智慧水务建设现状与未来趋势

三峡集团四川能源投资有限公司 彭倩

作为智慧城市建设的重要组成部分之一，智慧水务建设具有重要意义，对其现状的认识和内涵的理解至关重要。本文总结智慧水务的内涵目标和建设框架，回顾其发展历程和区域发展状况，总结其发展模式和未来发展趋势，为更科学地认识智慧水务建设提供依据。

一、智慧水务的内涵和发展历程

（一）智慧水务的总体要求

借鉴智慧城市等其他行业建设经验，建设天空地一体化感知体系、全面互联互通体系［1］，并引入类似“水利大脑”的融合分析技术，以“大感知”“大网络”“大数据”“大融合”“大应用”为核心，综合运用“物联网”“云计算”“移动互联”等新技术，基于“互联网+”智慧水务的战略思维，建立水务信息感知准确全面、IT基础支撑安全可靠、业务应用智能有效、领导决策高效便捷的智慧水务体系［2］，实现水务业务管理一体化、水务监控可视化、水务信息规范化、水务资源共享化、水务决策科学化，为水务管理能力和效率的提升、智慧水务建设提供全面信息化支撑。

（二）智慧水务的建设目的

智慧水务建设旨在使整个水务产业链实现智慧化，其主要目的是使供水过程运营更高效、服务更灵活、过程更安全[3]。智慧水务建设是提高居民生活质量水平、推动城市建设发展的重要举措，也是智慧城市建设的重要组成部分，其理念和方法是通过新一代信息技术与水务技术的深度融合，充分发掘数据价值和逻辑关系，实现水务业务系统的控制智能化、数据资源化、管理精确化、决策智慧化，保障水务设施安全运行，使水务业务运营更高效、管理更科学、服务更优质。

（三）智慧水务发展历程

国内的智慧水务发展历程高度依赖于信息行业的发展，可分为3个阶段：1990-1999年为初步发展期，这个阶段主要基于电子自动化技术的起步，以自动化控制为目标，初步实现了水库、坝体、河道等水务基础信息的自动化监测和采集等，为后续发展打下了良好基础。2000-2009年为稳定发展期，随着信息技术的高速发展，通信网络逐渐实现，水务信息化也稳步发展，最终实现了水务基础信息的联通。2010年之后为快速发展阶段，水务信息化发展速度明显加快，智能传感技术应用已经普及，物联网技术相对成熟，大数据、人工智能和区块链综合应用，水务管理系统也实现智慧化、智能化。

二、智慧水务建设内容

（一）智慧水务架构

面对我国的水资源困境，推动智慧水务建设是必经之路。智慧水务的技术架构包括信息安全、标准规范、业务应用、大数据重心、信息采集和基础设施。其中，信息采集是智慧水务“感觉系统”，助力监测网络对涉水对象及其环境信息的感知和接受（见图1）。

图1 智慧水务技术架构

（二）智慧水务构建任务

智慧水务构建的主要任务是实现数据大感知体系、数据传输大网络体系、资源大数据体系、知识大融合体系和业务大应用体系的构建[4]。

1.数据大感知体系构建

信息收集采集是智慧水务系统构建的基础，需要实现全天候、全方位、多层次的立体化感知系统，提升数据的获取能力，完善水务信息“大感知”体系。

2.传输大网络体系构建

完善水务信息化“大网络”建设，保障数据无障碍传输，在网络化的基础上实现万物共享，可有效实现水务信息化网络建设。

3.资源大数据体系构建

除了直接监测、收集到的水务数据之外，还需要全面整合分散的各类水利信息和资源，建设水务“大数据”体系，实现科学共享。

4.知识大融合体系构建

构建数据、算法业务模型知识大融合体系，包括大数据融合前处理层的基础库建设，大数据融合的算法、方法层建设，业务融合分析、决策成果输出层建设等，从而建设“大融合”深度分析新体系。

5.业务大应用体系构建

水务核心业务系统建设需要与水务的业务需求相对应，基于大感知、大网络、大数据、大融合，实现核心“大应用”业务系统，实现新时代智慧水务管理和应用。

（三）智慧水务产业链

从产业链来看，智慧水务产业链包括上游的监测设备供应商，中游的自动化方案服务商、智能技术服务商，下游的系统集成服务商。

上游：上游的硬件支撑商家企业分别为下游的系统集成服务商提供各种监测仪器等硬件设备。上游的硬件设备供应商数量众多，行业集中度低，市场竞争激烈。

中游：中游的自动化方案服务商为下游的系统集成服务商提供设备自动化解决方案，智能技术服务商为下游的系统集成服务商提供物联网、智能传感、云计算、大数据、地理信息系统（GIS）、建筑信息管理（BIM）、人工智能等技术服务[5]。

下游：下游的系统集成服务商通过集成各类智能技术以及硬件设备，为最终用户提供智慧水务应用服务。在系统集成服务商提供的智慧水务应用服务方案中，智慧水务管理平台发挥着关键作用，可提供生产管理、运维管理、经营管理、客户服务、综合管理等多方面服务。

（四）智慧水务实现流程

从实现流程上来说，智慧水务产业划分为四个层次，即感知层、传输层、平台层和应用层[6]。

感知层是智慧水务信息进行感知、识别和采集的基础硬件设施，为信息处理和决策提供基础数据支撑。主要硬件备包括检测设备、流量设备、监控设备和探测设备等。感知层设施目前在智慧水务整体市场投资中超过50%。

传输层是实现智慧水务的网络集群保障，需要高速率、低损耗、安全可靠地连接感知层和平台层。传输层主要包括有限宽带、4G/5G网络和无线网络等，因此，市场主体主要是网络及通信基础设施运营商。

平台层包括各种水务应用和成果转化系统，产业链环节包括各类支撑软件、系统集成和云计算中心。其中，支撑软件包括嵌入式软件、数据挖掘和GIS技术平台、数据挖掘和GIS技术平台等，系统集成包含硬件集成和软件架构集成，云计算中心实现数据存储和数据运算等。目前市场规模较小，且大多数处于起步阶段，但随着智慧水务理念的深入人心和技术的逐渐发展，平台层在产业链的比重将越来越大，具有巨大的市场潜力。

应用层与涉水业务和水务管理的需求相结合，是推动城市水务优化升级的重要“落脚点”，是智慧水务获得持续发展的动力所在。当前智慧水务的应用领域主要为三个方面，分别是智慧水服务、智慧水运营和智慧水管理，每个领域都应有其相应的业务系统。

三、智慧水务建设现状

（一）区域分布与地方发展

智慧水务行业的发展状况往往与当地社会和经济发展水平紧密相关。一般情况下，城市水务发展依赖于城区发展状况和城市规划发展，多数企业只能在其覆盖的范围内开展业务，因此，区域性较为明显。从目前来看，华东地区是我国智慧水务行业最大的市场，其次为华南地区。以2019年为例，华东和华南地区市场规模分别占全国的33.00%和14.55%[7]（见图2）。

图2 2019年中国智慧水务市场规模区域结构

早在20世纪90年代，我国大部分地区已经开展了水务信息化建设。随着水务管理要求不断提高，各地政府开始意识到应该从更加宏观的角度进行水务规划。浙江、上海、广州和深圳等省市已经在着手推进智慧水务或相关工程的建设工作。

2012年，浙江省政府通过发布《关于务实推进智慧城市建设示范试点工作的指导意见》，部署智慧城市建设，将台州市列入首批智慧水务推进试点。初定建设期为2012年至2015年，即2012-2013年为建设阶段，2014-2015年为完善和推广阶段，总投资估算约4.1亿元人民币。

围绕“十二五”期间创建“智慧城市”的总体目标，上海市明确提出要按照“智能水网”三年行动计划，全面推进“十二五”信息化规划。

早在2009年，广州就提出了“以水务信息化带动水务现代化，以水务信息化促进水务行政职能转变，以水务信息化推进水务管理的精细化”的水务建设指导思想。2011年，广州水务局发布《广州水务局信息化“十二五”规划发展报告》，计划到2015年基本建成结构合理、功能完整、安全稳定、覆盖全局的水务信息化体系，建成数据中心，形成水务基础数据主体框架，对内对外提供数据交换和共享服务，95%以上的业务实现在集成统一的业务平台上办理。

深圳以“数字水务”为重点工程推进水务信息化建设，“数字水务”是深圳水务发展五大工程之一，要求打造信息采集网络、信息公用平台、统一管理调度和基础数据四大信息平台。《深圳市水务发展“十二五”规划》对实现“数字水务”、推动水务信息化建设作出了具体部署，指出要以信息采集为基础，以通信与网络为依托，以水务数据中心为核心，构建水务信息化综合体系，改善信息基础设施，整合信息资源，推进业务应用的按需协同，提高信息开发与综合应用的程度，为实现水务管理方式从粗放到精细、从条块向综合的历史性转变提供支撑。

（二）市场竞争格局与前景

智慧水务属于新兴行业，目前已有部分企业正积极实现由表具供应向为客户提供综合水务管理与数据服务的战略转型。但总体而言，参与智慧水务的企业数量依然较少，尚未出现全面领先的龙头企业。“十四五”时期将成为我国智慧水务加速发展时期，智慧水务行业竞争格局将逐渐由分散向集中过渡，未来有望诞生千亿级别的龙头企业。未来，伴随着中国城镇化速度逐渐加快，以及物联网、智能传感、云计算等技术在智慧水务领域的应用逐步深化，中国智慧水务市场规模将进一步扩大。预计到2026年，中国智慧水务行业规模将达到237亿元[8]。

（三）智慧水务的建设模式

从目前来看，智慧水务的建设模式可以归纳为以下几类：政府主导、政府主导+运营商BOT和企业主导。

政府主导即政府顶层设计、总体规划和主动出资，同时通过整合项目、拼盘资金等形式实现优势互补、形成合力。代表性案例为宁夏自治区的水利信息化建设，通过财政配套7000万元，拼盘各类项目资金约2亿元，将大型灌区和大型泵站改造及其他各类水利项目中的信息化资金整合使用，共同投入水利信息化建设，实现了“1+1＞2”的资金综合效益。该模式为智慧水务发展提供了水利信息化建设方面的经验。

政府主导+运营商BOT模式即除了财政投入外，对部分建设内容采用BOT方式，允许参与企业在一定时期内筹集资金建设相关基础设施，并管理和经营该设施及其相应的产品与对部分建设内容采取BOT模式。代表案例即台州市水务建设，政府作为试点项目的责任主体和项目建设主体，主要包括相关物联网感知站点和中心管理平台，以及由通讯营运商负责建设、监测部分的商业运营。

企业主导模式将智慧水务建设主导权交给市场。近年来，相关水务企业的数量和处理能力都保持了持续高速发展的趋势，众多供排水企业集团化发展趋势明显。水务企业通过项目股权融资、融资租赁、信托、债券等多种方式筹集资金，投资并主导智慧水务项目的建设，通过规范的可行性研究论证，申请部分政府专项资金的投入，并在项目建成后，通过用户使用付费逐步收回部分投资，这样的建设模式正在逐渐成型。

总体而言，智慧水务建设与智慧城市一样，由政府完全主导、出资和实施的模式已难以为继。智慧水务建设涉及社会各个方面，其中，基础设施建设如感知层数据信息采集网、云计算数据中心等专业性要求较高，公益性强，建议“以政府牵头，主导信息化建设”为主，持续完善基础设施数据库建设，为进一步投资建设和运营提供强大的支撑和保障。

四、结论

本文总结了智慧水务的内涵目标和建设框架，回顾其发展历程和区域发展状况，总结发展模式，指出未来发展趋势。智慧水务建设是智慧城市建设的重要组成部分，其主要目的是使供水过程运营更高效、服务更灵活、过程更安全。智慧水务的内容包括信息采集、信息传输、资源整合、知识融合和体系应用等五个部分，技术架构包括信息安全、标准规范、业务应用、大数据重心、信息采集和基础设施建设等模块。目前，全国智慧水务各地发展水平不一，华东和华南地区发展较快，各地建设模式也有所差异，包括政府主导、企业主导和二者相结合等多种模式。

随着5G技术、物联网、大数据、云计算及移动互联网等新技术不断融入传统行业，智慧水务作为信息技术与水务管理结合的先进模式，正迎来行业发展的黄金期。