海綿城市中排水模型軟體的了解與比較（免費SWMM與商業模型InfoWorks ICM）

海綿城市越來越熱，從最開始人們希望藉助模型來解決淹水的問題，到現在海綿城市希望解決包括淹水的各方面的問題，然後是黑臭水體的治理，人們開始藉助水質模型來解決問題，模型的應用越來越廣泛，希望了解和選擇模型軟體的人也越來越多，因此，工作中也遇到太多人詢問我這個問題，常常伴隨著各種的疑問：

• 各個模型軟體之間有什麼不同？
• 這個模型軟體的計算速度是不是最快的？計算結果是不是最準的？
• 商業的模型軟體和免費的模型軟體有什麼不同？
• 商業的模型軟體和國內的模型軟體有什麼不同？

要回答這些問題，其實可以有很多的考量，你為什麼需要模型軟體？ 有的時候，最好的未必是最適合你的，但是我想首先應該具備辨別的能力，只有能夠辨別模型的優劣、不同模型的局限，才能夠真正選擇出最適合你的模型軟體。

怎樣來了解和辨別好的模型軟體？

因此今天想在這裡講的，是怎樣來辨別最好的模型軟體，哪一款是我認為是最好的模型軟體，以及為什麼？

要想比較各種排水模型軟體，我們首先來考慮目前是模型軟體的使用者是誰？你將用模型軟體來解決什麼問題？ 簡單的說，我將模型軟體的使用者主要分為兩類：

1. 規劃設計工程師，希望用模型軟體來對建設改造進行輔助和分析 ；
2. 管理部門，決策人員，希望用模型軟體來輔助和優化日常的運維，應急預警，輔助決策等方面的工作；

可能還有其他的種類，比如有些專家和老師，開發了優化的演算法，希望和模型結合，來解決自動規劃設計管網系統或者調蓄池等，這個其實也歸屬於第一類模型的應用的。

那麼作為一個專註規劃設計的模型工程師，當你考察一個模型軟體的時候，你應該關注什麼呢？ 很多人往往最先關注軟體的原理，內部的演算法，我到想問一句，你買電視機的時候，你會問對方，你們的成像原理是什麼嗎？你們背後的演算法能保證成像的清晰度嗎? 你不會，我想你更為關注的應該是作為用戶，你使用電視機時，它能做那些事，有哪些有點，至於怎麼做到的，對於比較成熟的廠家，我們不會擔心，也不必擔心不是嗎？

基於此，我想給出幾個我判斷模型軟體的幾個主要的方面：

1. 軟體的適用性，或者是，軟體能夠用來模擬哪些系統，解決哪些問題（再稍微專業一點的說，就是軟體的計算引擎包含了哪些部分？）；
2. 軟體的便捷性，作為面對大量項目的工程師，你手上的工具的高效性，將大大提高工作的高效性；（這一點，在未使用之前，很容易被模型師忽略；一旦開始使用，可能才發現）；
3. 軟體的架構與格局是否更為完整和強大，這個似乎有點玄妙，稍微解釋就很容易理解了，比如：
1. 軟體設計時是僅僅考慮一個模型師來單獨建立模型，還是可以讓一個團隊的模型師來一起進行模型的建立；
2. 軟體設計時是希望能夠綜合管理所有的模型項目，項目的所有模型相關數據與一體，還是只能同時管理一個模型項目；

1. 如果你只是規劃的模型工程師，我想，綜合考慮以上因素其實就足夠了。但如果你要考慮你的業主，或者你就是管理和決策人員，那麼還有一個要考慮的，就是模型軟體的可持續應用性，或者說可擴展性。

說到這裡，似乎都還是比較虛的內容，很難應用到實際，那麼我就用幾個常見的模型軟體來具體談談吧，下面我來具體談談免費的模型軟體SWMM，國內的模型軟體，以及華霖富國內推廣的Innovzye的InfoWorks ICM和 DHI的Mike軟體。

逐步從軟體的適用性、便捷性、架構與格局、可持續擴展性來舉例說明

首先，回答第一個問題：

Q1：軟體的適用性，或者是，軟體能夠用來模擬哪些系統，解決哪些問題（再稍微專業一點的說，就是軟體的計算引擎包含了哪些部分？）

A1：以綜合流域模型 InfoWorks ICM 為例，其能夠計算的系統包括了：

1. 地表的產匯流模型（十幾種）；
2. 管網及其設施（泵、閘、堰等）的水力模型；
3. 河道及其水工構築物的水力模型；
4. 2維地面洪水淹沒演進模型；
5. 低影響開發模型（兩種方法，包括了SWMM的LID模型）；
6. 地表/管道/河道/及二維水體的水質模型

而免費的模型軟體SWMM，只能包含1）簡單的產匯流模型，2）管網，5）LID模型；而不包含河道及2維地面洪水模型，因此水質模型也只能算到管道為止。

而國內的模型軟體，往往以SWMM為其計算引擎，意味著同樣的局限，即使有人提到已經開發了二維的模型（二維基本沒有免費的引擎），也要麼是假二維（及平均水深法，有時你會看到明明水淹不過去，但是哪裡偏偏會積水），或者剛剛起步，離真正方便實用還有一定的距離。

而其他的以SWMM核心的模型軟體，如PCSWMM，XPSWMM其計算引擎可能都大抵類似SWMM，那麼你就需要特別關注和確定一下，在二維及河道的水力和水質模型上，是否重新進行的開發，或者乾脆就沒有。

不過像XPSWMM，就採用了Tuflow的二維洪水演進引擎，和原有的SWMM引擎的管網進行耦合，這是一個方式。其他的這裡我就不一一說明了。

而DHI的Mike軟體，基本的計算引擎應該都包含了，可惜的是，其低影響開發的模塊2016/17才開始開發，目前功能過於簡單，缺乏實用性。還有值得注意的是，Mike是通過外部耦合幾個軟體來達到模擬以上提到的這些模塊的，因此導致後面的方便性，計算的穩定性，系統的架構各方面都難以令人滿意。

小結： 免費和國內的模型軟體，計算引擎很不完整，因此如果你只面對的模型項目，都只涉及管網或LID，但是不考慮洪水風險的計算，不考慮明溝/河道等等，那麼也許還可以用一用它們，否則在這一步，就可以去除它們了。

Q2：軟體的便捷性，作為面對大量項目的工程師，你手上的工具的高效性，將大大提高工作的高效性；

A2-1: 很多人在我談到這點的時候，經常覺得不以為然，會覺得不就是軟體的展示好看些嗎？ 錯，大錯特錯。

一個模型項目下來，模型師從模型的建立&率定&結果分析&彙報出圖等等，要完成大量的工作。而好的模型軟體，是在整個項目過程中，從頭到尾都能夠很好的輔助高效完成這些工作。 成熟的模型軟體產品因為開發的時間周期長，整合了全球各地用戶的回饋和需求，在幾十年的開發過程中，不斷的積累了大量的輔助工具。 如InfoWorks ICM,其輔助工具不少於百個，對於真正的模型工程師來說，是非常理想的助手。

但免費的軟體SWMM，和國產的模型軟體，當你開始應對稍微複雜的系統時，你就會發現，你需要花費大量的數據進行數據的今後處理，而且面對較大的系統時，它們往往難以應對和計算。

而DHI的Mike系列，在GIS的基礎上開發，同時也開發了多年，應該說也積累了不少的輔助工具，但是因為當你要模擬城市綜合流域模型，包含管網，河道，2D洪水或者更多時，其需要3個及以上的模型軟體（Mike Urban,Mike 11,Mike 21等）來與外部耦合，分別生成不同的文件，設置各個耦合的為止，其大大增加了使用的麻煩程度。

A2-2： 但也有人說，成熟的商用軟體學習來很難，東西太多了。其實這樣輔以合適的培訓和學習的方法，只要你願意學，掌握起來不說是輕而易舉，也應該是輕鬆愉快的。或者說，這就像你在抱怨學開飛機比學騎自行車難多了，事實上確實是難多了，我們應該關注的是，同一級別的模型軟體，能夠完成的事情，哪一個的便捷程度更高。

Q3:軟體的架構與格局，是否更為完整和強大。

仍然以InfoWorks ICM為例，InfoWorks系列模型軟體，目前是國內，甚至全球的唯一以資料庫管理的模式來開發的模型軟體，意味著一旦開始使用，你可以將幾年/十幾年的模型項目一併存儲和管理在其自己的資料庫中，不僅僅是模擬的排水系統，包括所有採用的降雨，水位邊界，模擬計算的各種方案及結果，包括統計的一些結果，以及定製好的結果展現的方式，都一併存儲在統一的資料庫中，意味著你或者你的團隊成員可以隨時查看任何一個項目的模型，及計算的結果，這樣，才有可能保持成果能夠長久的保存。同時也能保證一個團隊一起來在一個模型資料庫的環境下工作，建立模型，分析和查看結果。軟體在開發的時候，就考慮到了今後的模型將會越來越大，越來越多，以往的按照文件的方式來管理模型的項目，難以持續。 這就是我所提到的軟體大架構與格局更為完整和強大的地方。

相比InfoWorks ICM 軟體，免費的軟體，根本談不上這些；國產的軟體，因為更新的機制不夠，以及開發的時間過短，又是短時間內以免費軟體為基礎開發了外部的框架，因此其系統架構會往往更接近於免費軟體。

而同類的國外軟體，如Mike系列，在GIS的基礎上開發，因此也沿用了GIS的文件管理的模式，而非資料庫管理的模式；另外其到現在為止還是通過外部耦合3~4個軟體來做到模擬整體的城市水環境系統，因此其除非放棄其現在的軟體系統架構重新開發，否則很難達到一個基於資料庫管理的，可以供一個模型團隊來共享使用模型的軟體架構。

Q4：模型軟體的可持續應用性，或者說可擴展性；

隨著計算機技術的不斷發展，模型的應用的廣泛程度將大大超過以往。在過去的三四十年中，模型軟體從Dos版，發展到現在的win10系統，大部分時候，人們還是應用模型來進行規劃、設計方案的評估，更多的是輔助工程建設方案的確定。這一部分的應用會一直持續，而且也很重要。但是近幾年來，以及在不遠的將來，模型的應用已經二期將不可避免的逐步擴展到運維管理、應急、輔助決策的層面了。那麼此時對模型軟體的要求，就會逐步增加到：

• 是否能夠和其他系統很好的整合？
• 是否能夠從手動的模型，變為實時自動計算、滾動運行的預報預警的模型；
• 是否能夠保證最大程度的應用CPU、GPU等硬體的優勢來提高軟體的計算速度，保證模型計算的穩定性；

這才是一個成熟的、能夠長遠使用的模型軟體，應該有的特性。 而InfoWorks ICM 基礎，有專門的實時模擬平台軟體-ICM Live，有專門的與其他系統整合的支持後台開發的軟體模塊， ICM Exchange，而ICM本身，為了保證今後實時模型對計算速度的要求，其調整了演算法為並行演算法，能夠最大程度的利用多核CPU，以及多個的獨立顯卡來大大提升計算的速度；甚至還有對應的資產管理理系統，實時監測數據分析系統等等。

而國內和免費軟體，離此尚遠。 大部分國外商用軟體，也還沒有開發這些系統。比如國內的PCSWMM。而DHI的Mike系列，其實時模型系統，也生成可以支持定製開發，但建立實時模型或者定製開發，往往更多的是由DHI自己的技術人員來完成，這也會讓人對其實時模型軟體，或者支持定製開發的軟體產品的普適性打了大大一個問號？

InfoWorks ICM目前應該是最佳的模型軟體

總的來說，Infoworks ICM是目前全球最為全面、強大穩定的模型軟體、軟體框架考慮長遠、可擴展性也極強：

• 唯一的，最完整的集成整個城市的綜合流域排水模型，
• 唯一的以資料庫為架構的，旨在支持大型模型，模型團隊共享資料庫，長久有效存儲模型項目成果的模型軟體。
• Infoworks ICM支持定製開發；
• Infoworks ICM可以隨時擴展出自動實時預報預警模型；

如果你想跟進一步了解InfoWorks 系統模型，可以訪問網站：

http://www.hrwallingford.com.cn/software/infoworks-icm

或者發送郵件 support.cn@hrwallingford.com.cn 了解更進一步的信息。

或者實名進入其QQ技術支持群：339073787 ICM官方討論區。

考察和選擇模型軟體是否還有其他需要考慮的因素？

當然比較排水模型軟體時，還有一些特點可以考察的，但也有一些常見的誤解。 如果你的目的是選擇合適你使用的模型軟體，那麼接下來需要考慮的就是你的需求，短期的以及長期的需求了。這部分我會另行說明。