长江大保护视角下的智慧水务关键问题及对策

魏本胜

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200241）

0 引言

党的十八大、十九大以来，党中央、国务院高度重视长江生态环境保护工作，习近平总书记多次做出重要指示，强调坚持生态优先、绿色发展，把修复长江生态环境摆在压倒性位置，共抓大保护，不搞大开发。根据党中央、国务院的战略部署，响应《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019—2021 年）》要求，长江大保护提出了以城镇污水处理为重点的科学系统治水方案，促进城镇污水全收集、收集全处理、处理全达标及综合利用，保障城市水环境质量整体根本改善。目前长江大保护水环境治理工作已在 11 个省市全面展开，长江大保护项目投资总金额逾千亿元。

通常意义上智慧水务是涵盖水利、排水、供水在内的大水务范畴。智慧水务理念的引入，智慧管控体系的建立，不仅是水务发展、水环境治理信息化应用的大势所趋，更是在日益复杂多变的外部环境、监管要求下，治理项目能否达到建设目标，系统能否为人所用并持续高效运行，各城市能否完成 PPP 考核、流域水环境监管[1]等的重要手段。在长江大保护项目实施过程中如何把控施工质量及工程完工后如何实现污水系统高效运行成为项目运营管理的难点，因此，长江大保护项目运营管理从项目、运维、调度、绩效等管理方面对智慧水务提出了强烈需求。长江大保护是国家战略，更是一项复杂的系统工程，具有体量大、城市水系统复杂多样、参与方众多、工程建设难度大、运维周期长等特点，在探索长江大保护智慧治水模式的过程中面临着特有的问题，需要提出系统性的解决方案，才能使长江大保护智慧水务做到统筹谋划、系统推进、创新发展，目前国内外对于长江大保护背景下的智慧水务关键问题和对策研究极少。

1 国内外研究现状及特征

国外在早期城市化过程中针对工业和生活用水量增加、水环境恶化等难题，在管理机制、技术手段及法规标准保障等方面已建立了成功的模式[2]。根据《欧盟水框架方针》[3]，欧洲国家普遍实行“综合性流域管理”的水资源与水环境管理模式结合的智慧水务先进理念，真正从水务系统全周期运行的专业角度，统筹考虑流域规划，注重水量、水质和流域生态系统的一体化管理。国内随着技术和业务需求的不断发展，智慧水务的概念也在不断的演进和变化，主要经历了自动化、数字化和智慧化 3 个阶段：自动化阶段以自动化控制为核心，着眼于工艺优化及生产效率的提升[4]；数字化阶段着重信息化系统建设，初步实现行政办公和业务管理的信息化；智慧化阶段运用区块链[5]、云计算、大数据等新技术，结合数据清洗、模型方针实现智慧化决策，是体现智能计算、智慧决策、智慧管理的阶段。

目前，国内智慧水务行业处于由第二阶段向第三阶段发展的过程中。但应当指出的是，绝大部分的供应商及其产品，仍旧是以信息化的角度和思路进行的设计、建设，缺乏完整的水务运营逻辑、经验和专业知识支撑，缺乏满足水务管理实际需求和解决实际问题的能力。综上，真正成功的智慧水务应用项目在国内还不多见，行业内外都处于摸着石头过河的状态和阶段。

同时也得出智慧水务的重要特征：1）智慧水务不断结合云服务[6-7]、物联网[8]等最新信息通信技术；2）建模评估在智慧水务建设中占据重要地位；3）涉及多目标利益最大化的问题；4）智慧水务是分阶段分层次的，从数字化、信息化、智慧化依次解决从替代人重复性劳动和数据分析辅助决策支持，到智能预测、决策的关键问题；5）智慧水务最终通过人工智能的“洞察力”，清晰事务的相关性、因果性，智能预测和决策，将深刻改变水务行业的运营管理方式。

2 长江大保护智慧水务需求分析及建设目标

长江大保护从以下 3 个层面对智慧水务有强烈的需求：1）战略层面。贯彻落实长江大保护国家战略、实现国家数字化转型的需求。2）业务需求层面。实现长江大保护实施过程中的地下管网全生命周期管理、物联网监测预警和应急响应、城市排水系统精细化管理、高效准确的厂站网联合调度管理、全过程的城市污泥智慧化管理、农村污水处理少人无人集控管理、水环境治理效果评估和考核评价、项目重要节点实时管理、跨区域项目宏观调度、实现智慧运营管控等核心业务的需求。3）管控层面。理顺长江大保护各方主体关系、实现涉水管理跨部门资源整合与共享、创新智慧水务建设和运营模式、长江大保护水环境治理工作精细化、智慧化管理的需求。

基于以上 3 个层面的需求，长江大保护智慧水务的总体建设目标为：充分利用已有的建设成果，按照“深度融合、全面共享”的指导思想，将水务业务与大数据、物联网、人工智能等智慧技术深度融合，全面开展感知监测、业务应用、数据资源、标准规范、技术创新、基础设施及安全体系建设，具备流域大保护节点城市综合智慧监管评估、城市水系统智慧建设和运营、项目级工程运维管理等能力。

3 长江大保护智慧水务应用推广关键问题

结合长江大保护“规划—设计—建设—运维”全周期的业务特征，长江大保护智慧水务在应用推广中需要抓住以下关键问题：

1）顶层设计。国家及行业层面缺乏针对智慧水务的系统性标准，顶层设计规划缺失。智慧水务的概念界定、目标实现、标准制定、发展路径、解决方案均未形成统一的认知，顶层设计规划缺失，各自为战，相较于智慧城市其他子系统发展体系不完善、发展速度较慢。

2）主体统一。政府、企业、公众各方关注点不同，目标不一，存在各自为战、治理主体上下不连通的问题。政府侧重战略目标层面，企业联盟侧重实施层面，公众重点关注是否可提升幸福指数、增加满意度。政府、企业、公众各方需求、目标、实施路径不尽相同。

3）平台整合。已有部分涉水信息化建设工作及智慧平台建设相关研究，但仍处于实践探索阶段，存在呈现碎片化、系统性不强的问题。目前各地由于智慧城市建设，已有通信网络、数据中心等设施基础，市政、水利、环保相关部门针对各自管辖对象部分实现了信息化，各城市已有良好基础，但存在呈现碎片化、系统性不强的问题，如何实现与其有效衔接是难点。

4）监测攻关。当前主流的智慧水务项目建设，主导方以信息化、GIS 公司甚至某些设备商为主，重应用轻业务现象突出，专业性不足。水务系统是一整套紧密联系的、完整的大系统，具有很强的专业性，由于当前大部分的智慧水务从业公司，只具备对接业务需求的能力，而没有对接水务专业性问题的能力，专业需求分析不透彻，导致成果千篇一律，且无法满足实际水务专业需求。

5）数据保障。在线监测数据设备稳定性、数据完整性特别是数据准确度难以保证，污水管网复杂环境下设备安装、维护困难。在线监测数据是模型迭代、辅助决策的重要支撑，目前国内外不同类型水相关监测设备质量参差不齐，自主研发能力不足，设备安装维护风险高。

6）数据整合。信息孤岛问题突出，数据拥有方多，数据集成共享不足。信息化建设普遍存在各自为政现象，现有的信息系统主要集中在环保、水利、水务、防汛等业务部门，已建成的各子系统间数据共享难度大，系统间缺乏集成和整合，信息处理和流转存在局限性，信息无法较好共享和有效流转，数据条块化及孤岛现象较为严重。

4 对策

针对章节 3 提出的关键问题，提出总体谋划、整合技术底座、建立监测体系、打通数据壁垒等综合解决方案。

4.1 总体谋划，建立长江大保护共建实施体系

总体谋划重点提供顶层整体解决方案，统筹建立合理的涵盖智慧水务全过程资源的生态链，建立长江大保护共建实施体系。

1）注重顶层设计，建立国家及行业层面智慧水务发展战略规划，明确智慧水务的概念、任务、目标、建设内容、实施路径，制定涉及数据、通讯、软件开发等通用标准规范，剖析智慧水务不同发展阶段核心问题，研发关键技术并提出解决思路，形成国家及行业层面智慧水务整体解决方案。

2）探索建立涵盖地方政府战略决策，企业资源平台支持、工艺设计—软件开发—运维、设备研发，科研单位专家高端咨询，公众参与的上下连通的智慧水务实施体系，形成战略决策、项目策划、设计咨询、设备采购、软件开发、厂网运维的全过程智慧水务生态链。

4.2 整合建立技术底座，创新智慧共赢运营模式

城市及流域层面已有涉水信息化建设工作及智慧平台建设相关研究，仍处于实践探索阶段，存在呈现碎片化、系统性不强的问题，亟须建立流域层级生态云平台以整合各方优势资源和力量，创新云服务、软硬件服务模式，明确建立基于微服务的业务、数据、技术等架构统一的技术底座，使产品标准化，并具备快速扩展能力，实现技术层面无缝衔接；创新智慧运营模式，合力形成共建、共治、共享、共赢的智慧长江产业运营模式。

4.3 注重监测感知体系建设，提升感知质量和能力

充分考虑政府需求，企业揭榜挂帅，寻找更加安全可靠的设施设备，提升感知能力和水平，通过组织监测设备同台竞技，建立设备供应商库，针对当前市场监测设备的性能指标、适用性和稳定性，降低设备安装、调试、运维风险，探索提出监测设备的最优技术指标和科学监控方案。针对污水管网复杂环境下设备安装、维护困难的问题，探索在设计中创造安装、维护条件，提出管网设计—设备运维协同解决思路。

4.4 打通数据壁垒，消除数据孤岛，建立数据共享服务

针对涉水各部门信息系统间的数据共享差，信息资源分散，业务联系不强，存在信息孤岛，较难满足水环境综合管理的业务需求，缺乏系统性、协同化、知识化应用的问题，需要进行系统性规划，制定建设目标和策略，确定技术框架和建设步骤，把水环境管理的多源分散信息、监测数据、运营数据进行集中管理，实现水环境管理和运行程序化、资产数字化、工况可视化、分析诊断定量化、调度决策智能化，为各级用户提供系统服务和技术支撑。

5 对策实施路径、组织方式及预期效益

基于上述对策建议，明确具体的实施路径和组织方式，为对策的落地实施提供保障，并从技术、经济、社会等方面明确预期效益。

1）实施路径。按照“统筹规划、标准先行、急用先建、迭代完善”的总体原则，优先开展技术标准体系建设和业务应用系统开发，依托示范试点城市开展监测点布设和感知网搭建，验证标准适用性和完整性，开展业务系统的定制化开发并逐步提升智慧化水平，逐步扩展云平台规模，形成智慧水务开发建设的项目管理经验，培育智慧水务开发和运维队伍，逐步建立起由业务专家、软件开发团队、设备厂商、平台厂商、专家队伍组成的生态圈，为后续智慧水务规模化开发建设打下基础。

2）组织方式。建立涵盖地方政府业务指导、三峡集团战略决策、长江环保集团资源平台支持、业务单位领衔工艺设计—软件开发—运维、专家高端咨询、设备研发六大生态圈，形成战略决策、项目策划、设计咨询、设备采购、软件开发、厂网运维的全过程智慧水务生态链，建立联合工作小组统筹推进工作。

3）预期效益。a.技术效益方面。形成水环境数据资产，提高水环境管控能力；形成城市智慧水务系统建设的复制能力；提炼和总结智慧水务核心技术，提高核心竞争力。b.社会效益方面。改善大众水务服务、提高信息化管理水平；提升政府治理和公共服务能力。c.经济利益方面。提高效率创造间接经济效益；避免重复开发建设，提高运转效率；支撑产业结构升级，推动经济转型发展。

6 结语

本研究得出，在长江大保护背景下，长江经济带城市智慧水务发展程度普遍较低，面临顶层规划缺失、各参与方整合程度低、业务主导能力不足、监测数据质量难以保证、数据孤岛、碎片化管理等问题，水务运营管理主要依靠经验进行，须通过数据整合、智慧化分析算法应用研究、智慧化平台建设，从依靠经验化的管理模式转向高效智能的智慧化管理模式转变。本研究对于长江大保护智慧水务从顶层设计到落地实施提供了系统解决方案，无论是从系统性和实用性均可为长江大保护建设运营提供智慧化支撑，目前已有九江、芜湖等落地成功案例。但由于智慧水务体系庞大且须具备较强可实施性，涉及的关键点既是重点也是难点，特别是准确可靠的感知体系建设难度很大，需要在硬件研发和服务模式上做更多探索。希望未来随着更多智慧水务项目的落地，能够持续研究提升优化解决方案，赋能长江大保护。