水资源管理的集成运营 智慧城市 思想领导力白皮书

水资源管理的集成运营  智慧城市 思想领导力白皮书
智慧城市
思想领导力白皮书
水资源管理的集成运营
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水资源管理的集成运营
目录
2 水务系统面临的挑战
4
资源的智能化管理
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启用更加智能化的系统
水务系统面临的挑战
今天,33 亿人口生活在城市里,预计到 2050 年这一数量将
1
翻番。 很多城市缺乏资源,难以满足人口迅速增长和公众
服务的要求。如图 1 所示,全球水务系统面临着几大连锁性
5 展望未来
的挑战:
6 更加智能化的水务管理

7 为什么选择 IBM?

水几乎影响着人类生活的每一个方面。一切的一切,从健康

到营养,从商务到商业,从能源到运输都依赖水。但当今,
世界上的水系统面临严重的问题,包括水的质量的下降,以

及基础设施的老化与不足。气候变化和更频繁的极端的干湿
两季的天气加剧了与水相关的问题。 如果不开展更加智能化
的水务管理,全球水系统将无法满足全球人类活动和商业的
需要。在过去,水务管理者通常以孤立的方式处理水管理方
面的问题,侧重于传统的物理基础设施的解决方案和单点的
技术解决方案。
因而,水务行业面临着应用程序和数据未经集成的问题。
但是,有关水的问题不可能由一个单一的机构来解决;
问题的解决需要许多利益相关者之间的协作。为了帮助管
理者在今后作出更好的决策,城市和水务行业的专业人士
需要共同合作来制定更加智能化的水战略。 许多现有的
数据流、模型、和单一用途的解决方案必须无缝集成到水
资源信息和分析网络当中。IBM 能够提供良好的技术基础,
以促进信息的跨组织流动,并建立共享和全面的水资源愿
景。 通过提高建模技术并调动利益相关者的参与(如,
水资源管理团体与关键干系人),各城市和各地区可以做
出更好的决策来优化实现水质管理目标的方式,更好地造
福于社会大众。

世界范围内水资源不断减少,而需求却日益增加。 为了解决
需求和供应之间的差距,必须改善水资源的管理方式。
水务的基础设施存在不足和老化的问题。降低维护成本和提
高水网的可靠性需要更好的资产管理。
气候变化导致更频繁、更极端的天气 — — 干旱或洪涝。问
题的关键是要能够分析数据,以帮助预测灾害在何时、何地、
以何种方式发生,以降低成本并提高备灾抗灾能力。
在全球范围内水质进一步恶化。 为了改善并维护水质,必须
对污染进行检测和控制。
缺乏行业熟练工人。有必要提高水行业对年轻技术工人的吸
引力,借此留住相关人才。
智慧城市 3
水资源的压力
全球水资源日益减少,而需求则
不断增加。
劳动力
基础设施
缺乏必要行业技能
的工作人员。
预计到 2030 年,世界人口将增长到 82 亿,生活在受到严重水资
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源压力影响地区的人数预计将超过 39 亿。 "水资源压力"源于水
的需求量超过可用水量。当今世界,水资源压力是一个全球性的
问题,影响到所有地区(见图 2)。水资源压力还进一步对水的数
3
量和质量产生负面影响。 随着生活在严重缺水地区的人口的增加,
水资源压力将变得更为普遍。
基础设施的不足与
老化。
水资源的压力和基础设施的不足几乎影响城市的经济发展蓝图的
每个维度。当今,城市必须通过创新,从其有限的资源中获得更
多的途径。城市逐步扩大规模,但是,他们增长所依赖的资源是
水质
全球水质日益恶
化。
洪涝
有限的。展望未来,可持续发展将是根本问题,特别是在世界一
洪涝的频度与强度
都在增加。
些地区,在那里达 50%的城市供水由于基础设施的原因而被白白
浪费。
4
来源:经济分析中心,商业价值研
究院。
图 1. 全球水务系统的一连串挑战所带来的关键问题。
单位:十亿/人口
无
低
中
高
世界范围
经合组织(34 国)
Figure 2. P pulations living in areas of water stress 2005 and 2030
巴西,俄罗斯,印度,中国
世界其它国家
注: 水资源的压力是基于年度水可用性的减少比例。使用以下阈值: < 10%=低; 10-20%=一般,20-40%=中等,> 40%=严重。
资料来源: 经合组织, 2030 年经合组织的环境展望。 2007 年。
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水资源管理的集成运营
水质恶化对世界各地产生了不利的影响。 5 用水量也在不
断上升。在 1900 年至 1995 年 6 期间,用水量的增长是人
口增长速度的两倍,预计在 2000 年到 2050 年 7 之间将增
加 55%。
为了解决并避免水管理问题,各国政府和当地水务局意识到了
传统的物理基础设施和孤立的技术解决方案所带来的问题。 这
些组织与单位中的管理人员必须与许多不同的供应商、监管机
构、工业部门、和研究组织协作。 如果不这样做,水务管理必
定被局限在一小搓唯利是图而又排外的供应商那里。
更令人震惊的是改造现代化基础设施以满足不断增长的水需
求所需的投资。 据 Booz Allen Hamilton 的一份报告估计,从
由于各地的水务管理需要许多利益相关者之间的协作,不能依
2005 年-2030 年期间,改造和扩大现代化的城市基础设施将
靠某个组织来单独解决水管理的问题。 这些问题是复杂和多
需要大约 41 万亿美元。 其中,22.6 万亿美元将投入到水基
样的,包括:
础设施的改造中。
8

由于经济原因所限,已降低了在水库、堤防、隧道、和
水坝所必须的预算和投资。
资源的智能化管理
无论是在人口迅速增长的新兴城市或发达城市,城市领导
人必须面对严酷的水资源匮乏和需求之间的现实问题。 领
导人必须做出水管理有关的决定,不仅帮助城市能够持续
运转下去,还要推动创新、经济发展、社区参与、和整体
的可持续发展。
尽管这些问题具有极大的多样性,但是水资源管理方面的挑
战都有一个共同的问题: 跨系统的统一协调决策是成功的关
键。 水资源管理包括风暴雨管理、防洪抗洪、含水层补给、
循环用水、流域水质管理、以及能源生产 (包括水电)、 农
业灌溉、和民用与工业用水之间的平衡。 这些各自独立的系
统都很复杂,同样的复杂性和相互依存性需要我们用创新的
思维。 最近城市领导和水务管理者开始不再以各自为政的方
式处理水务管理及相关的解决方案。
.

单一的战略无法统括所有的信息,也无法为整个水系统
建立运营的愿景。 航运、 防洪风险、 干旱、 水质、和
应急响应一般都是作为各自独立的领域来处理的。

众多互不兼容的分散资产缺乏一致性,属于完全不同实
体所属的供应商,并通过各自的应用程序从远程来进行
管理。

众多专有解决方案和应用程序被拼凑到一起用于管理水
务的各个过程。

物理资产(如水泵和传感器系统)和数据信息系统没有
得到很好的保护,并可能导致安全问题。
启用更加智能化的系统
水资源管理正迅速成为一个大数据的问题,而不仅仅是水务问题。
新的解决方案不仅将涉及到更具体的物理基础设施, 同时也需要更
加集成化的互联的水管理决策支持系统。 为了使城市和地区变得
更加敏捷、高效、并具有应急能力,数据必须在各部门、各机构、
各合作伙伴、及公民之间交换。 当前分散式的技术条件阻碍了城
市和地区进一步提高效率和效能。 在许多情况下,存在可能触发
新的见解或创新的数据,但这类数据难以找到,或难以访问、或压
根极不可靠。水行业需要强大的全面平台,以促进综合性的业务,
推动协作研究与知识转让、并提供先进的建模能力和预测分析。
智慧城市
水资源管理者和他们的金融伙伴需要意识到水管理的成本,
并制定降低这些成本的战略。 需要开发新的机构间协作的平
案例:数字三角洲
台,以使水科学研究、检测、管理、和预测等领域的机构和
组织能够共享水资源信息、产品、和服务。 通过开发共同的
运营环境,各机构可以提高系统、数据、和信息的互动,并
提高运营与规划的灵活性。
展望未来
为了管理水务运营及其基础设施,并推动各项工作的优化、
效率、与养护,各干系人需要利用大量的数据。 获得正确的
见解,并识别正确的模式,这有利于防止出现问题,提高备
灾和响应能力,并促进可持续发展。为了推动相关工作,干
系人需要:



整合不同的数据源来提高态势感知能力。
通过协作和预测的洞察力来加强决策能力。
通过自定义的基于规则的报警,及时通知相关当局。
荷兰水务当局需要整合庞大和完全不同的数据集,以保护
公民和企业免受洪水和干旱的侵扰、确保水质,并保证荷
兰的水路航运。 国家水资源管理局(称为 Rijkswaterstaat)
发起了"数字三角洲"的项目,对各种数据源和应用程序的
数据进行实验性的集成。 他们调动了不同的利益相关者
来优化国家、区域、和城市的水务管理的所有方面。 通
过整合从传感器、 预测模型,应用程序、和历史来源的
数据,并借助于分析和可视化工具, 运营商可用实时的
方式预见各类问题。 此外,专家组还可以提高整个系统
的效率和响应能力。由于项目的成功实施,水管理的成本
降低了 15%。
所以,不同部门(比如,水务管理、 资产管理、 IT、
和财务)之间的合作是非常关键的,参与的各部门都
专注于改进水务管理的方式,并理解影响整个系统的
因素。 需要落实到位的系统将提供:

先进的数据管理和可视化功能。

具有自定义功能的关键性能指标(KPI)的协作工
具和报告工具。

运营和设备监控。

基于传感器的检测和数据集合。
5
6 水资源管理的集成运营
任何新的平台还必须包括工作流程和先进的水务与天气建模
水资源管理的 IT 环境是错综复杂的,并且,在许多情况下,
和仿真工具,以便水务当局能够作出明智的决定。 经过准确
已存在一些解决方案。 新的平台必须与现有系统集成,并
的建模,能够最大限度地提高准备程度,以便当局在日常运
使它们更有效、更快速、更经济地提供解决方案。
营和紧急情况期间能够最有效地分配有限的资源。 建模工具
和仿真工具可以帮助我们发现优化水基础设施资产的方式,
例如,闸门和水泵,这可以大大提高运营效率,并降低风险。
借助于仿真工具,当局也可以预测紧急事件。他们可以评估
案例: 爱尔兰的海洋学院。
并优化应急响应工作,例如,通过运行一系列方案、计算疏
散路线和潜在的损害程度,进行应急计划的演习和完善,来
在爱尔兰,某海事研究所想要更好地利用他们的海洋数据与
改善对洪水和干旱等事件的响应方式。
沿海研究数据。以前,他们从当地河口湾的六个浮标收集此
数据,存储在本地数据库中。 数据的收集、趋势分析、和
实施全新的水务管理系统可以为城市和区域的领导人
结论的推导是及其复杂的。在信息被收集之后,分别报送给
及其公民带来极大的益处。 城市和区域的领导人将获
多个站点,这给外界查看这些数据带来很多困难。 海洋研
得以下好处:
究所在河湾内部署了一套新的传感器平台,用于收集和发送
有关环境条件、污染水平、和海洋生物的实时信息。 新的
 改进整个系统的可见性和危机管理能力。
水资源管理解决方案基于一个开放的架构,并将传感器数据
 减少水的使用与管理成本。
与其他来源的数据(例如,地理信息系统)进行集成。 现
在研究人员、港监局、和其他用户可以通过这些自定义的门
 减少水质事件,并在相关事件发生时,更快地执
户(可支持趋势分析和建模)来访问编译的数据。他们还可
行缓解措施。
以设置警报,在某些条件(如出现洪水或污染量超标时)出
 提高防洪能力。
现时,及时收到通知。 现在,产出的信息被用来支持各项
 延长现有基础设施的使用寿命。
活动,例如气候变化的研究和商业捕鱼活动。
公民将受益于:





.
更稳定的水供应。
实时的使用信息与泄漏警报。
更快更积极更稳定的服务。
减少由于水质差所引起的健康风险。
增加透明度和参与度。
更加智能化的水务管理
IBM 的水资源管理的解决方案可以实现集成化的运作,并促
进跨部门与跨组织的信息联动。通过分析技术、可视化工具、
与报告工具,IBM 能够实现统一的水务运营, 更好地平衡水
的供应与需求,管理水的质量,提高防洪能力,维护关键的基
础设施资产,并推动多方协作。 与 IBM 合作有助于您提高以
下方面的能力:
智慧城市



7
为什么选择 IBM?
在众多利益相关者之间实现跨系统的无缝数据交换,
各地的城市都在进行着改造。 这些城市在重新构建基本系统、
从而提高了水资源数据的交付,以帮助规划者作出
基础设施、和服务交付,以促进增长、可持续发展、并提高
更明智的决策。
生活质量。城市正在更好地整合跨职能的工作、利用新的洞
整合众多现有的单独的解决方案,通过启用协作工
察力、 创造整个系统的效率和合作,以新的方式把挑战变成
具和促进信息流动的工作流程,可实现系统的互联
机遇,同时建立明显而又差异化的特征,以吸引新的公民和
互动,有助于新的应用程序的开发和整个系统的部
企业。随着全球水的需求量的增加和水质的日益恶化,水问
署工作。
题成为公众最为关切的问题之一。 各国政府需要利用有限的
通过使用共同的运营环境,实现水系统的有效监测
资源来解决这些挑战。 智慧的水资源综合管理方案要求智能
和分析。
化的系统,以便系统性地处理水资源危机、基础设施问题、
自然灾害的影响、及其他问题。
案例: 班加罗尔供水与排水委员会
IBM 结合了世界一流的商业、工业、和技术专长,能够提供
集成式的解决方案,帮助有远见的领导人实现他们的目标。
随着班加罗尔这座城市的不断发展,在快速的城市化进程中,
班加罗尔供水与污水委员会(BWSSB)难以向所有公民提供稳
定的供水。 该机构替换了过时的基础设施资产(例如,管道、
水泵电机、和水处理设备),但仍旧缺乏管网的度量工具和
实时的系统可见性。 IBM 与 BWSSB 一起合作,创建了业务仪
表板,该仪表板作为一个"指挥中心",可监测、管控、并管
理城市的供水网络。通过利用大数据和预测分析技术,BWSSB
能够更好地管理他们的复杂管网系统。 BWSSB 的工程师现在
可以修改控制阀门的设置,并获得实时的供水情况变化的反
馈。
凭借成千上万的客户项目的经验积累和城市运营方面的印证
实力,只有 IBM 才能满足当今挑战所需的要求。
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关于作者
Michael E. Sullivan 先生是 IBM 智慧城市的水务管理领
袖。
Nitin Kapoor 先生是 IBM 水务管理的产品经理。
© 2014 年 IBM Corporation 版权所有
IBM Corporation
Route 100
Somers, NY 10589
2014 年 5 月
于美国印制
IBM、IBM 标识与 ibm.com 均系国际商业机器公司在美国、其他国家/地
区或同时持有的(注册)商标。 此外其他产品、公司或服务名称可能属
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括适销性、针对特定用途的适用性、或不构成侵权等情
况)。IBM 通过相关合同条款对其提供的产品作出保证。
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The World Bank. http://web.worldbank.org/WBSITE/EXTERNAL/
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piPK:329829~theSitePK:29708,00.html
2
“OECD Environmental Outlook to 2030.” OECD. 2008. http://www.oecd.
org/environment/indicators-modelling-outlooks/40200582.pdf
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European Environment Agency, http://www.eea.europa.eu/themes/water/
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4
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“Water Outlook to 2050: The OECD calls for early and
strategic action.” The Global Water Forum. May 21, 2012.
theme_a/interact/www.worldgame.org/wwwproject/what04.shtml
http://www.globalwaterforum.org/2012/05/21/water-outlook-to2050-the-oecd-calls-for-early-and-strategic-action/
8
Strategy + Business magazine (Spring 2007) by Booz Allen Hamilton, Inc.
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