高倩倩 陳家睿 楊麒臻 林男津 陳雅真

福州大學(xué)土木工程學(xué)院 福建 福州 350108

1 前言

“智慧城市”的理念在2010年由IBM正式提出；作為智慧城市建設(shè)的重要手段，在補齊城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的短板及改善民生上，“智慧水務(wù)”正當(dāng)其時。智慧水務(wù)將物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用于水務(wù)信息系統(tǒng)，對大量水務(wù)信息數(shù)據(jù)進行處理，并進行智能化識別、定位、監(jiān)測、模擬、分析和提供決策；旨在解決水務(wù)工作問題，提高水務(wù)管理和服務(wù)水平，為建設(shè)和發(fā)展智慧城市提供更好的支撐。

2 智慧水務(wù)發(fā)展背景分析

2.1 政策背景

2.1.1 智慧城市

習(xí)近平總書記在十九大的報告中將建設(shè)智慧城市作為新時代我國謀求發(fā)展的創(chuàng)新性內(nèi)容。國家八部委在2014年共同發(fā)表的《關(guān)于促進智慧城市健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》中第一次將智慧城市的建設(shè)認定為國家目標(biāo)。2015年，國家發(fā)改委與25個有關(guān)部門共同成立智慧城市建設(shè)部級協(xié)調(diào)工作組，將建立智慧城市作為“十三五”的目標(biāo)，結(jié)合土木行業(yè)信息化實踐成果，整合交通、電力、環(huán)保等行業(yè)需求，深化土木行業(yè)的智慧概念，積極探索一條適合中國的智能化發(fā)展道路。

2.1.2 海綿城市

國務(wù)院于2015年發(fā)布的《關(guān)于推進海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》對我國現(xiàn)階段海綿城市建設(shè)提出了具體要求，要求城市降雨量的70%能夠被就地利用。綜合考慮海綿城市建設(shè)的要求，本文認為可將智慧水務(wù)的理念運用于海綿城市建設(shè)中，以完成相關(guān)信息化系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)。智慧水務(wù)將以更精確的管理與決策體系服務(wù)于給排水設(shè)施的動態(tài)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。

2.1.3 水十條

2017年，國務(wù)院印發(fā)《水十條》，提出目前我國環(huán)保行業(yè)需盡快建立科技支持體系，推進共享平臺的構(gòu)建，推行高新適用科技。

在科技高速發(fā)展的時代，水資源管理的形式也在改變。水利行業(yè)已開始逐步應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)最新技術(shù)，通過使用智能供水平臺以達到安全供水的效果，解決人們對用水安全的疑慮。

2.1.4 PPP模式

PPP模式，意為公有（Public）與私有（Private）并行的合營模式（Partnership），近年來逐漸成為企業(yè)界力推的一種公私合營關(guān)系。PPP模式將政府的一部分責(zé)任轉(zhuǎn)交給社會企業(yè)，一方面減輕了財政的負擔(dān)，另一方面減少了個人組織的投資風(fēng)險，此類公益性較強的模式為建設(shè)智慧水務(wù)提供新的發(fā)展思路。水資源不再由國家單獨控制，民間私人企業(yè)可通過與政府合作的方式，在分得利益的同時，大幅度增加智慧水務(wù)行業(yè)融資量，加快推進智慧水務(wù)市場化的腳步。

2.2 環(huán)境背景

根據(jù)相關(guān)的研究結(jié)果，我國年降雨量約為648毫米。由于傳統(tǒng)建筑設(shè)計理念影響，城市里硬質(zhì)道路和屋頂?shù)拿娣e在不斷擴展，破壞自然的海綿體，只有20%到30%的雨水可以從地面上滲漏，導(dǎo)致城市內(nèi)澇、洪水等問題頻頻發(fā)生。為加大雨水的儲存量和加強城市的滲漏能力，我國提出了建設(shè)智慧水務(wù)的設(shè)想，希望通過智能化技術(shù)的力量便捷高效地處理大量水利數(shù)據(jù)，從而達到防治城市內(nèi)澇的效果。

2.3 技術(shù)背景

2.3.1 涉水技術(shù)亟待提高

現(xiàn)階段我國城市和鄉(xiāng)村的給水排水系統(tǒng)相互分離、各成體系，由于經(jīng)濟的差距，農(nóng)村的水處理系統(tǒng)匱乏，水處理技術(shù)有一定的基礎(chǔ)但其發(fā)展卻是不平衡的。尤其是海拔較高的山區(qū)農(nóng)村，技術(shù)不足使得供水十分困難，而居民們通過打井獲得的水資源并不符合飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，長期飲用將大大危害他們的身體健康?？梢姵擎?zhèn)化與城鄉(xiāng)一體化的進行對我國的涉水技術(shù)有著極高的要求和考驗，涉水技術(shù)的提高刻不容緩。

2.3.2 排水管網(wǎng)建設(shè)滯后

因為缺少完備的法規(guī)、有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及完善的管理技術(shù)規(guī)范，每個城市管網(wǎng)建設(shè)的管理水平和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)差別很大。個別城市排水管網(wǎng)資料管理缺失、儲存數(shù)據(jù)的方法過多，使得排水管網(wǎng)的資料不夠全面、準(zhǔn)確，以至于排水管網(wǎng)的資產(chǎn)狀況不能被系統(tǒng)地掌握。

2.3.3 城市水系統(tǒng)管理技術(shù)落后

中國還有很多的城市依然在使用舊式工程的管理機制，導(dǎo)致城市水系統(tǒng)管理水平低下，技術(shù)規(guī)范不足。在排水管理方面還存在排水設(shè)施實時狀態(tài)不透明、排水時間應(yīng)對方案不科學(xué)、后續(xù)改進措施實施不到位的問題。排水信息管理存在排水管網(wǎng)的基礎(chǔ)信息不齊、不實，管網(wǎng)運行情況掌控程度不高，各部門條塊分割，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題。

3 智慧水務(wù)發(fā)展基礎(chǔ)和必要性分析

3.1 中國智慧水務(wù)的發(fā)展基礎(chǔ)

3.1.1 水務(wù)信息建設(shè)情況分析

1）水務(wù)信息化建設(shè)的現(xiàn)狀

目前，自動化和信息技術(shù)在水務(wù)行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。在物聯(lián)網(wǎng)、云計算等信息技術(shù)的推動下，水務(wù)信息建設(shè)在提高服務(wù)質(zhì)量和管理水平方面取得了很大進展。但與此同時幾何式的數(shù)據(jù)增長也給信息化工作人員帶來了數(shù)據(jù)種類多、質(zhì)量差等問題，在數(shù)據(jù)的傳輸、查詢、分析等方面帶來了新的挑戰(zhàn)與機遇。

2）水務(wù)信息化建設(shè)的趨勢

在信息傳播與采集的規(guī)模空前的背景下，水務(wù)信息建設(shè)已從信息數(shù)據(jù)建設(shè)向智能平臺建設(shè)發(fā)展?！皵?shù)字化”與“智慧化”的差別在于如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效梳理和分析應(yīng)用，多數(shù)水務(wù)公司的信息化建設(shè)正從數(shù)字化轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔刍?，能否適應(yīng)這一差別成了關(guān)鍵所在。由此可知，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進行數(shù)據(jù)整合并實現(xiàn)智慧決策將成為水務(wù)信息化建設(shè)的未來趨勢。

3.1.2 水務(wù)管網(wǎng)建設(shè)情況分析

1）水務(wù)管網(wǎng)建設(shè)管理現(xiàn)狀

自二十世紀九十年代以來，供排水管網(wǎng)計算機模型建設(shè)與應(yīng)用不斷取得進展，北京、上海、天津、深圳和廣州等大都市均制作了管網(wǎng)微觀模型，初步應(yīng)用于供水規(guī)劃、狀態(tài)評估、運行調(diào)度和水質(zhì)模擬等方面，使北京奧運會、上海世博會和廣州亞運會等大型國際活動的供水安全得到保障。

2）水務(wù)管網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)有的問題

由于管網(wǎng)模型的建造、運行和維護的技術(shù)要求高、投資大以及缺乏相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，管網(wǎng)模型的建設(shè)在中小城市中并不流行。管網(wǎng)的運營與維護一直是供水工作的重難點。面對海量管網(wǎng)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)管理辦法已不適用?，F(xiàn)代管理需要及時、高效的手段，因此要利用科學(xué)管理的經(jīng)驗改變管網(wǎng)管理方式，節(jié)約資源、提高管理水平、提供更好的服務(wù)。

3.1.3 ICT技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

1）互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

“互聯(lián)網(wǎng)+”以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)，強調(diào)高效分享和使用信息資源，為工業(yè)發(fā)展提供豐富且高質(zhì)量的信息資源。隨著水資源監(jiān)測站的數(shù)據(jù)獲取逐漸頻繁，數(shù)據(jù)量增長迅速，而人工處理數(shù)據(jù)效率較低，就財務(wù)角度而言計算機軟硬件成本及相關(guān)通訊費用都有所下降，因此可應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)智慧水務(wù)，以提高數(shù)據(jù)處理效率。

2）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，它建立了物物之間信息交換的渠道。水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)移動監(jiān)測系統(tǒng)充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、移動性強等優(yōu)勢，在應(yīng)對大范圍、多類型的突發(fā)事件時，不同類型的傳感器可同時將災(zāi)情和現(xiàn)場視頻傳輸至后臺系統(tǒng)，工作人員就可運用系統(tǒng)進行處理。

3）云計算技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

云計算，是將大量計算機處理程序分解為多個小程序，然后借助多個服務(wù)器的幫助進行數(shù)據(jù)搜索和計算分析，最后將處理結(jié)果發(fā)送給使用者。云計算的應(yīng)用，能夠提高設(shè)備服務(wù)器的穩(wěn)定性。例如，在遼寧省的云計算程序應(yīng)用的過程中，遼寧水資源信息系統(tǒng)充分發(fā)揮信息管理的綜合優(yōu)勢，通過云計算和虛擬化技術(shù)將最終處理結(jié)果傳送到用戶的手上。某種程度上，這個方法可解決單一操作系統(tǒng)多安裝和占有資源的問題，增強了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

4）大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

為了構(gòu)建基于信息社會的大數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)智慧水務(wù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水務(wù)系統(tǒng)。在建立智慧水務(wù)數(shù)據(jù)平臺方面，我國的開發(fā)速度較為緩慢。由于缺乏充分的信息管理方案，很多信息的采集在平臺建設(shè)過程中不一致，從而每個單位的意見不統(tǒng)一，造成平臺建設(shè)延期與空缺的狀況。

3.2 發(fā)展智慧水務(wù)的必要性分析

3.2.1 生態(tài)文明建設(shè)的必然要求

為滿足人民對潔凈水的需求與國家生態(tài)文明建設(shè)的要求，提升水環(huán)境質(zhì)量，防止水體污染成了當(dāng)務(wù)之急，智慧水務(wù)也因此成為市場熱點。水是生態(tài)環(huán)境中極為重要的一環(huán)。水量和水質(zhì)能否滿足生態(tài)需要，關(guān)系著生態(tài)文明建設(shè)的成敗。而且，生態(tài)文明的構(gòu)筑是需要所有領(lǐng)域合作的復(fù)雜過程，智慧水務(wù)作為提供信息合并和資源交換的平臺，可以鏈接多個管理部門，推進全方位、全領(lǐng)域、全社會的生態(tài)文明建設(shè)。

3.2.2 助力城市政府有效提升水環(huán)境綜合治理能力的重要抓手

防洪排澇、水質(zhì)污染管控與防災(zāi)減災(zāi)等公共服務(wù)，將因為智慧水務(wù)的誕生而變的更加優(yōu)質(zhì)，水務(wù)部門工作效率與處理應(yīng)急事件的能力也將顯著提高，水務(wù)信息的收集、傳輸、處理、存儲以及管理都將得到加強，各類水環(huán)境監(jiān)測的實時性、準(zhǔn)確性得以實現(xiàn)，水環(huán)境綜合治理能力將會提升。

3.2.3 提高城市水務(wù)精細化管理水平的有效方式

當(dāng)下，水務(wù)發(fā)展愈發(fā)趨向于智能化，精細化。過去數(shù)據(jù)冗雜，條塊分割的粗放式經(jīng)營已難以適應(yīng)水務(wù)事業(yè)快速發(fā)展的要求，智慧水務(wù)通過智能化供水調(diào)度體系，構(gòu)建科學(xué)、高效的水環(huán)境綜合管理服務(wù)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)整個水務(wù)管理工作的規(guī)范化、精細化以及智能化。

3.2.4 改善水環(huán)境、修復(fù)水生態(tài)、保障水質(zhì)安全的重要舉措

智慧水務(wù)建設(shè)能有效提高河湖水系水質(zhì)，消除黑臭水體，改善水環(huán)境。政府通過智慧水務(wù)系統(tǒng)，第一時間發(fā)現(xiàn)和減少安全事故和突發(fā)事件的損失，最大限度地保障國家財產(chǎn)不受損失和人民生活不受影響。公眾通過公共監(jiān)測平臺或移動在線軟件等舉報黑臭水體，及時發(fā)現(xiàn)水污染，保障用水安全。

4、可行性分析

4.1 水利信息化建設(shè)的大力發(fā)展

人大會議上，李克強總理首次提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，大力推動“互聯(lián)網(wǎng)+”，在各個行業(yè)開展廣泛試點和運用。在政策支持下，“互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)水利”的模式將幫助我國現(xiàn)有水務(wù)系統(tǒng)打造一個大數(shù)據(jù)平臺，在當(dāng)前ICT技術(shù)支持下實現(xiàn)智慧化，使物品之間實現(xiàn)信息交換，幫助社會各行業(yè)之間實現(xiàn)碎片化信息統(tǒng)一整合。

4.2 新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展

互聯(lián)網(wǎng)思維的創(chuàng)新，促進了“互聯(lián)網(wǎng)+”和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)生，推動了社會經(jīng)濟形態(tài)不斷前進，為社會進一步向前發(fā)展所需的改革、創(chuàng)新提供廣闊的網(wǎng)絡(luò)平臺。大數(shù)據(jù)和云計算平臺的不斷完善實現(xiàn)了水務(wù)信息的實時更新和整合，使得上下一體化協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，傳統(tǒng)水利工程必然能夠跟上時代潮流，在現(xiàn)代化浪潮中，享受新一代信息技術(shù)快速發(fā)展帶來的紅利。

4.3 社會認識與需求的提高

智慧水務(wù)作為水利信息化發(fā)展的目標(biāo)，通過獲取各類靜態(tài)及動態(tài)數(shù)據(jù)、構(gòu)建數(shù)據(jù)庫等形成智慧化管理模式，得到社會的廣泛關(guān)注和重視。例如，德州市供水總公司歷時近一年的時間，建立了“一個網(wǎng)絡(luò)，一個平臺，一個中心”的水務(wù)運營監(jiān)控管理體系結(jié)構(gòu)，和適合企業(yè)經(jīng)營服務(wù)區(qū)域的供水一體化綜合信息系統(tǒng)，使其達到國內(nèi)同行業(yè)先進水平。臨沂市水務(wù)集團在2012年便針對城區(qū)供水管網(wǎng)運行問題，從“流量壓力監(jiān)控系統(tǒng)”建設(shè)入手，著力打造“智慧水務(wù)”建設(shè)。上海則以需求為導(dǎo)向，依托智慧城市網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)來建設(shè)智能水網(wǎng)，支撐實現(xiàn)水務(wù)統(tǒng)籌管理，推進跨行業(yè)的集約整合。北京雄安新區(qū)在智慧城市框架下也將智慧水務(wù)建設(shè)提上了日程，并制訂了全數(shù)字化的發(fā)展目標(biāo)。由此可見，社會對智慧水務(wù)的認識與需求已達到一個新的高度。

5 結(jié)論

在當(dāng)前的政策、環(huán)境、技術(shù)等背景下，智慧水務(wù)在信息建設(shè)、管網(wǎng)建設(shè)、ICT技術(shù)應(yīng)用等方面具備一定建設(shè)和發(fā)展基礎(chǔ)。智慧水務(wù)作為智慧城市重要的公共服務(wù)設(shè)施，其建設(shè)和發(fā)展勢在必行。目前，“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)新趨勢的“物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)”為“互聯(lián)網(wǎng)+水務(wù)”提供契機，促使智慧水務(wù)在水務(wù)行業(yè)全面展開，使其具有行業(yè)核心競爭力，實現(xiàn)水務(wù)行業(yè)管理數(shù)字化、智能化、規(guī)范化，加快水務(wù)的智慧化轉(zhuǎn)型，為智慧城市發(fā)展提供新活力。