智慧水务建设现状与难点调研分析
为全方面掌握水务企业智慧水务建设与应用现状，探索智慧水务发展方向和趋势，《给水排水》编辑部针对24家水务企业及科技企业开展调研。受到内部和政策双重驱动下，水务企业积极推进智慧水务建设，但整体上仍处于信息化迈向数字化阶段，当前智慧水务还存在着需求与数字化应用匹配性仍需提升、系统集成与数据共享难度大、设施数据准确性欠佳、运营保障机制有待优化、人才队伍短缺等问题待解决。
本文观点根据抽样调研整理而成，在此对参与调研的企业一并致谢！如对结论持有不同观点，欢迎与编辑部一起讨论！（联系方式：gsps6@vip.163.com）
城市水务系统主要由供水系统、排水系统和水环境三部分组成，是城市高质量发展和提升城乡建设管理水平的重要环节。智慧水务是智慧城市的重要组成部分，其是一项复杂的系统工程，目前业内对智慧水务的认知并不统一，究其目的，是为了充分挖掘和利用数据价值，实现水务各业务场景下的数据智能化控制、智慧化决策与管理。
智慧水务建设是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，实时感知城镇水务系统的运行状态，通过数据分析对水务信息进行及时处理，提供辅助决策支持，形成融合智能感知、智能仿真、智能诊断、智能预警、智能调度、智能处置、智能控制和智能服务的全方位水务系统，从而实现水务系统全流程的科学化、精细化、智能化运行管理。智慧水务建设不仅可以帮助水务行业创造多种价值，还将对用户和运营环境带来深远影响。
01、建设智慧水务内在驱动力
对于水务行业本身发展来说，不断增长的用水需求和运营成本驱使行业使用数字化技术来提高生产效率。根据住房和城乡建设部《中国城乡建设统计年鉴》（2022），截至2022年底，我国城市供水综合生产能力和供水管道长度分别为31510.40万m³/d和110.30万km，城市建成区供水管道密度为14.87km/km²，19个国家级城市群供水综合生产能力和供水管道长度分别为24366.34万m³/d和83.74万km，分别占全国总量的77.33%和75.92%。我国城市排水管道长度达到91.35万km，，建成区排水管道密度为12.34km/km2，城市污水处理厂数量和污水处理能力分别为2894座、21606.10万m³/d。19个国家级城市群污水处理厂数量、污水处理能力、排水管道长度分别为2064座、17679.2万m³/d、72.24万km，分别占全国总量的71.32%、81.83%、79.08%。
图1 国家级城市群污水处理概况
02、文献计量分析
在中国知网数据库中，以“智慧水务”为关键词，分别对2014~2023年发表（布）的论文和专利进行检索和统计，结果显示：智慧水务相关的期刊发文量在近年稳步增加，研究主题从智慧水务的需求、构想和思考逐渐向总体框架、平台设计、信息化建设等方向发展，2023年发文主题主要集中在供排水一体化建设、城市水环境智慧化建设等。在专利方面，专利最早出现于2014年，之后近几年呈快速增长趋势。申请内容主要体现在设备和管理平台，包括供水设备、预制泵站、清污设备、云平台、云计算等（见图2）。
图2 智慧水务相关论文与专利统计
03、智慧水务现状
对24家水务运营企业及智慧水务科技企业进行针对性调研，其中水务运营企业20家，从地域上看，华东、华南、华中、东北分别调研7家、4家、3家、3家，其余区域各1家；从供排水规模上看，10万m³/d以下4家，10万~50万m³/d的9家，万m³/d以上7家。主要了解当前智慧水务建设与应用现状、存在主要难点等。内容包括智慧水务顶层规划、智慧水务建设现状、智慧水务应用现状等。
3.1 顶层规划
依据调研结果可以看到，截至当前，无论水务企业规模小大、区域如何，均在企业“十四五”发展规划中提出智慧水务建设，并给予较高的地位，当然，被调研者也提出当前阶段只能达到或规划智能化水务、数字化水务。其中，规模较大的水务企业由相对完善的智慧水务相关规划，同时建设内容相对完善且系统性较强。
3.2 建设历程
根据被调研水务企业情况，将水务企业智慧化发展历程分为三阶段：
（1）单一业务信息化阶段：大部分企业均处于此阶段，以自动化控制为重点，着眼于仪表、设备等硬件设施的工艺优化与升级，实现数据采集与机器操控的自动化进程，释放了劳动力，提升生产效率。
（2）多项业务信息化和门户集成阶段：以信息化建设为重点，相继搭建企业水务系统和数据库，实现水务行业的数据采集、信息互通、数字化应用等，初步形成城市水务系统与管理体系的信息化建设。
（3）大数据分析与决策阶段：以互联网、人工智能、物联网的综合应用为重点，将智慧化与水务深入融合，对数据进行深度挖掘、分析与处理，加强资源整合与共享，加速水务综合管理的精细化、动态化、协同化、高效化进程，全面提升水务综合治理能力。
3.3 系统集成与数据共享
被调研水务企业正在从单一业务单元向多业务系统融合阶段迈进，但绝大多数的系统和数据是孤立的，没有实现互联互通，也就不能实现共享，限制了更高层次的智慧应用。当前建设较多的系统是营业收费系统、SCADA系统、地理信息系统GIS，约50%水务企业存在的数据中心只是将各分系统的数据从一个模块“机械”地拷贝或导入到另一个模块数据库中，当历史数据过于庞大时，就会导致系统运行缓慢、数据丢失等各类问题。
3.4 建设策略
在智慧水务建设过程中，针对建设较早的原有存量系统继续使用问题进行调研，根据被调研企业情况，可将智慧水务建建设策略分为：
（1）整合原有平台系统，重建系统性更强的一体化平台：以广州自来水公司为例，通过“1+27”（一个平台，27个域）的建设，覆盖供水全流程，实现“源、厂、站、网、端”的全流程智慧化管理。
（2）分步有序补全智慧水务平台建设：以深圳水务集团为例，形成了从顶层设计到项目实施全流程建设方法，保障了智慧水务规划完整、架构先进、基础牢固、切合业务的需求。
（3）持续推进补充完善业务平台：以山东公用水务集团为例，现有智慧水务平台建设框架为“集团→水务公司→水厂”三级管理模式，已建有SCADA系统、在线监测系统等基础平台等，其智慧水务规划需要从一线水厂的需求端出发，不断完善水厂在生产运营等方面的单独业务单元。
3.5 应用情况
根据调研结果可以看到，尽管很多水务企业已经建设了较为超前的业务系统，但却很难应用起来，一方面是实际操作人员应用原有系统驾轻就熟，意愿上并不支持信息系统办公；另一方面智慧水务平台建设源于各种目的，比如树立行业/区域标杆，但背后的数据并不能实现联通，应用困难。那么如何才能使智慧水务平台既建设好又能应用好呢？根据调研结果可以看到：
（1）操作层不能有太大阻力。所有布设的自动化设施应以操作友好、便于使用为原则，使一线操作工人对于智慧化建设不排斥。
（2）管理层能出成绩。建设的自动化设施和信息化系统能够实实在在的实现降本增效等效果。
（3）决策层能出政绩。当前很多水工业场景属于公共事业，智慧水务建设能够体现水务企业的社会责任担当。
04、调研结果分析
本次调研同时参考了《城镇水务行业智慧水务调研分析报告》结果，与其存在部分异同：
（1）对于水务企业信息建设关注程度基本一致，在水务企业的调研中，供水企业更关注于营业收费系统、客户服务系统等，而污水处理企业更关注厂内自动化系统、水质监测系统。同时水务企业对GIS系统等基础设施的建设和系统集成也提升至更关注的层次。
（2）对于系统和数据集成有所差异，依据水务企业智慧水务发展规律，进行应用系统和数据集成且实现主题分析的企业比例已经有较大提升。调研结果表明未实现系统和数据集成的企业较少，但能够实现部分系统和数据集成但未能实现主题业务分析的企业占比最高，能够达到50%，而当前还没有任何企业能够实现所有应用系统和数据集成并能全面分析。
（3）对于智慧水务中存在的主要难点差异较大，调研结果表明，缺少专业人员配备、缺乏投资、标准规范不完善等并不是水务企业亟待解决的难题，而投资时普遍的看不到投入产出是建设智慧水务的主要问题，即水务企业领导共性认为智慧水务平台建设能够提高业务和管理效率，但难以量化投入产出是当前最棘手问题。
05、建设难点
（1）投资与回报矛盾是智慧水务建设发展的主要问题。智慧水务建设伴随着较大的资金投入，智慧水务平台产生的实际成效难以评估或量化，尤其是已建项目的价值，智慧水务投入产出之间的矛盾限制了其发展。
（2）数据孤岛是限制智慧水务建设与应用的关键问题。水务企业普遍存在各个业务模块所使用的软件系统存在兼容性问题导致数据无法流通共享，再加之数据共享平台设施搭建仍不完善问题，这些因素导致的数据孤岛问题阻碍了数据互联共享及更高层次智慧水务应用效果。
