水務企業智慧水務建設的意義及痛點突圍分析

牛豫海 張娟 韓星航 王博

【摘? 要】智慧水務應萬物互聯時代到來而生，是信息化建設發展的產物。智慧水務是以大數據為基礎，通過對數據的全方位獲得和共享，輔以數據分析，進行科學決策，建設穩定、高效的管理運行機制和系統。論文簡要介紹了智慧水務建設的背景，指明了智慧水務建設的必要性，分析了國內智慧水務建設的現狀，并對智慧水務建設的思路和方向進行了詳細闡述，提出了水務企業建設智慧水務的難點與痛點，并給出了解決方案。智慧水務建設是未來所有水務企業必然的發展方向，是智慧城市建設的重要分支，需要頂層設計、穩步實施，是一項系統性工程，是一個長期的、持續開發的“一把手工程”，建設前景十分廣闊。

【關鍵詞】智慧水務；萬物互聯；信息化；大數據；智慧城市

【中圖分類號】F426；F299.24? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2023）07-0118-03

1 背景

隨著互聯網、大數據信息技術的大力發展，包括水務在內的多項傳統行業面臨現代化改造的諸多挑戰和機遇。改革開放以來，經濟增長迅速，用水種類和水量需求在不斷加大，這就對水務企業提出了新的要求。目前水務行業仍然面臨著經營效率低、水資源利用率不高、各區域發展水平不一等諸多問題，這就要求水務企業轉換傳統低端供給思維，提高服務意識，加快企業轉型升級。為實現水務行業更加高效、規范、可持續發展，行業內迫切需要通過智慧水務建設提供解決方案，“智慧水務”在這種大背景下應運而生。

2 智慧水務實施的必要性

2.1 提高水務企業一體化管理效率的需要

傳統的水務行業地域性強，不同地域的水務企業之間“井水不犯河水”，業務相對獨立，甚至在同一供水公司，各廠站、部門互相之間業務管理上也自成體系，信息數據不共享，形成傳統意義上的“信息孤島”。以統計報表為例，主要靠人工手段層層匯總、審核，逐級上報獲得，得到報表的時間逐級滯后，每年住建部發布的城市供水統計年鑒，一般要到下一年的第三季度才能夠正式下發，而且其中的部分數據信息不全。由于信息的滯后，水務企業進行年終總結、業績考核、對標管理等往往不能直接使用當年數據，且數據不能追溯，影響企業的管理水平和管理效率。水務一體化的發展模式是未來必然的發展方向，將水源、水廠、供水管網、用水戶、污水處理和中水供水，以及用戶直飲水、二次加壓供水服務等全面整合，水務信息的公開、共享、交流和互動，已日益成為互聯網時代的要求，以水務一體化管理體制為基礎，以智慧水務平臺為依托，精簡業務流程，提高工作效率，是水務企業新時代的管理追求。

2.2 更好地滿足廣大用水戶對用水服務和信息技術的需要

以往的用戶服務和營業收費管理模式，如抄表員上門抄表，紙質單據人工填寫等，受理業務程序煩瑣，由此導致水表查抄準確率低，水費回收率低，供水產銷差率居高不下，直接影響企業的利潤和經濟效益；傳統水務企業的供水水質、水壓情況對社會不公開，不透明，用水戶不知情，供水服務缺乏社會公眾的監督；供水的中間環節，高層建筑小區的二次加壓設施缺乏統一的監管，不易保障供水安全；用戶服務理念陳舊，方法落后，用水戶故障報修和服務投訴缺乏有效的途徑，導致水務企業用戶滿意率低。水務企業經營管理水平和工作效率要提升，各項生產運營指標要提高，需要通過采用更先進的技術手段和創新管理作為支撐。

2.3 超越水務信息化進而實現運行管理智能化的需要

水務行業步入信息化時代后，仍存在許多需改進之處，例如，管網巡線人員仍需熟讀圖紙根據記憶走遍大街小巷進行管網檢漏，需等至深夜噪聲低時根據檢漏儀進行聽漏，勞動強度大，工作效率低；普通水表還需查表員逐一打開井蓋抄取水表讀數，遠傳水表只起到收費的作用，未能在管網監測和用水戶用水監測方面發揮充分作用，無法通過區域計量發現漏水；管網和供水設施報修仍需人工啟動，人工調度進行停水和維修，造成管網維修及時率不高，增加了供水管網漏損率。在互聯網技術發展、兩化融合、工業智能制造以及智慧城市建設的大背景下，下一個發展目標必然為全面智能化管理。這就使得水務企業迫切需要通過建立符合時代要求的一體化管理平臺，創新管理體制，使水廠、污水廠運行在信息化的基礎上，逐步實現優化調度、優化運行、智能化加藥和消毒等功能，做到水廠安全運行，保障水質合格和有效降低能耗。

2.4 智慧城市和數字化轉型建設的需要

2012年12月，住建部正式發布《關于開展國家智慧城市試點工作的通知》。2020年9月，國務院國資委正式印發《關于加快推進國有企業數字化轉型工作的通知》。2023年2月，中共中央、國務院正式印發了《數字中國建設整體布局規劃》。智慧水務作為智慧城市和數字化轉型建設的重要組成部分，急需投入全面建設，提高城市建設水平，為居民生活提供便利，為城市發展增添活力。“互聯網+智慧水務”是水務行業未來的發展動向，符合國家的重點支持方向，進行智慧水務共享云平臺的建設，實施智慧水務的運營管理和服務，由此帶來了傳統經營管理模式的重大變革。

3 國內智慧水務建設的現狀

智慧水務是一項“燒錢”的工作，特別是物聯感知系統的建設。大型水務企業可以在智慧水務平臺和軟件建設上大力投入，但要實現萬物互聯，對他們也是一個沉重的負擔；小型水司僅實現軟件正版化就會使其不堪重負。國內智慧水務建設的大致情況有：第一，一線城市水司建設了較完備的信息化基礎設施，擁有公司專屬的MIS平臺，統一管理各應用系統，智能化正在起步，尚未有云平臺的打算。第二，一般地級市水司具有一定的信息化基礎設施，建設了部分專業應用系統，各軟件系統大部分獨立運行，存在“信息孤島”，智慧水務處于探索階段。第三，一般縣級水司信息化基礎設施薄弱，一般只有獨立運行的專業化應用系統，因信息化的投入太高，難以有大的突破，處于觀望階段。部分國內規模較大的水務企業率先進行了云平臺的嘗試，初步實現了系統融合與數據共享，以大數據為基礎的智能化應用也已經起步，存在很大的發展空間。

4 智慧水務發展的難點與痛點

近年來智慧水務建設一直是水務行業的熱門話題。很多水務企業對智慧水務是既愛又恨，既羨慕其他公司的成功案例，又面臨自身實施無從下手的困境，想大力投入又缺乏資金來源，具體實施過程中各方阻力重重，實施后又難達到預期的智能效果，總體上雷聲大、雨點小，形同雞肋。對于這些水務企業普遍存在的痛點問題，總體分析如下：

第一，缺乏頂層設計與長遠規劃。首先是各應用系統的功能分工與定位，之后是各系統之間的打通，一個是流程的打通，一個是數據的對外開放，再就是所需數據的調用，都要做好標準化。物聯感知儀表方面，水廠、污水廠相對較好，而管網則缺乏較全面的水質、流量儀表，國內尚沒有一個城市完成每個用水戶的物聯網水表的安裝與統一管理，這一缺陷制約了智慧水務一些系統功能的應用。另外，系統開發設計、建設及運營管理方面相對混亂，無統一標準可循，基本上處于各自為政的狀態。第二，系統分步建設導致形成“系統孤島”。①軟件開發思路不一致，缺乏通用性。目前的大多數智慧水務應用系統是從傳統的信息化軟件改版升級而來，一般自成體系，不具備通用性，造成軟件的不斷修改完善，浪費人力物力，并給業主單位帶來一定的影響。②不同軟件商之間難以實現對接。按照各自企業標準開發的智慧水務應用軟件，一般出于商業機密的考慮，不會對企業其他軟件商開放源代碼，且不兼容其他軟件商的功能，對需要同時使用多家軟件系統的水務企業工作上形成制約。③不同數據庫難以實現對接。各家軟件商采用的數據庫類型和結構，由于缺乏統一的標準，不對外開放而難以實現對接，軟件修改、重新梳理數據會增加過多的重復性勞動，即使在一個網絡環境，也只是實現了“互聯”，并未實現“互通”。第三，“信息孤島”長期存在。隸屬不同部門管理，各類專業業務應用系統各自為政，部門之間信息關聯度不夠，信息溝通不暢，導致“信息孤島”普遍存在，阻礙了大數據分析，進而影響后續人工智能等更高層次的智慧應用的落地，難以實現“智慧”運行的目標。第四，技術落后于時代發展。國內在智慧水務建設方面依然是一個起步階段，首先是總體認識水平較低，其次軟硬件的專業技術人員素質、數量上明顯不足，未能發揮出大數據分析的作用，人工智能和機器深度學習需要緊密結合行業的需求，未來還將任重而道遠。第五，項目實施缺乏資金。企業自身要配套更多的資金，往往造成資金負擔過重，影響正常的經營。

5 痛難點解決思路

5.1 堅持“一把手工程”

智慧水務的建設是“一把手工程”，需要配備強有力的人員隊伍，要有資金和資源作為堅強后盾，實施難度大、周期長，需要水務企業一把手的高瞻遠矚、堅定信心、下定決心，以及領導集體思想認識的一致與高度重視和支持，才能確保項目的成功。

5.2 變革管理理念

傳統的信息化模式在各業務單元、管理上相對獨立，而智慧水務的建設是“互聯網+”的理念，需要全員參與、信息互通、功能融合與資源共享。完善物聯網和采集數據是一項艱巨的任務，要通過基礎數據的長期積累，才能建設成為基于大數據技術的智慧水務。

5.3 技術措施與管理手段同步

智慧水務的建設點多面廣，做到技術措施與管理手段的同步可以最大程度發揮智慧水務建設的作用，真正做到以技術促管理，用管理優服務。

6 智慧水務建設的現狀和方向

智慧水務建設分為以下3個步驟，首先是大數據的感知與獲取，其次是對數據進行存儲與管理，最后通過分析與可視化編輯，實現更全面的感知，更主動地服務，為管理者提供更科學的決策支持，最終打破水務行業系統獨立、分散布置的局面，消除“信息孤島”，打造公共事業服務專業平臺。

6.1 以數據為基礎

6.1.1 數據收集與獲取

建設SCADA、GIS、營收、設備、水質管理等系統，實現從水源、供水、管網、用戶到污水處理、中水供水等全過程的自動監測與數據感知。

6.1.2 數據存儲與管理

將水質、水壓、水量、投加藥劑量、用電量、管長、管材等多元信息及時存儲于數據系統中，實現智慧水務的數據基礎。因水務數據基本屬于實時存儲，具有數據量大、多源、多態、多時等特點，為更好地應用這些多源異構供水數據，需要通過預處理，利用實時監控、報警限制、趨勢分析等，對已收集的數據進行分辨、清洗、歸類，將沒有價值的數據去噪，確保取用的數據真實有效。數據調取過程中，同時可對現有數據進行融合、整編，將復雜的數據轉化為簡單的構型，提高數據的有效性。

6.1.3 數據分析與可視化

通過數據挖掘、運算，建立動態數學模型，繪制用戶用水量、水壓變化圖，利用數據轉化的畫面，實現對水量、水壓、水質等可視、可感知、可判斷的實時監控功能，通過對結構化及非結構化數據進行實時分析，完成巡檢安排、搶修派送、漏損定位、智能方案推送功能，最終實現可視化的智慧調度管理。

6.2 搭建系統平臺

智慧水務運營管理服務平臺實現的是感知信息的分析、轉化、整合與互動。平臺采用網絡虛擬化技術建設，可以具備以下功能：實現與統一集團下不同水務公司資源共享；將海量的水務運營數據，通過數據清洗，實時存入大數據倉庫，進行統一管理，做到集中采集、存儲、整合與共享；以企業服務總線ESB為連接中樞，統一管理各應用系統，各業務應用模塊均可與平臺系統實現對接；通過BPM流程引擎打通各應用子系統，各系統模塊之間的功能互通、融合，提升水務企業一體化管理能力和專業化管理水平。

6.3 建立智慧決策體系

通過統一整合信息資源，建設科學的評價機制，借助互聯網及大數據分析手段，在需水量預測、管網維修維護、應急指揮、災害預警、優化調度、水質監管等領域建立智慧決策體系。

6.3.1 水力模型馴化

系統以用戶用水的IoT數據倉庫數據、管網的分級/分區計量的用水數據為基礎，將管網的理論計算結果與水廠和管網的SCADA運行數據進行對比，通過深度學習，對實時在線水力模型不斷馴化，得到符合誤差要求的實時在線供水管網水力模型，實時模擬管網的流量、壓力、水質和水齡，作為供水管網應急、搶修、維修、規劃、改造和優化調度的基礎。

6.3.2 用戶需水量預測

以供水管網用戶用水規律的歷史大數據為基礎，綜合加入節假日、氣溫、風力、雨雪、交通、管網搶維修、停水等因素的影響，預測供水管網的用戶需水量，作為供水系統水量調度的基礎。

6.3.3 供水調度方案模擬

按照管網現狀和預測的所需水量，同一工況下可能存在多個供水水泵組合方案，系統將多個水泵變頻工況下的組合方案分別進行計算分析，預測每個方案的運行效果。

6.3.4 實現智慧水廠建設

智慧水廠建設包含很多方面，需要全面覆蓋蓄水、制水、輸水、售水及日常管理各個環節。上述的水力模型馴化、需水量預測以及供水調度方案模擬主要指廠外建設，而廠內建設還包括藥劑的精準投加、閥門精確啟閉、水泵最優組合等各個管理應用模塊。智慧水務最基本的建設目標是要實現智慧水廠建設，做到遠程監控、自動控制、提前預警、高級分析、科學決策，提升水廠的智能管理水平。

6.4 智慧水務的未來方向

智慧水務建設通過整合內部資源、集合企業資源、收集面向用戶的底層數據，對用戶、產品、服務等信息，進行分析挖掘并建立模型。向供水企業、合作商、政府提供基于大數據的決策依據，提升營銷效率，降低運營成本，提高客戶滿意度，增強政府服務能力，搭建的是以用戶為核心的生態圈。

未來結合水環境監管系統、用水過程監管系統、水資源調配系統、水旱災害防御系統等綜合信息，將對整個水務行業乃至生態環保行業的業務進行梳理重構，對業務流程進行再造。城市智慧水務系統建設將結合水景觀系統、水生態系統、水處理系統、防內澇系統以及城市供水排水決策系統等進行大聯合，形成城市大水務系統，構建新的管理生態圈。

7 結語

智慧水務不是簡單的數據采集，是以大數據分析為基礎，具有智能采集、實時監控、擇優調度、精細管理、科學決策等功能。智慧水務系統的應用可以幫助水務企業有效精簡人員、提升效率、降低成本，從而提升盈利能力。

未來對智慧水務的要求會隨著社會發展及信息技術的進步而不斷提高。我國智慧水務建設的某些關鍵技術以及基礎軟件，在一定程度上與國外相比還有差距，未來需要持續減少技術、軟件、設備等對國外的依賴，提到企業員工素質和互聯網大數據分析能力。智慧水務的建設和發展是推動城市化建設進程向更科學、更高效、更智能方向發展的有效保障，在智慧城市建設中至關重要。