2015年4月, 厦门市成为国家第一批海绵城市建设试点, 2016年1月, 厦门市出台《厦门市海绵城市建设管理暂行办法》^[1], 明确全市新建、改建、扩建的建设项目均应按照海绵城市理念进行建设。工作中我们发现海绵城市建设存在项目繁多, 不能统一有效的把控管理;对现行采用的海绵城市技术措施和实际建成效果无法有效评定;缺乏一个综合的管理平台实现内涝风险预报以及综合运行调度等问题。因此, 为科学、有效地指导厦门市海绵城市建设, 厦门市于2016年开展相关建设工作, 力求建立高效、规范、科学的海绵城市管控平台, 助力试点工作, 提高城市管理水平。这是对国家海绵城市试点要“采取有效措施加强能力建设”并“建立有效的暴雨内涝监测预警体系”要求的积极响应, 也是对智慧水务和数字城市建设的一次探索。

　　 厦门市海绵城市管控平台的建设起步晚, 但推进快;功能需求考虑较为完善, 涵盖了运行监督、考核评估、建设管控和风险预警等方面;建设过程中克服了监测设备适用性、数据采集准确性和数据传输稳定性等问题;在线监测点位采用按需布点、轮动布置的方式, 提高了设备的使用率, 节约了管控平台的建设投资。2018年该管控平台项目被住建部列入为研究开发类科学技术项目, 该平台自运行以来在辅助决策、辅助审批和辅助管理方面发挥了重大作用。厦门市海绵城市管控平台建设重要节点见图1。

　　 厦门市海绵城市管控平台的建设以“全域管网数据化、项目管控精准化、工程审批协同化、实施监督动态化”为目标。平台由“一套标准、一个数据库、一张蓝图、一张管理网”等核心内容组成, 重点涵盖4大功能需求。

　　 通过对源头设施-建设项目-排水分区3个层级进行降雨、径流的监测, 为数字化管控平台的建立提供可靠的动态监测数据;通过在管网关键节点及入河口前端安装水量和水质监测设备, 对雨污混接、污水溢流、夜间偷排和城市面源污染控制进行监管。为提高规划设计的客观准确性、排水管网日常管理以及重大工程决策等方面提供数据支撑, 实现在排水管网管理工作中“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”的要求。

　　 借助厦门市海绵城市信息化管控平台, 获取必要的过程监测数据, 支撑海绵建设评估, 推动科学研究和工程实践的结合, 从而为今后的建设提供参考。

　　 平台以《海绵城市建设绩效评价与考核办法 (试行) 》^[2]中的考核指标为核心构建海绵城市效果评价系统。主要以排口、管道流量、液位数据, 河道断面水质, 雨水收集利用量等一系列数据为支撑, 以监测、人工填报、系统记录相集合的方式, 识别排水防涝设施的运行规律, 定量化评估海绵城市、黑臭水体、排水防涝等相关工程的实施效果。绩效评价与考核指标分为水生态、水环境、水资源、水安全、制度建设及执行情况、显示度等6个方面, 对海绵建设的关键性指标, 如年径流总量控制率、城市面源污染均应以翔实的监测数据为基础进行定量化考核。

　　 借助管控平台对厦门市海绵城市建设过程实行统一化、标准化的全生命周期管理。厦门市海绵城市信息化管控平台可作为海绵城市建设运营的基础支撑, 记录规划设计-施工建设-运营管理的全过程信息, 自下而上动态统计分析项目量, 动态计算总体控制指标达标情况。实现规划目标由上而下的分解到项目实施情况由下而上的反馈, 从而探索海绵城市建设的长效管控机制, 科学有序地推进厦门海绵城市建设, 为厦门城市建设的长远发展提供良好的支撑。

　　 建立城市内涝预警系统, 监测排水系统的长期运行规律, 定量化分析城市积水风险, 科学评估内涝风险及应对措施。通过搭建城市排水模型, 结合降雨预报和实时监测, 在雨天对积水和内涝风险进行动态的预警和报警, 大幅提高城市应对排水内涝事件的信息化管理能力。

　　 厦门市海绵城市管控平台的总体建设框架分为基础层、数据层、支撑层和应用层4个部分, 系统总体架构如图2所示。

　　 基础层作为厦门市海绵城市信息化管控平台正常运行的基本保障, 主要包括数据服务器、应用服务器、在线监测设备、网络设备。通过在线监测网络的建设, 可实现雨量、液位、流量、DO/SS等数据的现场实时采集与传输, 测点布局根据数据需求分为长期和短期两类。对主要水体同时辅以人工水质监测, 指标涵盖pH、氧化还原电位、透明度、溶解氧、COD、SS、氨氮、总磷、总氮等, 在线监测设备安装如图3所示。

　　 数据层承载了所有海绵城市建设项目的在线监测数据、图形与地图数据、运行管理数据、统计数据。主要包括管道排口的流量和液位数据、河道断面水质数据、历史积水点数据、雨水收集利用数据、地下水位数据以及气象数据等。管控平台对项目建设所需的各类数据进行统一的存储和管理, 以应对各类数据需求和系统需求。

　　 支撑层为平台系统的运行提供支撑, 主要包括GIS系统、排水模型系统、用户权限系统等。GIS系统可对具备空间信息的复杂数据进行管理和效果展示。排水模型系统可对海绵城市的建设效果进行评估, 通过在线监测数据的率定不断提高模型的准确度, 还可通过模型结合气象预报对内涝风险进行预警预报。用户权限系统实现对软件系统整体运行环境、初始化配置、角色权限等的统一管理, 维护系统的安全性和稳定性。

　　 根据厦门市海绵城市建设的工作需求, 信息化管控平台的应用系统包括监测数据采集系统、一张蓝图管理系统、项目管理系统、考核评估系统、城市内涝积水监控系统、应急预警系统和用户权限管理子系统共7个子系统, 见图4。

　　 管控平台细化、分解了住建部颁布执行的《海绵城市建设绩效评价与考核办法 (试行) 》 (建办城函[2015]635号) 中考核评估办法, 对其中的18项指标体系结合《厦门市马銮湾国家海绵城市建设试点实施方案》和《翔安新城试点区域海绵城市建设实施方案与行动计划》的具体内容进行逐一分析, 特别是对其中年径流总量控制率、城市热岛效应、水环境质量、城市面源污染控制、城市暴雨内涝灾害等定量化考核指标的数据需求进行分析识别, 构建科学、真实、系统、完整的考核评估指标体系, 明确考核指标数据来源、数据获取方式、计算方法, 综合监测数据、模拟数据、填报数据、集成数据等, 客观地评估海绵城市在“水生态、水环境、水资源、水安全”等方面的定量化改善效果。

　　 管控平台包含了涵盖液位、流量、悬浮物、溶解氧、雨量等多指标的在线监测网络, 构建了分层、分类、分区的在线监测与人工采样化验结合的综合监测体系。截至目前海沧马銮湾试点区和翔安试点区内已具备安装条件的237个点位已全部安装到位, 积累了近13个月的液位、流量、SS和DO数据。人工地表采样工作也已完成13批次。采集的数据除了服务于海绵城市试点建设评估以外还应用于多方面工作: (1) 项目考核, 例如长庚医院PPP建设项目, 政府与PPP建设运营单位制定了明确的考核目标, 并根据实际建设运营的效果进行付费; (2) 方案编制, 例如依托新阳排洪渠、环湾南溪沿线排口积累的在线监测数据, 对水环境整治工程进行建模比选, 制定和优化设计方案; (3) 属地化参数研究, 平台又选取了试点区内较为典型的项目及LID设施, 对运行效果进行长期监测、分析规律为方案设计单位提供一套厦门本地的海绵设施模型参数; (4) 结合人工监测的数据成果, 对微生物的净化规律、种群规律, 渗透铺装的衰减规律等研究提供实验基础。监测设备布点及典型监测点实时数据分别见图5和图6。

　　 平台严格按照城市实体空间建立数字空间, 搭建了水安全、水环境模型, 对各重点建设区的海绵城市建设从规划、设计层面进行科学指导。城市建成区重点对黑臭水体的水质、内涝风险点的积水情况进行数字模拟;城市新区主要涵盖对各汇水和排水分区的效果评估;对典型设施、典型项目的排水模拟可以为方案评估和设计参数的选取提供参考。此外, 还叠加海绵城市建设配套项目进展、计划及实时监测数据, 反推海绵城市建设指标及目标的可达性, 动态调整项目管控指标和片区海绵城市建设计划。以马銮湾试点区为例, 径流控制模拟和内涝防治模拟见图7。

　　 平台的项目全生命周期管理系统将海绵建设项目分为规划设计-施工建设-运营管理这3个阶段, 分别由建设项目业主、建设单位、维护单位负责相关信息的填报和更新。平台上可以实现设计审查、建设管理、运维评价等功能。厦门市海绵城市项目管理平台如图8所示。

　　 在规划阶段, 厦门市海绵城市管控平台已全面接入厦门市多规合一建管系统, 根据《厦门市海绵城市建设管理办法》, 全市新、改、扩建海绵城市建设项目在工程规划许可证的申请阶段, 需同步报送海绵城市建设方案, 由市海绵城市工程技术中心出具联合技术指导意见。海绵城市建设项目上报市多规合一平台时, 将同步推送该项目至海绵城市管控平台, 市海绵中心在管控平台上对海绵方案进行评估并上传技术指导意见, 规划委、建设局等行政审批部门将参考海绵技术指导意见进行行政审批。

　　 在建设阶段, 建设管理部门可以通过分级权限, 对建设项目的工程进度以及实施人员进行有效管理。在后期的运营维护阶段, 运营维护单位及时录入设施的维护信息, 明晰权责, 确保海绵城市可以通过长期的有效运维发挥相应的作用。

　　 通过海绵城市管控平台, 厦门市共排查整改已建海绵工程项目28个, 并多次对新阳排洪渠流域内的异常污染源入流进行溯源排查, 为行政执法管理部门提供了有力的依据。目前正在围绕新阳排洪渠流域, 搭建涵盖城建、水务、水利、海洋等多部门的联调联动网络。实现市政管网、调蓄池、污水泵站、排洪渠和马銮湾的水位数据实时共享;闸门、水泵实现联调联动, 系统管理。

　　 平台通过片区的排水管网及二维地面模型, 采用在线监测数据对模型进行精细的率定, 根据气象部门提供的24h以内每2h的降雨量预测, 对模型进行动态的运行。预测的地面积水情况可实时展现在管控平台上, 供交通管理部门、城市排水管理部门、防汛部门提前进行暴雨的运行调度和辅助决策, 并在重大气象灾害来临前, 确定最优的应急处置方案, 对事件的发展趋势进行跟踪。同时, 平台还可联动气象部门及防汛部门, 向市民推送实现基于LBS (基于位置服务) 的城市排水内涝预警预报, 市民可以通过关注微信查询城市内涝预警预报的详情信息。厦门市海绵城市应急预警平台如图9所示, 管控平台手机端如图10所示。

　　 监测数据是管控平台实现各项功能的基础, 是平台建设成败的关键。平台建设过程中最大的困难就是如何解决数据连续采集的有效性问题。如果安装的监测设备运行有问题, 甚至是原理就有问题的, 那么出来的数据可想而知。因此对尚未开展的平台项目建议采用购买数据的方式, 一方面可以减少资金投入、减轻后期的设备管理维护工作;另一方面可以按效付费, 保证数据的稳定与可靠。针对采用自购设备的项目, 数据的可靠性在于安装点的工作状况和长期运行维护的水平, 数据质量差常常是因为探头被污染、掩埋或破坏所致。除此以外, 以下几点经验可供实施时参考。

　　 目前厦门市海绵城市管控平台在线监测点位主要采用按需布点、轮动布置的方式, 典型排口及项目在积累一段时间的在线监测数据后, 若项目运行效果良好, 数据可靠稳定, 就将此类点位的设备迁移到新建项目的点位上, 这样可以节约管控平台的建设投资, 提高设备的使用率。按照在线监测设备按需轮换的安装原则, 管控平台制定了专门的资产管理制度, 并为每台设备标识唯一的二维码和识别号。通过扫描设备二维码, 可以查看该设备的点位及安装信息, 并能够在监测平台上查阅该设备的安装、维护、监测历史数据等。

　　 (1) DO监测仪曾出现短历时连续波动且波动幅度较大情况, 部分甚至出现过高于正常情况下的饱和溶解氧值, 最高监测值甚至大于30mg/L。主要原因是设备安装在岸边, 水质较不稳定且常被淤泥包裹, 探头自清洁的吹扫功率不够。解决方案是换用大功率的自清洁探头, 同时捆绑于浮标上布置在河道断面中央。

　　 (2) 流量计探头粗大, 小流量时无法监测到数据;感潮河段流量计读数无法显示水流方向。针对常规的流量计、液位计的安装方式会出现小流量、小液位的数据测不准、测不到的问题。项目实施过程中对LID监测点位进行适当改造, 采用预制的三角堰进行集水, 并选取精度较高的液位计进行液位的测量, 推算设施的进出流速, 进而得出较为准确的LID监测数据。同时对所有流量计的电路进行改版升级, 增加流速方向识别功能。

　　 (1) 在线监测流量计曾出现监测出流量过大, 甚至到达设备测量极值的情况;个别站点液位有明显波动变化, 但流量值一直为0。针对以上问题重点排查了周边是否有电磁高压干扰, 设备是否被淤泥和垃圾掩埋等情况, 通过软件抗干扰优化和现场清扫来解决。

　　 (2) 水质监测设备采集的SS数据与降雨数据的变化不存在任何关联规律;无水情况下, 测量值不为零且有波动;降雨期间测量值在相当长的时间保持恒定不变, 不符合实际情况。经分析后发现国内外目前使用的在线SS监测探头实际上测得的是光通量, 以NTU为单位。在单一性质的水环境下与SS可能存在一定的对应关系, 但是在试点区雨污混杂的工况条件下只能显示水样的浑浊程度, 与SS的相关性无法确定。为此建议采集的数据只做趋势定性分析, 不做污染定量分析用, 水体SS指标应采用人工检测的方式。

　　 (1) 在线设备整体掉线率过高, 数据掉包时有发生。恢复通信后补录数据异常, 例如断线的雨量计记录的监测值与其他设备差异较大。原因有2种, 一种是供电导致的掉线, 在软硬件升级的基础上可以将采集频次降低由2min 1次延长至5min 1次, 并且1次发送5条来降低功耗;第二种是设备通讯卡氧化导致的掉线, 可改用贴片卡。

　　 (2) 探头损坏判断机制不完善。如果采用人工巡查无法第一时间及时发现, 容易因延误修复更换而失去宝贵的数据。因此需在设备损坏或通讯故障时发送无效值, 例如-9 999.999, 起到自动报警提醒的作用。

　　 个别项目监测到的排口流量大于降雨量。除了设备问题以外, 还可能是因为雨量计分布比较稀松, 监测值与其他设备所在地降雨之间存在偏差导致。为了保障数据采集时空的一致性, 我们在典型设施和典型地块中同时布置了雨量计和流量计。

　　 厦门市海绵城市管控平台建设运行时间虽短, 但在平台功能设计、监测网络建设和运行维护管理方面均积累了一定的经验。建设过程中克服了监测设备适用性、数据采集准确性和数据传输稳定性等问题;在线监测点位采用按需布点、轮动布置的方式, 提高设备的使用率, 节约了管控平台的建设投资。

　　 厦门市海绵城市管控平台不仅以实现海绵城市建设过程管控与考核评估为目标, 构建了系统完整的厦门海绵城市考核评估体系。还实现了对项目海绵城市建设的全生命周期管理, 增强了厦门市排水系统的监测预警能力。管控平台在监测数据、计算引擎和数字模型融合的基础上, 与厦门市“市政一体化平台”共享数据, 与“多规合一”平台相连接, 全面指导海绵城市的规划决策、方案审批和建设管理。

　　 除此之外我们还利用管控平台对LID设施长期运行效果和变化规律进行监测, 并结合人工化验为LID设施的结构和设计参数选取提供可靠依据;对微生物的净化规律、种群规律, 渗透铺装的衰减规律等研究提供试验基础。

　　 下一步厦门市还将拓展管控平台的功能, 在综合集成在线监测、数学模型、地理信息系统等先进技术的基础上, 结合物联网、大数据, 实现城市排水系统的联调联动, 为城建、水务、水利、海洋部门数据共享、事务共管提供工作平台, 助力提高排水管理部门的科学管理与决策水平。