童林毅，蒋永红

（1. 余姚市第二自来水有限公司，浙江 宁波 315450；2. 杭州领图信息科技有限公司，浙江 杭州 311200）

0 引 言

在信息网络时代，信息已经成为各行各业应对客观环境、转变政府职能、以及满足公务服务的需要，人们的生活越来越离不开网络和信息，或者说，生活在城镇中的每一个居民已经成为信息的载体。从企业运营和管理应用的角度而言，智慧水务[1]和实时数字养护是信息网络化在城镇水务行业的一个具体应用实践，通过各类应用网络平台的有机整合与数据挖掘，实现水务信息的互联互通和资源共享，为城镇水务精细化、智慧化管理提供技术支撑[2]。城镇供水的智慧化管理和运营，可以实现城镇用水更便捷、环境更优良，促进供水企业和谐、可持续成长，为居民创造更美好的生活环境。

1 农村大面域供水与管网实时数字养护

近年来，水务信息化建设已经逐步深入和完善，特别是浙江省“五水共治”建设目标提出以来，“智慧水务”已成为浙江省水务企业信息化建设、科学化管理和企业效益提升的新标准和新要求。

1.1 农村供水与功能实现

现阶段，在农村城镇化发展和市政建设逐步完善的大环境下，新农村建设不断发展，用水需求日益增长，随着制水工艺的提高和乡镇小水厂的兼并，农村供水将普遍采用大面域集中供水模式[3-4]，供水企业逐步引进了计量收费、供水调度、管网维修、规划设计、客户服务等商业应用软件平台，普遍实现了水务信息从传统档案管理到数字化管理的转变[5]。然而，由于地域或时间的限制，使得经营决策信息化不足或者缺乏有效协同合作，不能及时反馈实际或突发问题。

农村大面域供水智能化养护管理，借鉴智慧水务的经营理念，建立以GIS为核心的实时数字工作流程系统和智能分析预警架构体系，规范化、标准化和精细化各类基础信息化平台，实现管网养护由被动向主动、静态向动态、粗放向精细、无序向规范的转变，降低运营成本、提高服务效益，理论框架如图1所示。

图1 供水管网智慧化管理框架图Fig.1 The framework diagram of water pipe network intelligent management

1.2 管网管理与智慧管道

在某种意义上而言，管网智慧化管理即智慧管道的信息化管理，智慧管网应该涵盖全部管道及其周边范围内数字化、网络化、智能化和可视化的过程，通过采集、处理和应用管道规划、设计、施工、运营、维护等全过程、全生命周期的基础数据和专业数据，结合沿线环境、人文、经济、市政等社会信息，建立管道信息数据仓库，为管网建设、运营与决策提供真实可靠的数据支持，从而达到管网智慧化且动态管理的目的。

管网管理是农村供水养护维护和运营管理的重要组成部分，农村供水管网的智慧化管理，在满足管道、社会、企业等各类资源优化配置的同时，实现城镇用户和各职能部门之间信息的感知与沟通，最大化地促进区域供水用水可持续发展。

1.3 管网养护与实时数字管理

供水管网养护管理包括日常维护和工程新建两方面内容，其主要业务范围包括：管网的抢修维修，设施的巡检维护，管道的更新改造，管网的漏损检测，以及违章的监护指导等工作。在大量的供水实践中，由于农村供水管网分布广阔零散、地形复杂多变、用水习俗差异以及季节性影响变化等原因，商用软件各自为营或孤军独战，数据堆积或信息孤岛，使得信息化变成了电子地图和电子报表，无法真正有效地解决农村管网养护的实际问题。

管网实时数字养护通过信息网络和数据在线感知技术，结合微信公众号和手机APP等互联网信息平台，建立以GIS为核心的实时数字养护运作系统与智能分析预警架构体系，养护人员通过手机或平板等移动设备即可完成接单、养护、结案、核算、归档等一体化流程作业，工作流程如图2所示。

图2 供水管网实时数字养护工作流程图Fig.2 The fl ow chart of real-time water supply pipeline maintenance

实时数字养护为农村供水注入了新活力，通过管网智慧化管理与运维，建立辖区内供水管道的数据仓库，实现水务信息的互联共享，促进决策调度的优化配置，提高企业管理的服务水平。

2 余姚市农村大面域供水管网养护现况实例

余姚二水司成立于1996年，主要服务于农村供水事业，供水区域389 km2，在20多年的运营管理过程中，管网养护工作不断更新与完善，然而依然存在着各类困境，以下从区域化运营、信息化决策和联动性调配3个方面加以具体说明。

2.1 地域因素限制，区域划分式管理运营

余姚二水司下设4个区域供水管理服务站，承担着余姚市西北地区10个乡镇或街道的供水任务，辖区广阔、用户分散、用水不均及地域差异是农村大面域集中式供水的突出难题。供水辖区地形崎岖、道路曲折及建筑不规范等地域因素，导致管网线路长和树枝状分布多的现状，受外在环境影响明显，爆管漏损严重，系统化运作调度困难；流动性和季节性的传统作息习惯，致使人情水、催缴难和抢修失联等事件时常发生，供水运营难以形成统一的管理模式。

2.2 传统管理模式，经营决策信息化不足

余姚二水司拥有营业收费(MIS)、地理信息(GIS)、管网监控(SCADA)、热线服务(ACD)等基础信息化平台，管网养护实现了从图纸档案到数字化管理的转变，但经营决策的信息化依然不足，养护管理与经营决策之间缺乏有效的协同与合作。

由于供水辖区广阔和划分式运营，养护工作缺乏整体规划和相互配合，不同职能部门间存在信息孤岛或数字鸿沟；系统平台间虽有无缝交互式接口，但缺乏数据信息共享与交换机制，无法发挥社会互动、联动分析与科学评估等信息化功能。

2.3 养护维护孤立，缺乏统一联动性调配

养护维护工作简单地完成任务和事故登记，缺少资源优化配置和科学运营调度，遇到突发事件只能任其发展或事后补救；养护维护事务单一、烦琐且海量，报修资料机械性地堆砌，无法实现系统的辅助导向和联动调配等信息化管理；养护维护管理强调爆管事故的抢修结果和及时率，缺乏事前联动分析和可能事故的预控预警，盲目关阀断水或封路开挖扩大影响范围。

综上分析，农村供水管网分布广泛且复杂多变，如果没有科学化调度与信息化管理，就会因为资料丢失遗漏或者信息孤岛阻断而无法有效及时地指导养护工作。

3 实时数字养护管理在农村大面域供水服务中的应用探讨

在农村大面域集中式供水服务中，采用基于GIS为核心的实时数字养护管理模式具有重要的现实意义和经济价值，以下从区域运营、信息决策、联动调配、工程建设、事故预警和运行维护等方面分析探讨实时数字养护管理的应用效果。

3.1 实时数字养护管理在区域运营中的思路与应用

在农村供水区域运营与服务中，大多采用树枝状管网分布和单表箱式水费计量，供水辖区广阔、用户分散且地域差异是企业区域管理的主要困境，也是导致其他供水事故的触发因素。

基于GIS数字养护管理的区域运营模式，建立以GIS为核心的供水“一张图”信息平台，各职能部门及供水站权属管网、监控、巡检、抢修、水费、回访和调度等服务职责，形成管理运营一体化与可视化的组织流程，如图3所示。通过PC客户端或APP移动服务端的实时调用、使用、反馈（报告或上传）和销毁功能，消除区域屏障和信息壁垒，实现信息和数据的有效沟通与快速传递；通过客服热线、门户网站、论坛专栏、微信公众平台等对外服务窗口，及时发现收集问题、及时解决处理事故、及时沟通回访困惑，实现公众服务的互动和政府卫检的监督；通过智能分析和信息挖掘技术，预控预警管网和设备的运行状况，分析统计区域用水报修的差异性，避让抢修高发期、用水高峰期、漏损排查期、农忙及习俗流动期等特殊时段，建成统一协调的管网养护和供水服务体系。

图3 农村供水管网在线巡查Fig.3 Routing inspection of rural water supply pipe network

3.2 实时数字养护管理在信息决策中的思路与应用

在农村供水数字化和信息化管理过程中，商用信息平台孤立运作，数据标准不相融，资源信息不互通，存在严重的数据堆积或信息滞后，产生信息孤岛和数字鸿沟，最终形成电子地图和电子报表形式的僵化管理状态。

基于GIS数字养护管理的信息决策模式，设置专属服务器和安全网关，搭建统筹全局的智慧信息平台，标准规范和有效挂链各类基础信息子系统数据库，实现资源信息的协同处置和优化调配，对内执行管网运营和设备管理的预警决策，对外提供抢修维修和供水服务的监督指导，如图4所示。通过管网资料、监控状态、管理决策及智能分析等信息数据的分享和交换，快速发现并实时处置问题，消除不同职能部门间的信息延迟和事件延误，满足信息决策上情下达和致知至行的需求；通过水质、水压、水损、事故进度和受灾范围等水力模型的预控预警，实现养护与决策之间的科学评估和联动协作，确保供水信息处于实时、受控和可追踪状态；通过环保、气象、规划、城建及国土资源等行政部门的在线同步论证、评估与修缮，实现供水信息资源的社会共享与业内交流，提升企业的服务质量和办事效率。

图4 农村供水管网爆管受灾分析Fig.4 Accident analysis of rural water supply pipe network

3.3 实时数字养护管理在联动调配中的思路与应用

在传统的养护流程中，“先爆管，后维修”是一种被动的运作方式，断水时间长、维护压力重、资源闲置高，无法避免决策孤立散乱、资料缺失或不完善和管网失衡隐患等管理弊端。

基于GIS数字养护管理的联动调配模式，在业主统一组织和监管下，授予施工、监理和设计单位临时操作权限，在线监控、沟通、协商和处理工程建设过程中的相关问题，提供一个智慧化信息化运作平台，实现参与各方的动态协调管理，如图5所示。信息系统(GIS)根据人员、物资、车辆和设备的运作与分布情况，科学合理地派送抢修任务单，统筹调度养护事务和资源配置，实施专业化便捷化抢修维修流程，减少灾情扩大损失和事故等待时间；专业抢修队限时实施抢修维修任务，在线反馈现场施工和管理决策的书面、图片或视频等媒体记录，为后期养护维护或其他作业提供现场还原；事故处理过程中及时收集、分类存档资料，统计评估水质、水压、水损、停水时间及影响范围等管网状态，提供预控预警和辅助导向数据，反馈抢修与供水之间的关联信息，避免盲目关阀断水或过度封路开挖；竣工结算阶段，在线分段验收和提交资料，事后统一审计、完善和补充，消除无人管理的空白时段，实现工程并网的无缝化衔接。

图5 管网抢修维修Fig.5 Pipe network repairment

3.4 实时数字养护管理在其他方面的应用探讨

传统管网养护缺少智能分析功能，必要的设计分析、方案决策和预控预警大都通过人工完成，建立在资源共享和实时信息基础上的智能分析，更能体现养护管理的先进性、科学性和人性化服务。

在工程建设方面，借鉴气象、环保、交通、水利、规划和城建等部门的共享资源，提供规划调研、资金筹措、勘察设计、施工安装和并网运行等工民建的一体化管理，遇到工程变更、设计修改、特殊地段和方案调整等突发事件在线上传媒体资料并及时沟通，必要时进行事后现场确认，实现业主方和监管部门的实时监控与协同指导。

在事故预警方面，通过监控信息、施工工艺、水力模型和车辆设备荷载等预警数据，统计分析抢修点、漏损点、监测点和供水平衡等日常状态，评估自然灾害或规划方案对管网设备的影响阈值，确定管道的承载状况和安全距离，事先采取保护措施或者提出修改拒绝建议，将人为或自然灾害控制在事故爆发之前。

在运行维护方面，借助海量监控数据和在线共享资源，持续加工或挖掘探勘水质、水压、流量、管网平衡和设备状况等供水信息，智能调控最佳储水量和压力流量值，预控预警事故易发区段，确定最佳施工时间、最佳排污时段、最佳泵站位置、最佳抢修线路、最佳规划方案和最佳运营方式等运维策略，事先做好应急预警和抢修准备。

4 结束语

实时数字养护为农村供水提供了全新的管理手段和服务模式，基于GIS为核心的信息化管理在农村大面域供水服务中具有广泛的应用前景，通过上述分析，可得到如下结论：

1）在信息化和网络化时代背景下，新农村建设持续推进和制水工艺不断提升，中长距离输配水、专业化调度运营和智能化监控预警等应用技术已经日臻完善，农村大面域集中式供水能够满足辖区内用水需求和用水安全，基于GIS管理的供水管网实时数字养护技术，对于“节约水资源，提升服务质量，解决实际问题”等具有积极的促进作用，确保供水用水可持续发展，为城乡居民提供舒适便捷的用水环境。

2）水厂信息化管理和管网数字化运营必然会产生大量的基础数据与监控数据，实时数字养护管理借助GIS技术核心可以有效地组织协调各数据流和信息流之间的互联关系，充分调和不同职能部门间“信息联系不互通，数据处理不快捷，系统更新不及时”等信息孤岛和数据冗余的矛盾，提供专业预警和智能调度，解决农村供水“市政管线庞杂化，地理环境差异化，养护管控艰难化”的难题。

3）通过GIS应用技术与供水工程实践的有效结合可以解决农村管网养护的现实难题，使得信息化不再只是电子报表和电子地图，同时，供水管网养护实践的“组织管理，辅助决策，智能分析，事故预警”等应用功能，为GIS技术在城镇专业管线应用方面提供了理论研究模型和现实指导意义。