城市內澇已成為全球城市化進(jìn)程中不可忽視的"城市病"。近年來(lái)，受氣候變化影響，極端降雨事件頻發(fā)，加之城市快速擴張導致不透水面積增加，傳統排水系統不堪重負，內澇災害造成的經(jīng)濟損失和社會(huì )影響逐年加劇。據統計，中國超過(guò)60%的城市曾遭受不同程度的內澇影響，每年因內澇造成的直接經(jīng)濟損失高達數百億元。這一嚴峻形勢促使城市管理者重新思考內澇治理模式，從被動(dòng)應對轉向主動(dòng)預防，從工程治理轉向系統治理，從人工管理轉向智能管理。
數字化轉型已成為城市內澇治理的必然選擇。傳統排水系統普遍存在監測手段落后、預警能力不足、響應效率低下等問(wèn)題，難以滿(mǎn)足現代城市精細化管理的需求。而物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數據、GIS（地理信息系統）和數字孿生等新一代信息技術(shù)的融合應用，為破解這些難題提供了全新路徑。這些技術(shù)通過(guò)構建"感-傳-知-用"的完整閉環(huán)，實(shí)現了排水系統運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)感知、內澇風(fēng)險的精準預測和應急資源的智能調度，大幅提升了城市內澇防治能力。
智慧排水作為智慧城市建設的重要組成部分，其核心理念是通過(guò)數據驅動(dòng)和模型仿真，重構排水系統規劃、設計、運行和維護的全生命周期管理流程。這一理念已在全球范圍內得到廣泛認同和實(shí)踐。例如，新加坡的"智慧國"計劃中將水管理作為重點(diǎn)領(lǐng)域，通過(guò)部署大量傳感器和智能算法，實(shí)現了對全國排水網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)監控和預測性維護；荷蘭則利用數字孿生技術(shù)構建了全國性的洪水預警系統，有效降低了低洼地區的洪澇風(fēng)險。
在中國，智慧排水建設也進(jìn)入了快速發(fā)展期。住房城鄉建設部在《關(guān)于做好2024年城市排水防澇工作的通知》中明確提出："要結合城市基礎設施生命線(xiàn)工程建設，在排水設施關(guān)鍵節點(diǎn)、易澇積水點(diǎn)因地制宜布設必要的智能化感知終端設備，提升排水防澇智慧化水平"。這一政策導向推動(dòng)了各地智慧排水項目的落地實(shí)施，均取得了顯著(zhù)成效
核心技術(shù)賦能：構建智慧排水系統的技術(shù)基石 智慧排水系統的建設離不開(kāi)一系列前沿技術(shù)的支撐與融合。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為感知層的核心，大數據與云計算提供強大的數據處理能力，GIS技術(shù)實(shí)現空間信息的可視化表達，而數字孿生則將這些技術(shù)有機整合，構建起虛實(shí)交互的仿真環(huán)境。這些技術(shù)相互協(xié)同，共同構成了智慧排水系統的技術(shù)基石，為城市內澇治理提供了全新的方法論和工具集。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)：構建全域感知網(wǎng)絡(luò ) 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧排水系統中扮演著(zhù)"神經(jīng)末梢"的角色，通過(guò)部署各類(lèi)智能傳感器，實(shí)現對排水系統運行狀態(tài)的全面感知。在排水管網(wǎng)關(guān)鍵節點(diǎn)、易澇積水點(diǎn)、泵站閘門(mén)等位置布設的水位計、流量計、水質(zhì)傳感器等設備，能夠7×24小時(shí)不間斷采集水位、流量、水質(zhì)等關(guān)鍵參數。例如，銅山區水務(wù)局建設的數字孿生城區防洪指揮平臺就部署了418個(gè)視頻監控站點(diǎn)、158處自動(dòng)雨情監測站、108處自動(dòng)水位監測站和7處自動(dòng)水質(zhì)監測站，形成了覆蓋全區的感知網(wǎng)絡(luò )。這些實(shí)時(shí)監測數據為后續的分析決策提供了第一手資料。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用不僅限于靜態(tài)監測，還延伸至設備的遠程控制。通過(guò)將傳感器與執行器（如泵站、閘門(mén)）聯(lián)動(dòng)，系統可以根據預設規則或中央指令自動(dòng)調節排水設施的運行狀態(tài)。在城市排水防澇中應采用這種智能聯(lián)動(dòng)機制，在惡劣天氣情況下可以提前判斷內澇汛情的到來(lái)，聯(lián)動(dòng)現場(chǎng)排水設備進(jìn)行及時(shí)排水，避免和延緩城市內澇的發(fā)生。這種"感知-決策-執行"的閉環(huán)控制大大提升了排水系統的響應速度和運行效率。
在通信技術(shù)選擇上，智慧排水系統通常采用多種傳輸方式相結合的策略。對于固定監測點(diǎn)，可采用有線(xiàn)或4G/5G無(wú)線(xiàn)通信；對于偏遠或地下設施，則更適合NB-IoT、LoRa等低功耗廣域網(wǎng)絡(luò )(LPWAN)技術(shù)。計訊物聯(lián)的智能遙測終端就支持多種通信協(xié)議，能夠適應不同場(chǎng)景下的數據傳輸需求。這種靈活的通信架構確保了監測數據能夠穩定、可靠地傳輸至云端處理中心，為后續分析提供數據保障。
大數據與云計算：驅動(dòng)智能分析與決策 海量監測數據的匯聚催生了大數據技術(shù)在智慧排水領(lǐng)域的廣泛應用。傳統排水管理面臨的最大挑戰之一就是數據孤島問(wèn)題——各部門(mén)、各系統間的數據難以互通共享，導致決策依據不足。而云計算平臺通過(guò)提供統一的存儲和計算資源，打破了這一壁壘，使得氣象數據、水文數據、管網(wǎng)數據、地形數據等多源信息能夠在一個(gè)平臺上整合分析。
大數據分析的核心價(jià)值在于從海量數據中提取有價(jià)值的信息和規律性認識。通過(guò)對歷史內澇事件的數據挖掘，系統可以識別出易澇區域的特征模式，建立風(fēng)險預測模型；通過(guò)實(shí)時(shí)監測數據的流處理，可以及時(shí)發(fā)現管網(wǎng)異?；蚍e水風(fēng)險，觸發(fā)預警機制。例如，合肥經(jīng)開(kāi)區智慧排水綜合管理平臺就通過(guò)大數據分析技術(shù)，實(shí)現了對排水戶(hù)、管網(wǎng)、區界斷面、廠(chǎng)站等全環(huán)節的實(shí)時(shí)運行監測，能夠分析判定異常出流、過(guò)流、運行能力、產(chǎn)流情況，形成"監測預警-問(wèn)題處置-結果反饋"的高效閉環(huán)。
云計算為這些復雜的分析任務(wù)提供了必要的算力支持。通過(guò)分布式計算框架，系統能夠并行處理大規模數據集，縮短分析周期；通過(guò)彈性資源分配，可以根據業(yè)務(wù)負載動(dòng)態(tài)調整計算資源，提高資源利用率；通過(guò)微服務(wù)架構，可以靈活擴展新的分析功能，滿(mǎn)足不斷變化的業(yè)務(wù)需求。寧波高新區智慧排水數字孿生系統就采用了云計算技術(shù)，形成了"一張網(wǎng)、一張圖、內澇管理、污染溯源、問(wèn)題閉環(huán)、養護管理"等多個(gè)應用場(chǎng)景，實(shí)現了排水的智慧化、精細化管理。
GIS與數字孿生：實(shí)現可視化與仿真模擬 地理信息系統(GIS)為智慧排水提供了空間維度的表達和分析能力。通過(guò)將排水管網(wǎng)、地形地貌、建筑分布等要素進(jìn)行數字化表達和空間關(guān)聯(lián)，GIS技術(shù)幫助管理者直觀(guān)理解排水系統的空間結構和運行狀態(tài)。在合肥經(jīng)開(kāi)區智慧排水綜合管理平臺中，GIS被用于構建排水管網(wǎng)資產(chǎn)數字化管理系統，形成了覆蓋121公里雨污水管網(wǎng)和主要道路的基礎信息電子地圖，一旦管網(wǎng)、道路出現問(wèn)題便可以按"圖"索"跡"。
數字孿生技術(shù)將GIS的可視化能力提升到了新的高度。數字孿生是指通過(guò)數字化手段構建物理實(shí)體的虛擬映射，并實(shí)現兩者間的雙向交互。在排水領(lǐng)域，數字孿生系統不僅能夠呈現排水設施的靜態(tài)結構，還能模擬水流的動(dòng)態(tài)行為，預測不同情景下的系統響應。錦州市數字孿生可視化防汛系統就整合了防汛相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)監測數據、風(fēng)險隱患點(diǎn)位數據、水利設施數據以及應急處置數據，開(kāi)展全市雨情、水情、汛情的大數據研判分析，實(shí)現了防汛指揮調度"一屏統管"。
數字孿生的核心價(jià)值在于其仿真預測能力。通過(guò)耦合水動(dòng)力學(xué)模型、產(chǎn)匯流模型等專(zhuān)業(yè)算法，數字孿生系統可以在虛擬環(huán)境中模擬降雨-徑流-排水全過(guò)程，預演內澇發(fā)生發(fā)展過(guò)程，評估不同調度方案的減災效果。城市洪澇預測模型是基于氣象數據、地形數據、水文數據等多種數據源，緊密耦合城市代表性單元產(chǎn)流模塊、2D水動(dòng)力匯流模塊、1D水動(dòng)力匯流模塊，實(shí)現了城市內澇的精準預測。這種"先模擬、后決策"的工作模式大大降低了實(shí)際調度中的試錯成本。
數字孿生還支持多方案對比分析，為決策者提供科學(xué)依據。銅山區數字孿生城區防洪指揮平臺能夠模擬即將發(fā)生的內澇積水風(fēng)險分布和程度，聯(lián)動(dòng)防汛應急車(chē)輛與防汛排澇泵站的調度指令，模擬人工干預后的內澇積水風(fēng)險，通過(guò)多方案對比分析形成優(yōu)化的預案進(jìn)行調度。這種基于仿真的決策支持顯著(zhù)提高了防汛調度的科學(xué)性和精準性。
數智技術(shù)在內澇治理中的具體應用 數智技術(shù)賦能內澇治理，不僅體現在技術(shù)層面的創(chuàng )新，更體現在應用場(chǎng)景的落地。以下從幾個(gè)具體方面探討數智技術(shù)在內澇治理中的應用。
智能感知與實(shí)時(shí)監測 通過(guò)在城市排水系統中部署各類(lèi)傳感器和監控設備，可以實(shí)現對水位、流量、管網(wǎng)壓力等關(guān)鍵指標的實(shí)時(shí)監測。這些數據通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺上傳至云端，為后續的分析和決策提供數據支撐。
智能預測與風(fēng)險預警 基于大數據分析和人工智能算法，可以建立內澇風(fēng)險預測模型。通過(guò)分析歷史降雨數據、管網(wǎng)運行數據、氣象預報等信息，能夠提前預測內澇發(fā)生的風(fēng)險，為應急響應爭取寶貴時(shí)間。
智能調度與優(yōu)化控制 通過(guò)智慧排水大腦，可以實(shí)現對排水設施的智能調度。例如，在強降雨期間，系統可以根據實(shí)時(shí)水位數據，自動(dòng)調整泵站運行模式，優(yōu)化調蓄池的使用，確保排水系統的高效運行。
應急指揮與協(xié)同聯(lián)動(dòng) 在內澇發(fā)生時(shí)，通過(guò)可視化管理平臺，可以實(shí)現多部門(mén)的協(xié)同聯(lián)動(dòng)。例如，水務(wù)部門(mén)可以實(shí)時(shí)查看積水情況，城管部門(mén)可以快速調配搶險資源，交警部門(mén)可以及時(shí)發(fā)布交通管制信息，共同應對內澇挑戰。
設施維護與壽命預測 通過(guò)對管網(wǎng)、泵站等設施的運行數據進(jìn)行分析，可以實(shí)現設施狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測和壽命預測。例如，通過(guò)分析管網(wǎng)壓力數據，可以發(fā)現潛在的破損風(fēng)險，提前進(jìn)行維修，避免因設施故障導致內澇問(wèn)題。
典型案例與實(shí)踐經(jīng)驗 在城市內澇治理的實(shí)踐中，數智技術(shù)的應用已經(jīng)取得了一系列成果。通過(guò)典型案例的分析，可以更清晰地看到數智技術(shù)如何賦能內澇治理，以及這些技術(shù)如何在實(shí)際場(chǎng)景中落地生效。以下以深圳市和雄安新區為例，詳細闡述數智技術(shù)在內澇治理中的具體實(shí)踐與成效。
1 深圳市智慧排水建設實(shí)踐 深圳市作為我國改革開(kāi)放的前沿城市，城市化進(jìn)程快速推進(jìn)，但由于地形特點(diǎn)和排水系統建設滯后，內澇問(wèn)題一度較為嚴重。近年來(lái)，深圳市通過(guò)引入數智技術(shù)，構建智慧排水系統，有效提升了城市內澇治理能力。
排水管網(wǎng)的數字化管理 深圳市首先對城市排水管網(wǎng)進(jìn)行了全面普查和數字化建模。通過(guò)GIS技術(shù)，將全市排水管網(wǎng)、泵站、調蓄池等設施的位置、屬性信息進(jìn)行了數字化處理，建立了完整的排水管網(wǎng)數據庫。這不僅為后續的智能化管理提供了基礎，也為內澇風(fēng)險評估和應急響應提供了數據支撐。
智能感知與實(shí)時(shí)監測 在排水系統的關(guān)鍵節點(diǎn)，深圳市部署了大量智能傳感器和監控設備。例如，在易澇點(diǎn)設置了水位監測傳感器，在管網(wǎng)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝了流量、壓力監測設備，在泵站配備了運行狀態(tài)監測設備。這些設備通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將實(shí)時(shí)數據傳輸至智慧排水管理平臺，實(shí)現了對排水系統的全面感知。
智慧排水大腦的構建 深圳市通過(guò)云計算和大數據技術(shù)，構建了智慧排水大腦。該平臺整合了氣象、水務(wù)、城管等多部門(mén)的數據，能夠對降雨、管網(wǎng)運行、泵站狀態(tài)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析?；谌斯ぶ悄芩惴?，智慧排水大腦可以預測內澇風(fēng)險，優(yōu)化排水設施的運行方案。例如，在強降雨來(lái)臨前，系統可以自動(dòng)調整泵站運行模式，提前啟動(dòng)調蓄池，以應對可能的積水問(wèn)題。
內澇風(fēng)險預警與應急響應 深圳市建立了內澇風(fēng)險預警系統，通過(guò)分析歷史降雨數據、管網(wǎng)運行數據和實(shí)時(shí)氣象信息，能夠提前預測內澇發(fā)生的風(fēng)險。在內澇發(fā)生時(shí)，系統可以快速生成應急響應方案，指導相關(guān)部門(mén)進(jìn)行搶險救援。例如，在2022年的一次強降雨過(guò)程中，智慧排水系統提前預測到某區域的內澇風(fēng)險，并及時(shí)通知相關(guān)部門(mén)進(jìn)行排水設施的調度和搶險資源的配置，最終將內澇影響降至最低。
設施維護與壽命預測 深圳市通過(guò)分析管網(wǎng)運行數據，建立了設施維護與壽命預測模型。例如，通過(guò)分析管網(wǎng)壓力數據，可以發(fā)現潛在的破損風(fēng)險；通過(guò)分析泵站運行數據，可以預測設備的使用壽命。這些預測結果為設施的維護和更新提供了科學(xué)依據，有效延長(cháng)了設施的使用壽命，降低了維護成本。
2 雄安新區數字孿生城市實(shí)踐 雄安新區作為我國智慧城市建設和數字孿生技術(shù)應用的典范，將數智技術(shù)深度融入城市規劃、建設和運營(yíng)的全過(guò)程，特別是在內澇治理方面取得了顯著(zhù)成效。
數字孿生城市的構建 雄安新區在規劃階段就引入了數字孿生技術(shù)，建立了城市級的數字孿生模型。該模型涵蓋了城市排水系統、道路交通、綠地系統等多個(gè)方面，能夠實(shí)現對城市運行狀態(tài)的全面模擬和預測。在內澇治理方面，數字孿生技術(shù)被用于模擬不同降雨情景下的積水情況，評估排水系統的設計方案。
排水系統的設計優(yōu)化 在數字孿生模型的支持下，雄安新區對排水系統進(jìn)行了科學(xué)設計。例如，通過(guò)模擬不同降雨強度下的積水情況，優(yōu)化了管網(wǎng)布局和泵站選址；通過(guò)分析綠地系統的排水能力，設計了海綿城市系統。這些優(yōu)化設計顯著(zhù)提升了排水系統的運行效率，降低了內澇發(fā)生的風(fēng)險。
智能化排水設施的建設 雄安新區在排水設施建設中引入了智能化設備。例如，泵站配備了智能控制系統，可以根據實(shí)時(shí)水位數據自動(dòng)調整運行模式；調蓄池安裝了智能監測設備，能夠實(shí)時(shí)監測水位和水質(zhì)信息。這些智能化設施通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現了與數字孿生模型的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，為內澇治理提供了有力支撐。
內澇風(fēng)險的動(dòng)態(tài)評估與應對 在數字孿生模型的支持下，雄安新區能夠實(shí)現內澇風(fēng)險的動(dòng)態(tài)評估。通過(guò)分析實(shí)時(shí)降雨數據、管網(wǎng)運行數據和綠地系統排水數據，可以快速評估內澇風(fēng)險，并生成應對方案。例如，在某次強降雨過(guò)程中，數字孿生模型預測到某區域的內澇風(fēng)險，并建議提前啟動(dòng)泵站和調蓄池，最終成功避免了內澇的發(fā)生。
多部門(mén)協(xié)同聯(lián)動(dòng)的應急機制 雄安新區通過(guò)數字孿生技術(shù)，實(shí)現了多部門(mén)的協(xié)同聯(lián)動(dòng)。在內澇發(fā)生時(shí)，水務(wù)部門(mén)可以實(shí)時(shí)查看積水情況，城管部門(mén)可以快速調配搶險資源，交警部門(mén)可以及時(shí)發(fā)布交通管制信息。這種協(xié)同聯(lián)動(dòng)機制顯著(zhù)提升了應急響應能力，為內澇治理提供了有力保障。
實(shí)踐經(jīng)驗總結 通過(guò)深圳市和雄安新區的實(shí)踐案例可以看出，數智技術(shù)在內澇治理中的應用具有顯著(zhù)優(yōu)勢。具體表現為以下幾個(gè)方面：
提升內澇治理的精準性 通過(guò)數字化、智能化手段，能夠實(shí)現對內澇風(fēng)險的精準預測和應對，避免了傳統模式下的粗放式管理。
優(yōu)化排水系統的運行效率 數智技術(shù)的應用，能夠實(shí)現排水設施的智能調度和優(yōu)化控制，顯著(zhù)提升了排水系統的運行效率。
增強應急響應能力 通過(guò)構建智慧化、可視化管理平臺，能夠實(shí)現多部門(mén)的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，提升內澇應急響應能力。
推動(dòng)城市治理的現代化 數智技術(shù)的應用，不僅提升了內澇治理能力，也推動(dòng)了城市治理的現代化，為建設韌性城市、智慧城市提供了有力支撐。
數智技術(shù)的不斷進(jìn)步和應用場(chǎng)景的不斷拓展，內澇治理將朝著(zhù)更加智能化、精細化的方向發(fā)展。
未來(lái)展望與發(fā)展趨勢 數智技術(shù)賦能內澇治理，是城市治理現代化的重要方向。未來(lái)，隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應用場(chǎng)景的不斷拓展，內澇治理將朝著(zhù)更加智能化、精細化的方向發(fā)展。
技術(shù)融合與創(chuàng )新 隨著(zhù)5G、人工智能、區塊鏈等新技術(shù)的不斷涌現，數智技術(shù)的應用將更加廣泛和深入。例如，5G技術(shù)的高速傳輸能力，可以實(shí)現更大規模的物聯(lián)網(wǎng)設備接入；人工智能技術(shù)的深度學(xué)習能力，可以提升預測模型的準確性；區塊鏈技術(shù)的可信特性，可以保障數據的安全性和隱私性。
治理體系的優(yōu)化與創(chuàng )新 數智技術(shù)的應用，不僅能夠提升技術(shù)層面的治理能力，更能推動(dòng)治理體系的優(yōu)化與創(chuàng )新。例如，通過(guò)構建跨部門(mén)的數據共享平臺，可以實(shí)現信息的高效流轉和協(xié)同聯(lián)動(dòng)；通過(guò)建立市場(chǎng)化運作機制，可以引入社會(huì )資本參與排水設施的建設和運營(yíng)。
公眾參與與社會(huì )共治 數智技術(shù)的應用，也為公眾參與內澇治理提供了新的途徑。例如，通過(guò)開(kāi)發(fā)城市內澇預警APP，可以向公眾實(shí)時(shí)發(fā)布積水信息，引導市民合理避險；通過(guò)建立公眾參與平臺，可以收集市民對內澇治理的意見(jiàn)和建議，形成社會(huì )共治的良好局面。
結語(yǔ) 總之，數智賦能內澇治理，不僅是技術(shù)層面的創(chuàng )新，更是治理模式的變革。通過(guò)構建智慧排水新生態(tài)，可以實(shí)現城市排水系統的整體效能提升，為城市內澇治理開(kāi)辟全新路徑。未來(lái)，隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和應用場(chǎng)景的不斷拓展，數智技術(shù)將在內澇治理中發(fā)揮更加重要的作用，為建設韌性城市、智慧城市提供有力支撐。
來(lái)源：城鄉建設信息化網(wǎng)
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