牛豫海 张娟 韩星航 王博

【摘  要】智慧水务应万物互联时代到来而生，是信息化建设发展的产物。智慧水务是以大数据为基础，通过对数据的全方位获得和共享，辅以数据分析，进行科学决策，建设稳定、高效的管理运行机制和系统。论文简要介绍了智慧水务建设的背景，指明了智慧水务建设的必要性，分析了国内智慧水务建设的现状，并对智慧水务建设的思路和方向进行了详细阐述，提出了水务企业建设智慧水务的难点与痛点，并给出了解决方案。智慧水务建设是未来所有水务企业必然的发展方向，是智慧城市建设的重要分支，需要顶层设计、稳步实施，是一项系统性工程，是一个长期的、持续开发的“一把手工程”，建设前景十分广阔。

【关键词】智慧水务；万物互联；信息化；大数据；智慧城市

【中图分类号】F426；F299.24                                             【文献标志码】A                                                 【文章编号】1673-1069（2023）07-0118-03

1 背景

随着互联网、大数据信息技术的大力发展，包括水务在内的多项传统行业面临现代化改造的诸多挑战和机遇。改革开放以来，经济增长迅速，用水种类和水量需求在不断加大，这就对水务企业提出了新的要求。目前水务行业仍然面临着经营效率低、水资源利用率不高、各区域发展水平不一等诸多问题，这就要求水务企业转换传统低端供给思维，提高服务意识，加快企业转型升级。为实现水务行业更加高效、规范、可持续发展，行业内迫切需要通过智慧水务建设提供解决方案，“智慧水务”在这种大背景下应运而生。

2 智慧水务实施的必要性

2.1 提高水务企业一体化管理效率的需要

传统的水务行业地域性强，不同地域的水务企业之间“井水不犯河水”，业务相对独立，甚至在同一供水公司，各厂站、部门互相之间业务管理上也自成体系，信息数据不共享，形成传统意义上的“信息孤岛”。以统计报表为例，主要靠人工手段层层汇总、审核，逐级上报获得，得到报表的时间逐级滞后，每年住建部發布的城市供水统计年鉴，一般要到下一年的第三季度才能够正式下发，而且其中的部分数据信息不全。由于信息的滞后，水务企业进行年终总结、业绩考核、对标管理等往往不能直接使用当年数据，且数据不能追溯，影响企业的管理水平和管理效率。水务一体化的发展模式是未来必然的发展方向，将水源、水厂、供水管网、用水户、污水处理和中水供水，以及用户直饮水、二次加压供水服务等全面整合，水务信息的公开、共享、交流和互动，已日益成为互联网时代的要求，以水务一体化管理体制为基础，以智慧水务平台为依托，精简业务流程，提高工作效率，是水务企业新时代的管理追求。

2.2 更好地满足广大用水户对用水服务和信息技术的需要

以往的用户服务和营业收费管理模式，如抄表员上门抄表，纸质单据人工填写等，受理业务程序烦琐，由此导致水表查抄准确率低，水费回收率低，供水产销差率居高不下，直接影响企业的利润和经济效益；传统水务企业的供水水质、水压情况对社会不公开，不透明，用水户不知情，供水服务缺乏社会公众的监督；供水的中间环节，高层建筑小区的二次加压设施缺乏统一的监管，不易保障供水安全；用户服务理念陈旧，方法落后，用水户故障报修和服务投诉缺乏有效的途径，导致水务企业用户满意率低。水务企业经营管理水平和工作效率要提升，各项生产运营指标要提高，需要通过采用更先进的技术手段和创新管理作为支撑。

2.3 超越水务信息化进而实现运行管理智能化的需要

水务行业步入信息化时代后，仍存在许多需改进之处，例如，管网巡线人员仍需熟读图纸根据记忆走遍大街小巷进行管网检漏，需等至深夜噪声低时根据检漏仪进行听漏，劳动强度大，工作效率低；普通水表还需查表员逐一打开井盖抄取水表读数，远传水表只起到收费的作用，未能在管网监测和用水户用水监测方面发挥充分作用，无法通过区域计量发现漏水；管网和供水设施报修仍需人工启动，人工调度进行停水和维修，造成管网维修及时率不高，增加了供水管网漏损率。在互联网技术发展、两化融合、工业智能制造以及智慧城市建设的大背景下，下一个发展目标必然为全面智能化管理。这就使得水务企业迫切需要通过建立符合时代要求的一体化管理平台，创新管理体制，使水厂、污水厂运行在信息化的基础上，逐步实现优化调度、优化运行、智能化加药和消毒等功能，做到水厂安全运行，保障水质合格和有效降低能耗。

2.4 智慧城市和数字化转型建设的需要

2012年12月，住建部正式发布《关于开展国家智慧城市试点工作的通知》。2020年9月，国务院国资委正式印发《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》。2023年2月，中共中央、国务院正式印发了《数字中国建设整体布局规划》。智慧水务作为智慧城市和数字化转型建设的重要组成部分，急需投入全面建设，提高城市建设水平，为居民生活提供便利，为城市发展增添活力。“互联网+智慧水务”是水务行业未来的发展动向，符合国家的重点支持方向，进行智慧水务共享云平台的建设，实施智慧水务的运营管理和服务，由此带来了传统经营管理模式的重大变革。

3 国内智慧水务建设的现状

智慧水务是一项“烧钱”的工作，特别是物联感知系统的建设。大型水务企业可以在智慧水务平台和软件建设上大力投入，但要实现万物互联，对他们也是一个沉重的负担；小型水司仅实现软件正版化就会使其不堪重负。国内智慧水务建设的大致情况有：第一，一线城市水司建设了较完备的信息化基础设施，拥有公司专属的MIS平台，统一管理各应用系统，智能化正在起步，尚未有云平台的打算。第二，一般地级市水司具有一定的信息化基础设施，建设了部分专业应用系统，各软件系统大部分独立运行，存在“信息孤岛”，智慧水务处于探索阶段。第三，一般县级水司信息化基础设施薄弱，一般只有独立运行的专业化应用系统，因信息化的投入太高，难以有大的突破，处于观望阶段。部分国内规模较大的水务企业率先进行了云平台的尝试，初步实现了系统融合与数据共享，以大数据为基础的智能化应用也已经起步，存在很大的发展空间。

4 智慧水务发展的难点与痛点

近年来智慧水务建设一直是水务行业的热门话题。很多水务企业对智慧水务是既爱又恨，既羡慕其他公司的成功案例，又面临自身实施无从下手的困境，想大力投入又缺乏资金来源，具体实施过程中各方阻力重重，实施后又難达到预期的智能效果，总体上雷声大、雨点小，形同鸡肋。对于这些水务企业普遍存在的痛点问题，总体分析如下：

第一，缺乏顶层设计与长远规划。首先是各应用系统的功能分工与定位，之后是各系统之间的打通，一个是流程的打通，一个是数据的对外开放，再就是所需数据的调用，都要做好标准化。物联感知仪表方面，水厂、污水厂相对较好，而管网则缺乏较全面的水质、流量仪表，国内尚没有一个城市完成每个用水户的物联网水表的安装与统一管理，这一缺陷制约了智慧水务一些系统功能的应用。另外，系统开发设计、建设及运营管理方面相对混乱，无统一标准可循，基本上处于各自为政的状态。第二，系统分步建设导致形成“系统孤岛”。①软件开发思路不一致，缺乏通用性。目前的大多数智慧水务应用系统是从传统的信息化软件改版升级而来，一般自成体系，不具备通用性，造成软件的不断修改完善，浪费人力物力，并给业主单位带来一定的影响。②不同软件商之间难以实现对接。按照各自企业标准开发的智慧水务应用软件，一般出于商业机密的考虑，不会对企业其他软件商开放源代码，且不兼容其他软件商的功能，对需要同时使用多家软件系统的水务企业工作上形成制约。③不同数据库难以实现对接。各家软件商采用的数据库类型和结构，由于缺乏统一的标准，不对外开放而难以实现对接，软件修改、重新梳理数据会增加过多的重复性劳动，即使在一个网络环境，也只是实现了“互联”，并未实现“互通”。第三，“信息孤岛”长期存在。隶属不同部门管理，各类专业业务应用系统各自为政，部门之间信息关联度不够，信息沟通不畅，导致“信息孤岛”普遍存在，阻碍了大数据分析，进而影响后续人工智能等更高层次的智慧应用的落地，难以实现“智慧”运行的目标。第四，技术落后于时代发展。国内在智慧水务建设方面依然是一个起步阶段，首先是总体认识水平较低，其次软硬件的专业技术人员素质、数量上明显不足，未能发挥出大数据分析的作用，人工智能和机器深度学习需要紧密结合行业的需求，未来还将任重而道远。第五，项目实施缺乏资金。企业自身要配套更多的资金，往往造成资金负担过重，影响正常的经营。

5 痛难点解决思路

5.1 坚持“一把手工程”

智慧水务的建设是“一把手工程”，需要配备强有力的人员队伍，要有资金和资源作为坚强后盾，实施难度大、周期长，需要水务企业一把手的高瞻远瞩、坚定信心、下定决心，以及领导集体思想认识的一致与高度重视和支持，才能确保项目的成功。

5.2 变革管理理念

传统的信息化模式在各业务单元、管理上相对独立，而智慧水务的建设是“互联网+”的理念，需要全员参与、信息互通、功能融合与资源共享。完善物联网和采集数据是一项艰巨的任务，要通过基础数据的长期积累，才能建设成为基于大数据技术的智慧水务。

5.3 技术措施与管理手段同步

智慧水务的建设点多面广，做到技术措施与管理手段的同步可以最大程度发挥智慧水务建设的作用，真正做到以技术促管理，用管理优服务。

6 智慧水务建设的现状和方向

智慧水务建设分为以下3个步骤，首先是大数据的感知与获取，其次是对数据进行存储与管理，最后通过分析与可视化编辑，实现更全面的感知，更主动地服务，为管理者提供更科学的决策支持，最终打破水务行业系统独立、分散布置的局面，消除“信息孤岛”，打造公共事业服务专业平台。

6.1 以数据为基础

6.1.1 数据收集与获取

建设SCADA、GIS、营收、设备、水质管理等系统，实现从水源、供水、管网、用户到污水处理、中水供水等全过程的自动监测与数据感知。

6.1.2 数据存储与管理

将水质、水压、水量、投加药剂量、用电量、管长、管材等多元信息及时存储于数据系统中，实现智慧水务的数据基础。因水务数据基本属于实时存储，具有数据量大、多源、多态、多时等特点，为更好地应用这些多源异构供水数据，需要通过预处理，利用实时监控、报警限制、趋势分析等，对已收集的数据进行分辨、清洗、归类，将没有价值的数据去噪，确保取用的数据真实有效。数据调取过程中，同时可对现有数据进行融合、整编，将复杂的数据转化为简单的构型，提高数据的有效性。

6.1.3 数据分析与可视化

通过数据挖掘、运算，建立动态数学模型，绘制用户用水量、水压变化图，利用数据转化的画面，实现对水量、水压、水质等可视、可感知、可判断的实时监控功能，通过对结构化及非结构化数据进行实时分析，完成巡检安排、抢修派送、漏损定位、智能方案推送功能，最终实现可视化的智慧调度管理。

6.2 搭建系统平台

智慧水务运营管理服务平台实现的是感知信息的分析、转化、整合与互动。平台采用网络虚拟化技术建设，可以具备以下功能：实现与统一集团下不同水务公司资源共享；将海量的水务运营数据，通过数据清洗，实时存入大数据仓库，进行统一管理，做到集中采集、存储、整合与共享；以企业服务总线ESB为连接中枢，统一管理各应用系统，各业务应用模块均可与平台系统实现对接；通过BPM流程引擎打通各应用子系统，各系统模块之间的功能互通、融合，提升水务企业一体化管理能力和专业化管理水平。

6.3 建立智慧决策体系

通过统一整合信息资源，建设科学的评价机制，借助互联网及大数据分析手段，在需水量预测、管网维修维护、应急指挥、灾害预警、优化调度、水质监管等领域建立智慧决策体系。

6.3.1 水力模型驯化

系统以用户用水的IoT数据仓库数据、管网的分级/分区计量的用水数据为基础，将管网的理论计算结果与水厂和管网的SCADA运行数据进行对比，通过深度学习，对实时在线水力模型不断驯化，得到符合误差要求的实时在线供水管网水力模型，实时模拟管网的流量、压力、水质和水龄，作为供水管网应急、抢修、维修、规划、改造和优化调度的基础。

6.3.2 用户需水量预测

以供水管网用户用水规律的历史大数据为基础，综合加入节假日、气温、风力、雨雪、交通、管网抢维修、停水等因素的影响，预测供水管网的用户需水量，作为供水系统水量调度的基础。

6.3.3 供水调度方案模拟

按照管网现状和预测的所需水量，同一工况下可能存在多个供水水泵组合方案，系统将多个水泵变频工况下的组合方案分别进行计算分析，预测每个方案的运行效果。

6.3.4 實现智慧水厂建设

智慧水厂建设包含很多方面，需要全面覆盖蓄水、制水、输水、售水及日常管理各个环节。上述的水力模型驯化、需水量预测以及供水调度方案模拟主要指厂外建设，而厂内建设还包括药剂的精准投加、阀门精确启闭、水泵最优组合等各个管理应用模块。智慧水务最基本的建设目标是要实现智慧水厂建设，做到远程监控、自动控制、提前预警、高级分析、科学决策，提升水厂的智能管理水平。

6.4 智慧水务的未来方向

智慧水务建设通过整合内部资源、集合企业资源、收集面向用户的底层数据，对用户、产品、服务等信息，进行分析挖掘并建立模型。向供水企业、合作商、政府提供基于大数据的决策依据，提升营销效率，降低运营成本，提高客户满意度，增强政府服务能力，搭建的是以用户为核心的生态圈。

未来结合水环境监管系统、用水过程监管系统、水资源调配系统、水旱灾害防御系统等综合信息，将对整个水务行业乃至生态环保行业的业务进行梳理重构，对业务流程进行再造。城市智慧水务系统建设将结合水景观系统、水生态系统、水处理系统、防内涝系统以及城市供水排水决策系统等进行大联合，形成城市大水务系统，构建新的管理生态圈。

7 结语

智慧水务不是简单的数据采集，是以大数据分析为基础，具有智能采集、实时监控、择优调度、精细管理、科学决策等功能。智慧水务系统的应用可以帮助水务企业有效精简人员、提升效率、降低成本，从而提升盈利能力。

未来对智慧水务的要求会随着社会发展及信息技术的进步而不断提高。我国智慧水务建设的某些关键技术以及基础软件，在一定程度上与国外相比还有差距，未来需要持续减少技术、软件、设备等对国外的依赖，提到企业员工素质和互联网大数据分析能力。智慧水务的建设和发展是推动城市化建设进程向更科学、更高效、更智能方向发展的有效保障，在智慧城市建设中至关重要。