长江大保护智慧水务标准体系框架设计探究

王旭滢

（中国三峡上海勘测设计研究院有限公司，上海 200335）

0 引言

长江大保护沿线水环境治理城市涉及 11 个省市，治理工程总体涵盖污水收集、水环境治理、防洪排涝设施改造等，其中大部分涉及排水水务及水环境设施的增改扩建。长江沿线城市如江西九江、安徽芜湖皆存在水系污染严重，排水基础设施不达标，水务监测体系不完善等问题，针对这类问题长江大保护行动开展了黑臭水体治理、污水厂提质增效等水环境综合整治措施[1-2]。为确保大保护工作顺利开展且治理效果能够得到有效管控，需充分发挥物联感知、自动控制、智能分析决策等技术手段在水环境监管中的效能，建设长江大保护智慧水务管理平台。智慧水务平台的建设应从整个流域层级的角度进行统筹规划，避免各试点城市重复建设，因此考虑建立统一的智慧水务系统全周期技术标准体系，指导试点城市智慧水务系统的建设、实施与运营，形成在长江沿线多个节点城市可持续、可复制、可推广的智慧化管控模式。

由于智慧水务本身是不同行业技术的融合，现行标准主要是从市政、水利或信息化行业本身的角度出发进行技术要求的规范，未能从智慧水务总体建设的角度进行全面考虑，具有一定的片面性和局限性。针对这一问题，在分析智慧水务应用场景、标准发展现状和其本身建设需求的基础上，构建智慧水务标准体系框架，并针对大保护具体业务场景提出智慧水务新标准新规范的建设思路，把智慧水务建设和运营全过程各个要素和环节组织起来，使各项工作活动规范化、科学化、程序化。

1 智慧水务标准发展现状与建设要求

1.1 智慧水务标准发展现状

在“互联网 +”的发展背景下，各传统行业如煤炭、电力、市政等均开始了数字化和智慧化的转型升级，水务行业为提升水系统的综合管控能力，也开展了智慧供水[3]、智慧排水[4]、智慧海绵[5]等一系列智慧水务信息化平台建设。作为智慧水务上一管控层级的智慧城市，其标准体系建设探索也已初具成果[6-7]。智慧供水由于其特殊的服务需求，发展整体优于排水行业，国内已有相关的建设标准研究[8-9]。较于供水，智慧排水的实施模式和技术路线还在探索中，因此国内有针对性的指导文件较少。长江大保护智慧水务立足于水环境综合治理，秉持“污染在水里，治理在岸上”的治理思路[10-11]，对城市排水系统进行诊断和完善，因此项目实施过程中涉及水利、环境、城建、通信、信息化等多个行业，各行业均已形成较为完善且投入应用的标准，如水利行业的河湖监测、城建行业的设施运维、通信行业的信息传输和共享等标准。长江大保护智慧水务建设是传统水利、环境行业与新一代信息技术的融合。因此，一方面需要制定完备的标准体系，将部分现行的行业标准纳入长江大保护智慧水务标准体系的架构中；另一方面需针对大保护实际业务，参考现行国家、行业及地方标准，编制厂网河湖一体化监测、数据传输及基础设施配置等方面的智慧水务专题技术规范。

1.2 智慧水务标准体系建设要求

智慧水务标准体系框架的设计需要从智慧水务业务需求着手，确保准确有效地指导城市排水水务和水环境管理业务。智慧水务融合了传感、通信、数据、水务等技术及项目管理等领域的知识，对城市水环境综合治理的资源、安全、质量、成本和调度等内容进行感知，分析和控制[12]。智慧水务标准体系框架需将长江大保护智慧水务建设过程中涉及的关键技术、管理模式、行为及派生属性进行统一规范，形成成套的标准体系。

长江大保护智慧水务的建设结合了水务运营设施管理、运营绩效考核体系构建、城市污水系统和黑臭水体治理、流域区域综合监管调度等业务特点，将水资源、水安全、水环境、水生态纳入智慧管理目标之中，构建“流域—城市—项目”三层智慧水务管理模式和管控体系。为更好地指导和规范流域、城市和项目各层级智慧水务系统的建设，实施与运营，对应的标准体系满足以下 3 个要求：

1）统一性、完整性、层次性、协调性、可拓展性。标准体系应统一规划、归口管理，门类齐全、体系完整，结构合理、层次清晰，专业协调、前后一致。标准体系具有可拓展性，结合长江大保护工作的不断深入，可对标准体系进行修订、补充和完善。标准体系的调整需从整体考虑，对相关的编号、技术结构、标准体系结构、体系表及文字说明进行匹配修改，保持体系的统一完整性。

2）标准体系需紧密联系并准确理解长江大保护智慧水务相关业务。针对长江大保护智慧水务“流域—城市—项目”业务应用要求，结合污水处理、水环境监管需求，从物联感知、数据分析、智慧管控等角度构建完整的应用标准体系。

3）标准的选用和收录应包含现行的国家级、地方级、行业级、企业级相关标准，规程和规范等，并结合长江大保护智慧水务实施过程中的实际情况及需求进行扩充和健全。

2 智慧水务标准体系总体框架

2.1 智慧水务标准体系研究思路

智慧水务标准体系服务于长江大保护智慧水务平台开发建设，因此，标准范围需覆盖系统建设全过程、全周期。

1）智慧水务系统架构。长江大保护智慧水务系统架构包括感知层、设施层、数据层、分析层、应用层[13]，如图1 所示。因此，智慧水务标准体系应从系统架构的 5 个层级出发，分别对感知层的监测设备和技术、设施层的建设运维、数据层中的数据存储管理、分析层的模型方法及应用层实施进行规范，统一和指导。

图1 长江大保护智慧水务系统架构

2）智慧水务业务应用架构。长江大保护智慧水务业务应用包括流域、城市、项目 3 个层级，支撑项目和城市资产管理、供排水运营、厂站调度、绩效考核等业务应用，并实现流域级的监管评价。业务应用架构如图2 所示。因此，标准体系的架构应从流域、城市和项目 3 个层级角度出发，从宏观到局部进行全局把控。

图2 长江大保护智慧水务业务应用架构

2.2 智慧水务标准体系

结合国家相关法律法规，通过分析长江大保护智慧水务系统架构，以及流域、城市、项目 3 层业务应用梳理长江大保护智慧水务标准体系结构。针对不同的应用场景、应用对象和作用，长江大保护智慧水务标准分为以下 4 类：

1）政策法规。分为国家法律法规、地方条例法规、集团制度 3 类，用于指导智慧水务工作的开展，确保智慧水务的系统建设在合法合规的前提下有序推进。

2）基础标准。用于总体指导智慧水务工作开展，包括顶层规划、术语等基础标准和规范。

3）通用标准。分为环境感知、网络传输、基础设施、数据资源，用于规范智慧水务的系统共建、平台共用、数据共享、网络互联，从感知层、设施层、数据层、分析层抽象和梳理出共性的技术和管理标准。

4）专用标准。用于规范项目、城市、流域不同层面的智慧水务业务应用，包括各类业务应用所涉及的技术规程、应用指南、操作手册等，并根据长江大保护智慧水务建设发展逐步扩充。

技术标准框架体系分类说明如图3 所示。

图3 长江大保护智慧水务技术标准框架体系

3 智慧水务新标准研究

长江大保护智慧水务标准体系中，除政策法规外，基础、通用、专用的标准均需结合长江大保护水环境综合治理智慧水务的业务应用场景进行新标准、规范的研究。由于专用标准是基础和通用标准的具体项目及应用延伸，因此本次重点标准研究围绕基础和通用标准展开，新标准规范具体内容如表1 所示。

表1 长江大保护智慧水务新编标准说明

3.1 基础标准

智慧水务基础标准分为以下2 个部分：

1）顶层规划。为长江节点城市建设智慧水务系统提供方向，支撑对长江大保护的宏观水环境、水安全、水资源、水生态管控，主要从智慧水务总体规划思路，现状评估和需求分析，业务应用、数据资源、技术、标准、安全等体系规划及实施计划等方面对长江大保护智慧水务建设进行总体规划，旨在通过智慧化技术和水务业务的深度融合，提升水务管理水平，保障水务可持续发展，为长江大保护提供有力支撑。

2）术语。通过制定术语和定义，规范长江大保护智慧水务相关概念，界定智慧水务标准范围，并为体系内其他标准的衍生提供基础支撑。

3.2 通用标准

通用类标准包括以下 4 类：

1）环境感知。主要是针对智慧水务中的监测模块进行技术规范，通过制定监测技术标准，明确监测布点设计、监测设备选型、运行技术、安装调试、安装验收及运行维护的要求。保障系统平台能够第一时间采集到真实有效的数据，对监测范围内的水环境情况形成全面感知。

2）网络传输。长江大保护智慧水务工程中须接入智慧水务平台的污水处理厂、供水厂、泵站、闸站、水质站、调蓄池、截流井、供排水管道、水文站等设施必须通过自动化监测设备进行数据的采集和传输，通过网络传输类标准的制定，可以对数据采集和传输的总体要求、通信方式、数据内容及采用的规约形式提供指导。

3）基础设施。针对长江大保护智慧水务的网络部署架构、基础硬件设施环境、系统安全设计、硬件资源、数据中心配套设施、控制展示中心配套设施进行规范要求，保障资源集中，满足性能、安全、可靠性、可扩展性等技术需求。

4）数据资源。通过编制数据库表结构及标识符、管网数据入数据库等规范，对基础、物联网及资产数据的入库，存储，管理等进行要求。

4 结语

智慧水务是水务环保领域的发展趋势，也是行业数字化转型升级的必由之路。智慧水务标准体系是智慧水务管控平台建设的基础和指导性文件。本研究在分析长江沿线城市水环境治理和智慧水务标准化现状的基础上，提出长江大保护智慧水务标准体系架构设计思路，并针对重点建设领域的新标准编制进行规划，可为长江大保护智慧水务的建设活动提供基础支撑和保障，也可为其他智慧水务或智慧水利项目的实施提供参考。

由于智慧水务技术本身处于发展初期，因此本研究所提出的标准体系还存在一定的局限性，需根据长江大保护试点城市试行情况的反馈进行修正扩展。