每當講起水資源短缺的最壞情況，我們總會提到南非開普敦“歸零日”（城市陷入斷水絕境之日）的倒計時，而在開普敦掙扎著解決水資源短缺問題的同時，全球各地相繼出現(xiàn)了類似的噩夢：巴西圣保羅水資源供應不足；中國深圳面臨控制雨季溢流污染的挑戰(zhàn)；美國邁阿密海平面上升；印度尼西亞雅加達地下水資源日益短制缺，諸如此類，不勝枚舉。

鑒于水資源問題如此嚴峻，水務公司需要尋求革新性的解決措施數(shù)字技術。數(shù)字技術擁有無限潛力，可對全球水系統(tǒng)產生變革性影響，提高水務公司的適應力、創(chuàng)新力和效率，幫助水務公司建立更強大、更具經濟可行性的發(fā)展基礎。水務公司如果能充分發(fā)掘數(shù)據(jù)、自動化和人工智能的價值，就能獲益頗豐，如增加手中的水資源、減少無收益水量、延長基礎設施的壽命、鞏固財務安全的基礎等。

水務公司始肩負著提供關鍵服務的責任，這些服務涉及基本人權人類獲得清潔水和良好衛(wèi)生條件的權利，這對人類健康、社會社區(qū)福祉至關重要。要保障這些人權，水務公司必須起帶頭作用，加快打造一個更加數(shù)字化、更具關聯(lián)性的未來，逐漸淘汰傳統(tǒng)的遺留基礎設施，以便繼續(xù)為社會提供足夠的服務，滿足社會的需求。

數(shù)字水務的基本要素

在水務行業(yè)的價值鏈上，環(huán)境、水資源與水務公司相互關聯(lián)，水務公司與其消費者相互關聯(lián)，消費者又與環(huán)境相互關聯(lián)。無論是物理基礎設施、水質、服務還是其它，水務價值鏈上的所有關鍵節(jié)點都可以應用數(shù)字水務技術。需要注意的是，水務價值鏈這個概念不僅涉及水務公司，還涉及水源（如流域等源頭）和用戶（如公共部門和用戶）。IWA的《流域城市行動議程》（IWA Action Agenda for Basin-Connected Cities) 就體現(xiàn)了此點，其中概述了水務價值鏈的原理，并提供了相應的行動框架，以便協(xié)調流域內的城鎮(zhèn)、工業(yè)、農業(yè)和生態(tài)需求。

理論說起來容易，但要真正在廣義價值鏈及其節(jié)點上部署數(shù)字方案并不簡單。水務公司是復雜的組織機構，由多個不同目標的部門、組織層級、物理資產網絡以及數(shù)據(jù)孤島體系組成。如下圖所示，水務公司一般具有如下技術輸入和解決方案。

鑒于水系統(tǒng)和水務管理越來越復雜，變革性數(shù)字方案變得越來越有必要，相關的 應用機會也越來越多：遙感技術和數(shù)字孿生可以實現(xiàn)水務公司與其各供水系統(tǒng)的互 聯(lián)；運用不同的數(shù)字技術，可以實現(xiàn)水務公司內部運營的互聯(lián)；用戶服務和分析工具 可以加強水務公司與其用戶的聯(lián)系；開放性數(shù)據(jù)平臺、公民科學項目可以實現(xiàn)用戶與 其供水系統(tǒng)的互聯(lián)。上述解決方案都運用了最先進的使能技術，包括云端、移動技術、智能基礎設施、傳感器、通訊網絡、分析和大數(shù)據(jù)等。

數(shù)字水務的使能技術

水務公司涉及的數(shù)字方案有很多，但致力于改進方案設計、部署方式和運營方式 的技術供應商和初創(chuàng)公司更多。許多數(shù)字方案都運用了各行各業(yè)最先進的創(chuàng)新技術、 高級傳感器、數(shù)據(jù)分析技術、區(qū)塊鏈集成技術以及人工智能。

傳感器：監(jiān)控與預測

傳感器、遙感器、地理信息系統(tǒng)（geographic information systems, GIS）技術及可視化工具正逐漸成為管理服務區(qū)域、流域和地區(qū)水資源的關鍵要素。如衛(wèi)星、無 人機等遠程傳感/成像技術，無論單獨使用還是結合使用，都能進行數(shù)據(jù)收集，方便繪制水資源地圖、測量水通量以及管理水務公司的資產。有了這些數(shù)據(jù)，水資源管理人員和水務公司就能準備得更加充分，更自如地應對暴雨徑流（如調整方案以防止污水溢流）；這些數(shù)據(jù)還有助于確定旱災期間采取保護措施的時機，確保所有處理好的水資源可以重新分配到各個用戶手中。此外，使用衛(wèi)星，還可以收集水質數(shù)據(jù)（如渾濁度、赤潮數(shù)據(jù)等），進行水文預測，乃至將水文預測和現(xiàn)場測量結合起來，以便水務 公司運營人員更充分地做好準備，更從容地處理水質問題和其他挑戰(zhàn)。

新設置的和已有的傳感器，無論是固定設備也好，還是移動設備也好，都可以提 供水質、流量、水壓、水位等幾近實時的數(shù)據(jù)。我們可以在系統(tǒng)中分散部署傳感器， 通過優(yōu)化資源使用（如水處理用的化學藥劑）來優(yōu)化日常運營。這些傳感器還能檢 測、診斷和主動預防事故（如管道爆裂、水體變色、下水道坍塌或堵塞等），為預防 性維護提供實用的參考信息，提高水務公司規(guī)劃的適用時長和合理性（比如通過幫助 設定老化基礎設施修復和替換的優(yōu)先級來實現(xiàn)這一目的）。傳感器還可以記錄管道腐蝕情況，一旦水質不達標，就會警告業(yè)主和水務公司。此外，智能水表可以直觀地記錄用戶的用水情況，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶和水務公司，進一步提高了水務管理的力度。

數(shù)據(jù)處理的力量

機器學習和人工智能（AI）不僅可以處理由傳感設備等技術獲取的數(shù)據(jù)，還可優(yōu)化勞動力，確保用戶需求得到滿足。AI技術能夠識別數(shù)據(jù)規(guī)律模型模式，不斷學習， 隨著信息更新根據(jù)新的數(shù)據(jù)不斷升級算法，而一旦與軟件即服務（SaaS）平臺、傳感 器以及通訊網絡相結合時，AI就能幫助水務公司運營的在戰(zhàn)略性和成本效益的指導下 進行運營，包括讓水務公司使之更好地進行規(guī)劃，使之更好地執(zhí)行項目，更好地實時跟蹤和掌握資源損耗動態(tài)，形成更有效高效的集水和配水集散網絡，實現(xiàn)營收和客戶 滿意度最大化。由此可見，機器學習/AI技術有助于解決水務行業(yè)雖富有數(shù)據(jù)卻匱乏信 息利用不善于提取信息這一關鍵難題。此外，AI服務還包括聊天機器人，這類機器人 可提供可靠的全天候服務，可以及時為用戶答疑解惑，有利于客戶滿意度的提高。

AR、VR以及數(shù)字孿生技術

增強現(xiàn)實與虛擬現(xiàn)實（AR和VR）技術對數(shù)字水務自有其獨特的貢獻。通過提供管道、線纜等資產的全息圖像，為員工開展浸入式場景培訓，AR和VR技術對于決策制定 有著相當大的幫助。如果將數(shù)字孿生技術與GIS、傳感器和VR應用結合起來，就可以生成物理系統(tǒng)的運行副本，將物理數(shù)據(jù)（衛(wèi)星圖片）和實時實測數(shù)據(jù)（傳感器/物聯(lián) 網）結合起來，對水務公司的功能進行模擬。數(shù)字孿生技術有助于水務公司直觀地監(jiān) 控現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)問題并預測現(xiàn)實場景。

水務區(qū)塊鏈應用

各種區(qū)塊鏈應用可有望實現(xiàn)資源供應商、用戶、業(yè)內人士、水務公司等水務行業(yè)人士之間的直接、安全交易。水務行業(yè)現(xiàn)在已有若干個區(qū)塊鏈項目和試點，其中部分項目還結合了能源應用，如：有個某項目整合了澳大利亞弗里曼特爾的能源和水資源 分布式系統(tǒng)；有個澳大利亞政府資助的一個項目致力于開發(fā)區(qū)塊鏈支持系統(tǒng)，以便監(jiān) 控水權交易并自動更新國家登記信息；美國一家水處理技術供應商稱，為開發(fā)國際化水處理工廠，其自己正著手創(chuàng)建新的區(qū)塊鏈新付款協(xié)議的創(chuàng)建，以便發(fā)展國際化水處理工廠的發(fā)展。

遙感技術、高級實測傳感器、AI、機器學習、AR/VR、數(shù)字孿生技術和區(qū)塊鏈共同形成了數(shù)字水務的基石，而隨著新興數(shù)字技術的涌現(xiàn)，一些市場參與者、組織及協(xié)會則成為了關鍵參與者，代表了數(shù)字水務的典型群體。

數(shù)字水務的生態(tài)圈

數(shù)字水務生態(tài)圈由水務公司的價值鏈及其利益相關方組成，而水務公司則位于數(shù)字水務生態(tài)圈的核心，生態(tài)圈各水務公司的數(shù)字需求不同，數(shù)字化進程不同，因而生態(tài)圈其數(shù)字水務利益相關方組成的圈子也各具特色，但基本上各生態(tài)圈都包括水務部 門的利益相關方，如私營水務公司以及國營水務公司同行、政府機構、技術方案供應商、學術機構、咨詢公司、行業(yè)協(xié)會和技術推動組織等。各水務公司的數(shù)字化程度不同（見3.1節(jié)），與其生態(tài)圈互動的方式也就各不相同，但毋庸置疑的是，一旦水務公司應用了數(shù)字方案，他們的生態(tài)圈就不再是局限的線性體系了，屆時，體系會演化得更加完備，其內部關聯(lián)性也會更強，如圖2所示。

如圖2所示，“交易型”數(shù)字水務生態(tài)圈是最基礎的模型，其特點在于數(shù)字水務技術方案供應商、行業(yè)協(xié)會和學術界等與該生態(tài)圈的交涉是點對點的。一旦水務公司開始應用數(shù)字水務方案，在水務公司領導層（如CEO、董事會等）或功能部門（如IT部 門、采購部門等）的推動下，就會形成過渡型生態(tài)圈。如果過渡型生態(tài)圈進一步演變，就會進入下一階段，此時一些先進的水務公司會發(fā)揮催化劑的作用，動員數(shù)字利益相關方一起合作、試點并推廣這些極具影響力的數(shù)字方案，建立動態(tài)流動型的生態(tài)圈。

無論水務或污水水務公司的生態(tài)圈有多復雜，一個成功的生態(tài)圈總是離不開最核心的那部分相關方群體：全球水務基礎設施和技術公司在數(shù)字水務生態(tài)圈中扮演著相當重要的角色，畢竟他們是這個領域的專家，擁有許多通過市場檢驗的方案；商業(yè)方案供應商、SaaS供應商和通訊供應商等也與數(shù)字水務公司常有互動；除此之外，為了 開發(fā)創(chuàng)新平臺和技術并從中獲益，水務公司與初創(chuàng)企業(yè)、水務技術中心和推動組織的 合作也日益增多。

因為學術機構、行業(yè)協(xié)會、水務技術中心和推動組織不僅推動各方開展合作并學習新的研究方法和技術，而且提供了相應的技術和平臺應用工具，所以他們也是生態(tài) 圈的主要相關方。此外，投資商也自成一個生態(tài)圈，其中包括天使投資人、風險投資、家庭辦公室以及參與到識別和推廣數(shù)字水務技術創(chuàng)新方案過程中的社會責任基金。

公共部門在水務公司數(shù)字生態(tài)圈中扮演的角色也不容忽視。在大多數(shù)國家中，當 地政府和聯(lián)邦政府是監(jiān)管水務公司的最后一道防線，他們制定了相應的標準和法規(guī)來 規(guī)范水務公司的運營活動，因此，就資金和行業(yè)需求這方面的事務，水務公司需要與公共部門頻繁互動。

探索數(shù)字水務的定義

有時候，這個廣義的“數(shù)字水務”概念看起來十分晦澀難懂，畢竟該定義涉及數(shù)字水務公司的組織結構、上游用戶和下游終端用戶以及整個數(shù)字水務生態(tài)圈，但在概念探索一事上，水務公司并非踽踽獨行，專業(yè)機構和行業(yè)機構也可以參與進來，水務 公司間還可以開展同行對話，屆時，廣義的“數(shù)字水務”概念將不再是一團亂麻，而是一張藏寶圖，一旦我們成功解讀，就有機會實現(xiàn)水務管理經濟的變革。

來源：本文來自IWA國際水協(xié)會，僅供分享交流不做商業(yè)用途，不代表凈水技術觀點，版權歸原作者與原作者出處

排版：西貝

校對：王佳