《城镇智慧水务技术指南》解读.pdf

述评与讨论

《城镇智慧水务技术指南》解读

黄诚”，梁岩松，洗峰"，林峰°，周强？，杨剑”， 简德武，章林伟²，张辛平！，龙程理，刘伟岩”，汪力”，

危震”

（1.中国市致工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉430010；2.中国城镇供水持水协会，北京100048：3.北控水务集团有限公司，北京100102；4.北京清控人居环境研究院有限公司，北京100083；5.上海城投水务有限公司，上海200092；6.深圳环境水务集团有限公司，广东深圳518031；7.武汉市水务集团有限公司，湖北武汉430000；8.中国电信集团有限公司，北京100033：9.武汉众智鸿图科技有限公司，

湖北武汉430223）

摘要：为了引导、规范、推动减镇水务行业智慧水务的健康有序发展，统一认识，统一路径，做好智慧水务的顶层设计，中国减镇供水排水协会组织编制并发布了《城镇智慧水务技术指南》（以智慧水务的总体架构、保障体系以及数字化建设、智能化控制、智慧化决策的技术要求，并按照城镇 下简称《指南》）《指南》介绍了编制的背景、适用范围、智慧水务发晨现状及日标、实施路径，明确了供水、城镇水环境、排水（雨水）防涝三个领域对智慧水务建设应用进行集成汇总.

关键词：智慧水务；指南：解读：减镇水务行业

中图分类号：TU992 文献标识码：A文章编号：1000-4602（2024）02-0001-09

Interpretation of GuidelinesforUrbanSmartWater

JIAN De-wu' ZHANG Lin-wei² ZHANG Xin-ping'.LONG Cheng-li' LIU Wei-yan² WANG Li² HUANG Cheng LIANG Yan-song XIAN Feng LIN Feng” ZHOU Qiang' YANG Jian' HU ZhenWuan 430010 China; 2. China Urban Water Association Beijng 100048 China; 3. Bejing ( 1. Central &: Southern Chino Municipal Engineering Design and Research Institute Co. Ltd. Enterprises Water Group Limited Bejing 100102 Chino ; 4. Tsinghuo Holdings HumanSettlemens Enzironmenu Institute Co. Lud. Beijing 100083 China; 5. Shanghai Chengtou WaterGroup Co. Iad. Shanghai 200092 China; 6. Shenzhen Water and Eneironment Group Co. Ld. Shenzhen 518031 China; 7. Wshan Water Group Co. Iad. Wahan 430000 China; 8. China Tele Group Co. Lad. Beijing 100033 Chino; 9. Wuzhan HopeTop Technology Co. ILad. Wuhan 430223 Chinα)

Abstract: To guide standardize and facilitate the healthy orderly development of the urban smartwater as well as to foster a shared understanding and establish a unified approach the China Urban(hereinafer referd o as the guidelines) The purpe of the guidelines is t pwide a top-level desig fr Water Association has undertaken the pilation and release of the Guidelines for Urban Smorr Water

urban smart water initiatives in China. The guidelines introduced the background of the pilation ofguidelines the scope of applieation the curent status and future goals of smart water development. Theguidelines also outlined the implementation path and clarify the overall architecture assurance system and technical requirements for digital construction intelligent control and smart decision-making of smart water. Furthermore the guidelines explained the integrated application of smart water technology inwaler supply system wastewater system rainwater system.

Key words: smart water; guidelines; interpretation; urban water industry

智慧水务是智慧城市的重要组成部分，是数字时代的必由之路，也是建设数字中国、智慧城市的 要求.2023年4月，在中国城镇供水排水协会（以下简称中国水协）的指导和组织下，我国首部针对城镇智慧水务建设顶层设计的技术标准一《城镇智慧水务技术指南》（以下简称《指南》）正式发布.《指撑，可进一步完善我国城镇智慧水务建设技术体 南》的发布是我国城镇智慧水务建设的重要技术支系.为规划设计、建设及应用提供针对性和操作性更强的技术指导.

《指南》专家评审会，邀请了曲久辉、任南琪、侯立安、彭永臻、马军、徐祖信6位院土，以及李艺、黄晓 家两位全国工程勘察设计大师等共12位专家对《指南》进行审定.专家组审定结论为：该《指南》填补了我国城镇智慧水务建设与应用的空白，处于国际同行前列，其发布实施对推动城镇水务高质量发展具有重要作用和意义.

1.2适用范围

《指南》适用于城镇智慧水务的规划设计、建设和运维，范围包括城镇供水、城镇水环境、排水（雨水）防涝等领域，适用对象包括城镇智慧水务相关从业主体.

1《指南》编制背景及发展超势、实施路径

1.1《指南》编制的背景

《指南》由概论、总体设计、数字化建设、智能化控制、智慧化决策、信息安全与运营维护、智慧水务应用7个篇章组成，涵盖了城镇智慧水务建设的总体设计、技术要求以及集成应用.

首先是贯彻”二十大”精神的需要，“二十大”提出要 从国家政策及行业发展背景看，智慧水务建设发展数字经济、打造智慧城市；第二是践行”双碳”战略的需要，中共中央、国务院提出要推进城乡建设和管理模式的低碳转型，智慧水务是碳减排的有建设部提出要加快传统基础设施数字化、网络化、 力抓手：第三是智慧城市建设的需要，住房和城乡智能化建设与改造，智慧水务是智慧城市的重要组成部分；第四是执行《城镇水务2035年行业发展规划纲要》的需要，该规划纲要指出智慧水务建设对 城镇水务行业的可持续发展具有重要指导意义.

1.3发展现状及目标

从现状看，目前我国社会经济发展中的数据已成为新型生产要素，智慧水务应与智慧城市建设协调发展，因此行业对水务管理和运营提出了更高要求.但是智慧水务还存在不少误区，主要问题如下：①智慧水务顶层设计缺失、标准体系不完善：② 数据质量较差、数据利用不充分；③展示层面较多、应用场景较少；④智慧水务泛化、平台建设不系统.

为了城镇智慧水务的可持续发展，明确智慧水务顶层设计、技术体系及实施应用，在中国城镇供水排水协会的组织和指导下，全国30多家大型水务加了《指南》的编制.主参编单位有中国市政工程 企业、大学、设计院、科技公司派出了60多位专家参中南设计研究总院、北控水务集团、北京清控人居研究院、上海城投水务集团、深圳环境水务集团、武汉市水务集团、中国电信集团、武汉众智鸿图科技有限公司等32家.

针对这些问题，《指南》提出了智慧水务的5点发展要求和目标，即：①打造健全的水务感知网：②建立共享的数据资源体系；③建设全面的数字化管 理系统；④推广精准自动的智能控制：5探索科学合理的智慧决策”.

1.4实施路径

城镇智慧水务建设可按照如下3个阶段分步有序推进：①夯实基础、补齐短板（第一阶段）.做好 整体规划，构建智慧水务标准体系，全面提升软硬

2023年3月7日，中国水协在武汉市组织召开

件支撑能力，补齐短板，夯实智慧水务建设基础，侧重于重点、难点领域的开展应用.②完善功能、深化应用（第二阶段）.在夯实基础后，进一步完善物联感知数据采集，推动信息系统整合、数据资源共 享、业务融合协同，深化数字化管理业务应用建设，扩大智能控制应用建设范围，从而实现管理服务能力的整体提升.③全面整合、智慧赋能（第三阶段）.通过数据和系统的全面融合，深度探索物联 网、大数据、云计算、人工智能及模拟仿真等技术与水务业务的系统整合，逐步实现智慧化决策.

2智慧水务总体设计

2.1基本原则、需求分析、顶层规划

《指南》提出了智慧水务建设的基本原则，介绍务顶层规划的重要性和必要性，可为企业智慧水务 了智慧水务需求分析的方法和步骤，强调了智慧水建设提供有效指导，避免出现盲目性和局限性.

2.2智慧水务保障体系及建设内容

分，标准体系是智慧水务的理论支撑，安全保障体 智慧水务保障体系包括标准、安全及运维三部系是国家信息安全保障体系的重要组成部分.而运营维护服务质量直接关系到智慧水务产生的预期效益.三大保障体系对智慧水务的应用和建设实施意义重大.

智慧水务建设主要包括数字化建设、智能化控制以及智慧化决策三部分.数字化建设包括建立城镇水务信息模型（CIM-water）和在线监测系统.构建数据感知体系，同时打造统一的数字化管理系统，建立健全智慧水务数据资源体系，以充分发挥 大数据、云计算在智慧水务中的作用.智能化控制是在自动化基础上通过水务技术与人工智能、大数据技术的深度融合，实现关键环节控制的自感知、真技术，提高了决策的科学性、准确性和高效性. 自学习、自执行和自适应.智慧化决策运用模拟仿

2.3平台总体架构

智慧水务平台总体架构由三层、三体系组成，三层即物联感知层、数据层和应用层；三体系，即标准体系、安全保障体系和统一运维体系.参考智慧 城市顶层设计指南，智慧水务平台总体架构如图1所示.

①物联感知层：主要包括在线监测、网络通信，能够为后续的数据处理提供原始数据.

②数据层：主要包括数据资产管理、通用数

3智慧水务技术要求

3.1数字化建设

3.1.1城镇水务信息模型

据库、数据流管理及大数据存储与计算，可为应用层提供有价值的数据服务和支撑.

③应用层：主要包括基础服务、算法库、模型库等应用支撑及服务，以及数字化管理、智能化控 制、智慧化决策等业务应用，能够实现对数据及水务生产、运行的全面管理和控制.

图1智慧水务平台总体架构

Fig.1 Overall architeeture of smart water platform

数字化建设是智慧水务的基础，通过数字技术可实现水务业务的在线化、流程化和闭环化.同时实现水务大数据的管理与治理，以及水务数据信息的高效互通、交换、共享及交易.数字化建设的目要技术有城镇水务信息模型（CIM-water）技术、在线 标是数据资源化以及管理数字化.数字化建设主监测技术、数字化管理技术以及大数据与云技术.

在城市信息模型（CIM）基础上，《指南》结合智水务与智慧城市能够更好地协调一致.CIM-water 慧水务提出了CIM-water的概念，目的就是使智慧包含BIM、GIS和网络通信技术，其目的是打造城镇水务的三维数据底座，在支持水务行业专业应用的同时更好地融人智慧城市.

数字李生的数字基础底座，《指南》对智慧水务中 ①BIM是CIM-water的重要组成部分，也是BIM技术的模型单元等级、模型精细度等级、模型单元信息深度等级提出了技术要求，同时对BIM技术如何支撑智慧水务应用提出了具体方法，包括运维模型创建、数字资产管理等.

②作为CIM-water的重要组成部分.GIS包括

3.1.2在线监测

3.1.3数字化管理

3.1.4大数据与云计算

3.2智能化控制

3.2.1智能控制及算法

系统建设及其在各类业务场景中的应用.具体介标.智能控制的核心是智能算法，关键是大数据.绍了GIS系统的构成、空间数据分类、基础功能、服智能控制针对的是单一工艺单元.《指南》中列举了务共享，以及对智慧水务的应用支撑等.

分.在城镇智慧水务中起到数据信息上传和控制调 ③网络通信也是CIM-water的重要组成部度指令下达的作用.其内容包括网络通信一般要求和技术要求，其中技术要求对网络通信分中心侧网络、边缘侧网络以及端侧网络进行了重点介绍.

在线监测的核心是对数据和信息进行实时监测.包括一般要求、技术要求和常见监测指标.其中.针对监测设备、数据传输、校准机制等提出了技压力、状态以及环境. 术要求，常见监测指标包括降水、流量、液位、水质、

水务数字化管理是通过现代管理理念，对生产运营进行业务数字化改造，其一般要求包括遵循先进理念、规划先行、系统化设计、采用成熟架构、契 合业务本身等8个方面，技术要求主要包括数据监测管理、巡检管理、设备管理、报警管理、安防管理、化验管理、能耗管理、物料管理、成本管理、日常调度管理、服务营收11个方面.其中能耗管理与碳核 算和碳减排相结合，强调了“双碳”战略在智慧水务建设应用中的重要性.

大数据和云计算是智慧水务数据应用的支撑和保障，其内容包括数据管理技术要求以及云计算 技术要求.智慧水务的基础是数据，算据、算力和算法是体现数据应用水平的3个指标.算据需要数据管理，因此对数据整合、数据存储处理、数据治理与应用、数据流通提出了技术要求.

和技术要求.其中，技术要求对云基础设施、云部 云计算为算力和算法提供支持，包括一般要求署以及云计算技术进行了说明.

智能控制是一类无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的自动控制.城镇智慧水务系统的智能控制主要通过大数据、云计算、人拟等.工智能等新兴信息技术，获得最佳运行参数，并向自动控制系统发出指令，在无人干预的情况下使水 务生产环节达到更优化、更可靠、更高效的运行目

3.2.2主要控制环节

3.2.3智能控制技术要求

3.3智慧化决策

3.3.1一般要求

3.3.2仿真模拟

3.3.3水务智慧化决策

一些水务行业常用算法，在具体应用中需要结合算法特点和控制环节进行选择.

智能控制的选择需要结合控制对象工艺环节的原理、特性、目标进行选取.《指南》对给水厂、污水厂和排水（雨水）防涝水务生产控制中的主要控 制环节进行了梳理.

对常见智能控制提出了技术要求，包括水平衡智能控制、产线水量智能分配、智能加药絮凝、智能排泥、智能反冲洗、智能消毒、泵组优化智能控制、 智能噪气、智能内回流、智能污泥回流及排放、智能加药除磷、智能碳源投加、智能加药调理、智能污泥转运、排涝智能控制、智能照明和智能通风共17个智能控制技术模块.以智能噪气为例，每个智能控制技术模块均按以下6个维度展开：①应用范围，主 要为污水厂生化池噪气充氧工艺段；②控制目标，即保证出水水质稳定，降低鼓风机运行电耗：③实施条件，包括智能控制对设备、仪表、检测等方面的要求；④控制要求，采用大数据及智能算法，以 COD、NH-N等为主控因子.实现出水水质满足内控标准：5可用算法，主要有多层神经网络算法、强化学习算法等；实施效益，智能噪气可节省电耗10%15%.

水务智慧化决策针对城镇供排水系统中多设施、多维度、多目标的复杂业务场景，通过模拟仿真、预警预测、智能诊断等方法，实现复杂水务业务的预判规划、优化调度、应急管理及情景分析，辅助 制定科学、精准、有效的决策方案.

智慧化决策的核心是应用仿真模拟技术及大拟、判断分析和科学决策，主要包括水处理工艺模 数据分析、人工智能算法对复杂问题进行仿真模拟、水文模拟、水动力模拟、水质模拟、城市水系统模

最优解，智慧化决策针对的是多设施、多维度、多目 有别于智能控制针对的是单一工艺环节局部

标的复杂系统的全局较优解.因此，智慧化决策需要考虑系统性.

水务智慧决策包括突发水污染公共卫生事件应急决策、供水多水源多水厂调度决策、供水管网 运行优化决策、排水管网破损渗漏诊断及修复改造决策、污水厂异常进水应急决策、源-网-厂-河（湖）水环境运维决策、城镇排水（雨水）防涝应急决策、供排水突发事故应急决策8项.其中，供水管网运行优化决策又分为4个部分，即漏损分析及控制、爆 管分析及抢修、水龄控制、管网水质污染溯源.源-网-厂-河（湖）水环境运维决策又包括河（潮）水环境质量管控、CSO溢流污染控制、污水厂运行优化、海绵城市径流污染控制4个方面.每项智慧化决策 都从决策目的、决策内容、模拟仿真、决策执行4个方面进行了介绍.

3.4信息安全与运营维护

3.4.1信息安全

3.4.2运营维护

4 智慧水务的应用

4.1 应用平台架构

括安全体系框架、技术要求、能力建设.在能力建 信息安全是智慧水务健康运行的有力保障，包设中，主要从泵站、水厂、管网、平台等方面对信息安全提出了技术要求.

模式.运维对象包括信息通信技术基础设施、自控 运营维护章节包括基本规定、运维对象和运维基础设施、数据、信息系统、安全系统.运维模式从组织资源、管理制度、培训机制3个方面展开.

遵循总体架构原则，智慧水务平台由物联感知层、数据层和应用层组成，具体见图2.

图2智慧水务平台应用架构

Fig.2 Platform architeeture of smart water

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