城市水務(wù)系統(tǒng)主要由供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)和水環(huán)境三部分組成，是城市高質(zhì)量發(fā)展和提升城鄉(xiāng)建設(shè)管理水平的重要環(huán)節(jié)。智慧水務(wù)是智慧城市的重要組成部分，其是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目前業(yè)內(nèi)對智慧水務(wù)的認(rèn)知并不統(tǒng)一，究其目的，是為了充分挖掘和利用數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)水務(wù)各業(yè)務(wù)場景下的數(shù)據(jù)智能化控制、智慧化決策與管理。

智慧水務(wù)建設(shè)是運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、空間地理信息集成等新一代信息技術(shù)，實時感知城鎮(zhèn)水務(wù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)分析對水務(wù)信息進(jìn)行及時處理，提供輔助決策支持，形成融合智能感知、智能仿真、智能診斷、智能預(yù)警、智能調(diào)度、智能處置、智能控制和智能服務(wù)的全方位水務(wù)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)水務(wù)系統(tǒng)全流程的科學(xué)化、精細(xì)化、智能化運行管理。智慧水務(wù)建設(shè)不僅可以幫助水務(wù)行業(yè)創(chuàng)造多種價值，還將對用戶和運營環(huán)境帶來深遠(yuǎn)影響。

建設(shè)智慧水務(wù)內(nèi)在驅(qū)動力

對于水務(wù)行業(yè)本身發(fā)展來說，不斷增長的用水需求和運營成本驅(qū)使行業(yè)使用數(shù)字化技術(shù)來提高生產(chǎn)效率。根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《中國城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒》（2022），截至2022年底，我國城市供水綜合生產(chǎn)能力和供水管道長度分別為31510.40萬m³/d和110.30萬km，城市建成區(qū)供水管道密度為14.87km/km²，19個國家級城市群供水綜合生產(chǎn)能力和供水管道長度分別為24366.34萬m³/d和83.74萬km，分別占全國總量的77.33%和75.92%。我國城市排水管道長度達(dá)到91.35萬km，，建成區(qū)排水管道密度為12.34km/km2，城市污水處理廠數(shù)量和污水處理能力分別為2894座、21606.10萬m³/d。19個國家級城市群污水處理廠數(shù)量、污水處理能力、排水管道長度分別為2064座、17679.2萬m³/d、72.24萬km，分別占全國總量的71.32%、81.83%、79.08%。

圖1 國家級城市群污水處理概況

文獻(xiàn)計量分析

在中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中，以“智慧水務(wù)”為關(guān)鍵詞，分別對2014~2023年發(fā)表（布）的論文和專利進(jìn)行檢索和統(tǒng)計，結(jié)果顯示：智慧水務(wù)相關(guān)的期刊發(fā)文量在近年穩(wěn)步增加，研究主題從智慧水務(wù)的需求、構(gòu)想和思考逐漸向總體框架、平臺設(shè)計、信息化建設(shè)等方向發(fā)展，2023年發(fā)文主題主要集中在供排水一體化建設(shè)、城市水環(huán)境智慧化建設(shè)等。在專利方面，專利最早出現(xiàn)于2014年，之后近幾年呈快速增長趨勢。申請內(nèi)容主要體現(xiàn)在設(shè)備和管理平臺，包括供水設(shè)備、預(yù)制泵站、清污設(shè)備、云平臺、云計算等（見圖2）。

圖2 智慧水務(wù)相關(guān)論文與專利統(tǒng)計

智慧水務(wù)現(xiàn)狀

對24家水務(wù)運營企業(yè)及智慧水務(wù)科技企業(yè)進(jìn)行針對性調(diào)研，其中水務(wù)運營企業(yè)20家，從地域上看，華東、華南、華中、東北分別調(diào)研7家、4家、3家、3家，其余區(qū)域各1家；從供排水規(guī)模上看，10萬m³/d以下4家，10萬~50萬m³/d的9家，萬m³/d以上7家。主要了解當(dāng)前智慧水務(wù)建設(shè)與應(yīng)用現(xiàn)狀、存在主要難點等。內(nèi)容包括智慧水務(wù)頂層規(guī)劃、智慧水務(wù)建設(shè)現(xiàn)狀、智慧水務(wù)應(yīng)用現(xiàn)狀等。

3.1 頂層規(guī)劃

依據(jù)調(diào)研結(jié)果可以看到，截至當(dāng)前，無論水務(wù)企業(yè)規(guī)模小大、區(qū)域如何，均在企業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃中提出智慧水務(wù)建設(shè)，并給予較高的地位，當(dāng)然，被調(diào)研者也提出當(dāng)前階段只能達(dá)到或規(guī)劃智能化水務(wù)、數(shù)字化水務(wù)。其中，規(guī)模較大的水務(wù)企業(yè)由相對完善的智慧水務(wù)相關(guān)規(guī)劃，同時建設(shè)內(nèi)容相對完善且系統(tǒng)性較強。

3.2 建設(shè)歷程

根據(jù)被調(diào)研水務(wù)企業(yè)情況，將水務(wù)企業(yè)智慧化發(fā)展歷程分為三階段：

（1）單一業(yè)務(wù)信息化階段：大部分企業(yè)均處于此階段，以自動化控制為重點，著眼于儀表、設(shè)備等硬件設(shè)施的工藝優(yōu)化與升級，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與機器操控的自動化進(jìn)程，釋放了勞動力，提升生產(chǎn)效率。

（2）多項業(yè)務(wù)信息化和門戶集成階段：以信息化建設(shè)為重點，相繼搭建企業(yè)水務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)水務(wù)行業(yè)的數(shù)據(jù)采集、信息互通、數(shù)字化應(yīng)用等，初步形成城市水務(wù)系統(tǒng)與管理體系的信息化建設(shè)。

（3）大數(shù)據(jù)分析與決策階段：以互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)的綜合應(yīng)用為重點，將智慧化與水務(wù)深入融合，對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘、分析與處理，加強資源整合與共享，加速水務(wù)綜合管理的精細(xì)化、動態(tài)化、協(xié)同化、高效化進(jìn)程，全面提升水務(wù)綜合治理能力。

3.3 系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)共享

被調(diào)研水務(wù)企業(yè)正在從單一業(yè)務(wù)單元向多業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合階段邁進(jìn)，但絕大多數(shù)的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)是孤立的，沒有實現(xiàn)互聯(lián)互通，也就不能實現(xiàn)共享，限制了更高層次的智慧應(yīng)用。當(dāng)前建設(shè)較多的系統(tǒng)是營業(yè)收費系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)GIS，約50%水務(wù)企業(yè)存在的數(shù)據(jù)中心只是將各分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)從一個模塊“機械”地拷貝或?qū)�入到另一個模塊數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)歷史數(shù)據(jù)過于龐大時，就會導(dǎo)致系統(tǒng)運行緩慢、數(shù)據(jù)丟失等各類問題。

3.4 建設(shè)策略

在智慧水務(wù)建設(shè)過程中，針對建設(shè)較早的原有存量系統(tǒng)繼續(xù)使用問題進(jìn)行調(diào)研，根據(jù)被調(diào)研企業(yè)情況，可將智慧水務(wù)建建設(shè)策略分為：

（1）整合原有平臺系統(tǒng)，重建系統(tǒng)性更強的一體化平臺：以廣州自來水公司為例，通過“1+27”（一個平臺，27個域）的建設(shè)，覆蓋供水全流程，實現(xiàn)“源、廠、站、網(wǎng)、端”的全流程智慧化管理。

（2）分步有序補全智慧水務(wù)平臺建設(shè)：以深圳水務(wù)集團為例，形成了從頂層設(shè)計到項目實施全流程建設(shè)方法，保障了智慧水務(wù)規(guī)劃完整、架構(gòu)先進(jìn)、基礎(chǔ)牢固、切合業(yè)務(wù)的需求。

（3）持續(xù)推進(jìn)補充完善業(yè)務(wù)平臺：以山東公用水務(wù)集團為例，現(xiàn)有智慧水務(wù)平臺建設(shè)框架為“集團→水務(wù)公司→水廠”三級管理模式，已建有SCADA系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)等基礎(chǔ)平臺等，其智慧水務(wù)規(guī)劃需要從一線水廠的需求端出發(fā)，不斷完善水廠在生產(chǎn)運營等方面的單獨業(yè)務(wù)單元。

3.5 應(yīng)用情況

根據(jù)調(diào)研結(jié)果可以看到，盡管很多水務(wù)企業(yè)已經(jīng)建設(shè)了較為超前的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，但卻很難應(yīng)用起來，一方面是實際操作人員應(yīng)用原有系統(tǒng)駕輕就熟，意愿上并不支持信息系統(tǒng)辦公；另一方面智慧水務(wù)平臺建設(shè)源于各種目的，比如樹立行業(yè)/區(qū)域標(biāo)桿，但背后的數(shù)據(jù)并不能實現(xiàn)聯(lián)通，應(yīng)用困難。那么如何才能使智慧水務(wù)平臺既建設(shè)好又能應(yīng)用好呢？根據(jù)調(diào)研結(jié)果可以看到：

（1）操作層不能有太大阻力。所有布設(shè)的自動化設(shè)施應(yīng)以操作友好、便于使用為原則，使一線操作工人對于智慧化建設(shè)不排斥。

（2）管理層能出成績。建設(shè)的自動化設(shè)施和信息化系統(tǒng)能夠?qū)崒嵲谠诘膶崿F(xiàn)降本增效等效果。

（3）決策層能出政績。當(dāng)前很多水工業(yè)場景屬于公共事業(yè)，智慧水務(wù)建設(shè)能夠體現(xiàn)水務(wù)企業(yè)的社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

調(diào)研結(jié)果分析

本次調(diào)研同時參考了《城鎮(zhèn)水務(wù)行業(yè)智慧水務(wù)調(diào)研分析報告》結(jié)果，與其存在部分異同：

（1）對于水務(wù)企業(yè)信息建設(shè)關(guān)注程度基本一致，在水務(wù)企業(yè)的調(diào)研中，供水企業(yè)更關(guān)注于營業(yè)收費系統(tǒng)、客戶服務(wù)系統(tǒng)等，而污水處理企業(yè)更關(guān)注廠內(nèi)自動化系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。同時水務(wù)企業(yè)對GIS系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和系統(tǒng)集成也提升至更關(guān)注的層次。

（2）對于系統(tǒng)和數(shù)據(jù)集成有所差異，依據(jù)水務(wù)企業(yè)智慧水務(wù)發(fā)展規(guī)律，進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)集成且實現(xiàn)主題分析的企業(yè)比例已經(jīng)有較大提升。調(diào)研結(jié)果表明未實現(xiàn)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)集成的企業(yè)較少，但能夠?qū)崿F(xiàn)部分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)集成但未能實現(xiàn)主題業(yè)務(wù)分析的企業(yè)占比最高，能夠達(dá)到50%，而當(dāng)前還沒有任何企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)所有應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)集成并能全面分析。

（3）對于智慧水務(wù)中存在的主要難點差異較大，調(diào)研結(jié)果表明，缺少專業(yè)人員配備、缺乏投資、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善等并不是水務(wù)企業(yè)亟待解決的難題，而投資時普遍的看不到投入產(chǎn)出是建設(shè)智慧水務(wù)的主要問題，即水務(wù)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)共性認(rèn)為智慧水務(wù)平臺建設(shè)能夠提高業(yè)務(wù)和管理效率，但難以量化投入產(chǎn)出是當(dāng)前最棘手問題。

建設(shè)難點

（1）投資與回報矛盾是智慧水務(wù)建設(shè)發(fā)展的主要問題。智慧水務(wù)建設(shè)伴隨著較大的資金投入，智慧水務(wù)平臺產(chǎn)生的實際成效難以評估或量化，尤其是已建項目的價值，智慧水務(wù)投入產(chǎn)出之間的矛盾限制了其發(fā)展。

（2）數(shù)據(jù)孤島是限制智慧水務(wù)建設(shè)與應(yīng)用的關(guān)鍵問題。水務(wù)企業(yè)普遍存在各個業(yè)務(wù)模塊所使用的軟件系統(tǒng)存在兼容性問題導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法流通共享，再加之?dāng)?shù)據(jù)共享平臺設(shè)施搭建仍不完善問題，這些因素導(dǎo)致的數(shù)據(jù)孤島問題阻礙了數(shù)據(jù)互聯(lián)共享及更高層次智慧水務(wù)應(yīng)用效果。


 

——本文作者李金龍，張彬*，王海霞，楊曦。研究結(jié)果來源于亞太建設(shè)科技信息研究院有限公司自立課題YT202306

作者

李金龍

《給水排水》編輯部副主任

 

基礎(chǔ)設(shè)施和公用事業(yè)特許經(jīng)營管理辦法(2024年1月31日經(jīng)國家發(fā)展改革委第8次委務(wù)會通過　2024年3月28日國家發(fā)展改革委、財政部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、交通運輸部、水利部、中國人民銀行令第17號公布　自2024年5月1日起施行)  http://kategosenaylor.com/news/202411/20/162355.html    報告題目：新膜制備健康水關(guān)鍵技術(shù)難題及應(yīng)對策略

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報告題目：協(xié)同超凈化水土共治技術(shù)在河湖生態(tài)整體修復(fù)中的應(yīng)用

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 報告題目：城鎮(zhèn)污水處理廠綠色發(fā)展路徑與工程實踐   

報告人：中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司 總工/教授級高工 鄭興燦  博士

上海水業(yè)嘉年華12月6日上午 演講主題及演講人： 

1、污泥干化焚燒運行效能提升研究與探索-上海白龍港污水處理廠污泥車間主任、大國工匠、全國勞模 楊戌雷

2、污泥水熱生物炭技術(shù)制備土壤改良劑的研究與示范-上海城投污水處理有限公司技術(shù)管理部技術(shù)主管 鄒博源

3、污水處理高效能運行探索與試驗-上海城投污水處理有限公司生產(chǎn)管理部副經(jīng)理 陶珺

4、污水處理新能源應(yīng)用技術(shù)研究與示范-上海復(fù)潔環(huán)�？萍脊煞萦邢薰�司副總裁 盧宇飛

5、竹園污水廠綠色低碳運行探索-上海竹園污水處理分公司經(jīng)理 呂燕

6、上海城鎮(zhèn)污水資源化利用政策研究-上海城市水資源開發(fā)利用國家工程中心有限公司副總工程師、副總經(jīng)理、排水研究所所長 馬艷

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