xiàn)資源信息的協(xié)同處置和優(yōu)化調配，對內執(zhí)行管網運營和設備管理的預警決策，對外提供搶修維修和供水服務的監(jiān)督指導，如圖4所示。通過管網資料、監(jiān)控狀態(tài)、管理決策及智能分析等信息數(shù)據的分享和交換，快速發(fā)現(xiàn)并實時處置問題，消除不同職能部門間的信息延遲和事件延誤，滿足信息決策上情下達和致知至行的需求；通過水質、水壓、水損、事故進度和受災范圍等水力模型的預控預警，實現(xiàn)養(yǎng)護與決策之間的科學評估和聯(lián)動協(xié)作，確保供水信息處于實時、受控和可追蹤狀態(tài)；通過環(huán)保、氣象、規(guī)劃、城建及國土資源等行政部門的在線同步論證、評估與修繕，實現(xiàn)供水信息資源的社會共享與業(yè)內交流，提升企業(yè)的服務質量和辦事效率。

圖4 農村供水管網爆管受災分析Fig.4 Accident analysis of rural water supply pipe network

3.3 實時數(shù)字養(yǎng)護管理在聯(lián)動調配中的思路與應用

在傳統(tǒng)的養(yǎng)護流程中，“先爆管，后維修”是一種被動的運作方式，斷水時間長、維護壓力重、資源閑置高，無法避免決策孤立散亂、資料缺失或不完善和管網失衡隱患等管理弊端。

基于GIS數(shù)字養(yǎng)護管理的聯(lián)動調配模式，在業(yè)主統(tǒng)一組織和監(jiān)管下，授予施工、監(jiān)理和設計單位臨時操作權限，在線監(jiān)控、溝通、協(xié)商和處理工程建設過程中的相關問題，提供一個智慧化信息化運作平臺，實現(xiàn)參與各方的動態(tài)協(xié)調管理，如圖5所示。信息系統(tǒng)(GIS)根據人員、物資、車輛和設備的運作與分布情況，科學合理地派送搶修任務單，統(tǒng)籌調度養(yǎng)護事務和資源配置，實施專業(yè)化便捷化搶修維修流程，減少災情擴大損失和事故等待時間；專業(yè)搶修隊限時實施搶修維修任務，在線反饋現(xiàn)場施工和管理決策的書面、圖片或視頻等媒體記錄，為后期養(yǎng)護維護或其他作業(yè)提供現(xiàn)場還原；事故處理過程中及時收集、分類存檔資料，統(tǒng)計評估水質、水壓、水損、停水時間及影響范圍等管網狀態(tài)，提供預控預警和輔助導向數(shù)據，反饋搶修與供水之間的關聯(lián)信息，避免盲目關閥斷水或過度封路開挖；竣工結算階段，在線分段驗收和提交資料，事后統(tǒng)一審計、完善和補充，消除無人管理的空白時段，實現(xiàn)工程并網的無縫化銜接。

圖5 管網搶修維修Fig.5 Pipe network repairment

3.4 實時數(shù)字養(yǎng)護管理在其他方面的應用探討

傳統(tǒng)管網養(yǎng)護缺少智能分析功能，必要的設計分析、方案決策和預控預警大都通過人工完成，建立在資源共享和實時信息基礎上的智能分析，更能體現(xiàn)養(yǎng)護管理的先進性、科學性和人性化服務。

在工程建設方面，借鑒氣象、環(huán)保、交通、水利、規(guī)劃和城建等部門的共享資源，提供規(guī)劃調研、資金籌措、勘察設計、施工安裝和并網運行等工民建的一體化管理，遇到工程變更、設計修改、特殊地段和方案調整等突發(fā)事件在線上傳媒體資料并及時溝通，必要時進行事后現(xiàn)場確認，實現(xiàn)業(yè)主方和監(jiān)管部門的實時監(jiān)控與協(xié)同指導。

在事故預警方面，通過監(jiān)控信息、施工工藝、水力模型和車輛設備荷載等預警數(shù)據，統(tǒng)計分析搶修點、漏損點、監(jiān)測點和供水平衡等日常狀態(tài)，評估自然災害或規(guī)劃方案對管網設備的影響閾值，確定管道的承載狀況和安全距離，事先采取保護措施或者提出修改拒絕建議，將人為或自然災害控制在事故爆發(fā)之前。

在運行維護方面，借助海量監(jiān)控數(shù)據和在線共享資源，持續(xù)加工或挖掘探勘水質、水壓、流量、管網平衡和設備狀況等供水信息，智能調控最佳儲水量和壓力流量值，預控預警事故易發(fā)區(qū)段，確定最佳施工時間、最佳排污時段、最佳泵站位置、最佳搶修線路、最佳規(guī)劃方案和最佳運營方式等運維策略，事先做好應急預警和搶修準備。

4 結束語

實時數(shù)字養(yǎng)護為農村供水提供了全新的管理手段和服務模式，基于GIS為核心的信息化管理在農村大面域供水服務中具有廣泛的應用前景，通過上述分析，可得到如下結論：

1）在信息化和網絡化時代背景下，新農村建設持續(xù)推進和制水工藝不斷提升，中長距離輸配水、專業(yè)化調度運營和智能化監(jiān)控預警等應用技術已經日臻完善，農村大面域集中式供水能夠滿足轄區(qū)內用水需求和用水安全，基于GIS管理的供水管網實時數(shù)字養(yǎng)護技術，對于“節(jié)約水資源，提升服務質量，解決實際問題”等具有積極的促進作用，確保供水用水可持續(xù)發(fā)展，為城鄉(xiāng)居民提供舒適便捷的用水環(huán)境。

2）水廠信息化管理和管網數(shù)字化運營必然會產生大量的基礎數(shù)據與監(jiān)控數(shù)據，實時數(shù)字養(yǎng)護管理借助GIS技術核心可以有效地組織協(xié)調各數(shù)據流和信息流之間的互聯(lián)關系，充分調和不同職能部門間“信息聯(lián)系不互通，數(shù)據處理不快捷，系統(tǒng)更新不及時”等信息孤島和數(shù)據冗余的矛盾，提供專業(yè)預警和智能調度，解決農村供水“市政管線龐雜化，地理環(huán)境差異化，養(yǎng)護管控艱難化”的難題。

3）通過GIS應用技術與供水工程實踐的有效結合可以解決農村管網養(yǎng)護的現(xiàn)實難題，使得信息化不再只是電子報表和電子地圖，同時，供水管網養(yǎng)護實踐的“組織管理，輔助決策，智能分析，事故預警”等應用功能，為GIS技術在城鎮(zhèn)專業(yè)管線應用方面提供了理論研究模型和現(xiàn)實指導意義。