淺談住宅家用燃氣表的發(fā)展

■ 彭 磊 Peng Lei

1865年11月，上海建成了第一家煤氣廠，成為我國最早使用人工煤氣的城市。此后150多年的歷程中，上海燃氣不斷發(fā)展與壯大。1999年，東海平湖天然氣登陸浦東，上海燃氣正式進入天然氣時代，拉開了燃氣清潔化、高效化發(fā)展的序幕；并于2015年實現(xiàn)了上海城市管道燃氣的全天然氣化，家庭用戶已逾620萬戶，并基本完成一戶一表工程。

1 前期歷史

燃氣表從1985年開始大量使用，隨著燃氣用戶的發(fā)展，燃氣表也經(jīng)歷了數(shù)次改造和技術(shù)革新。在發(fā)展前期，本市普遍使用膜式燃氣表（圖1）作為住宅家用燃氣計量表。

膜式燃氣表屬于容積式氣體流量計，主要由外殼、膜片計量室、分配閥、連桿機構(gòu)、防止逆轉(zhuǎn)裝置、傳動機構(gòu)和計數(shù)器等部件組成，其采用柔性膜片計量室方式來測量氣體的體積流量。在燃氣表進出口兩端壓力差的作用下，燃氣經(jīng)分配閥交替進入計量室，充滿后排向出氣口，同時推動計量室內(nèi)的柔性膜片作往復式運動，通過轉(zhuǎn)換機構(gòu)將這一充氣、排氣的循環(huán)過程轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氣體體積流量，再通過傳動機構(gòu)傳遞到計數(shù)器，完成燃氣累積計量功能。

圖1 普通膜式燃氣表

普通機械式膜式燃氣表具有量程比寬、計量可靠、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，人工抄表的見表率和準確率均較高，抄表人員亦可同時進行安全檢查，曾在長時間內(nèi)被廣泛采用。但隨著用戶數(shù)量的增多和生活作息時間的改變，人工上門抄表的工作量急劇增加，且入戶抄表難、見表率低的問題日益突出，不得已只能采用抄表員憑經(jīng)驗估計讀數(shù)或張貼表格用戶自抄讀數(shù)的形式。燃氣表長期處于無監(jiān)管狀態(tài)，易被人為拆卸、損壞；同時，用戶也因?qū)烙嬜x數(shù)有爭議而容易引發(fā)糾紛，引起收費難等一系列問題。燃氣經(jīng)營企業(yè)雖投入了大量的人力、財力、精力，試圖改善這一狀況，但收效卻不甚理想。

2 當今現(xiàn)狀

為了解決上述抄表難、收費難等問題，業(yè)內(nèi)技術(shù)人員致力于各種智能燃氣表的研究與應(yīng)用，其中，IC卡燃氣表（圖2）、有線遠傳燃氣表（圖3）、無線遠傳燃氣表（圖4）、紅外數(shù)傳燃氣表（圖5）等具有一定的代表性。

2.1 IC卡燃氣表

自1995年出現(xiàn)IC卡燃氣表后，本市部分燃氣經(jīng)營企業(yè)隨即啟動了IC卡燃氣表的試點工作。

2.1.1 IC卡燃氣表的構(gòu)成

IC卡燃氣表是以普通膜式燃氣表為計量基表，以IC卡為媒體，加裝控制器所組成的具有預購氣量功能的燃氣計量裝置。IC卡燃氣表利用現(xiàn)代微電子技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、智能IC卡技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的先使用后付費的繳納方式，實行一戶一表一卡的預付費制。用戶持卡到燃氣營業(yè)網(wǎng)點進行繳費，購入一定的氣量，便可獲得所購燃氣量的使用權(quán)限，將此卡插入IC卡燃氣表即可使用。在用氣的過程中，IC卡記錄燃氣表的運行情況，自動核減剩余氣量，并顯示用氣量與剩余可用氣量等數(shù)據(jù)。當剩余氣量減少至一定值時，發(fā)出聲光報警提示用戶充值，當剩余氣量繼續(xù)減少至預定值后，自動關(guān)閉閥門，切斷氣源。用戶需重新購氣，方能再次使IC卡燃氣表開閥供氣。

2.1.2 IC卡燃氣表的利弊

IC卡燃氣表實現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳遞、存儲及結(jié)算交易的功能。先買氣后用氣的預付費方式，不僅大大降低了燃氣經(jīng)營企業(yè)的人工成本，更重要的是緩解了其長期以來墊資供應(yīng)燃氣的經(jīng)濟壓力。IC卡燃氣表確實在一定程度上緩解了抄表難、收費難的問題，因而在本市部分區(qū)域進行了較具規(guī)模的推廣應(yīng)用。

然而，隨著使用年限的增長，用戶對IC卡燃氣表的評價褒貶不一。一部分用戶親睞其無需在家里等候抄表和自主充值繳費的便捷，而另外一部分用戶覺得其存在弊端，例如：燃氣表通常安裝于廚房壁柜內(nèi)，未能聽見報警提示導致洗澡、做飯中途突然因欠費而停氣；長時間不使用會自動關(guān)閥鎖死，需重新到燃氣營業(yè)網(wǎng)點進行開通，過程繁瑣耗時；燃氣表的故障自我檢測和保護功能時有開啟，且以代碼而非文字顯示于液晶屏，很不直觀以致用戶難以自行排除故障等，造成了使用上的困擾。

圖2 IC卡燃氣表

圖3 有線遠傳燃氣表

圖4 無線遠傳燃氣表

圖5 紅外數(shù)傳燃氣表

同時，IC卡燃氣表本身的一些問題也逐漸暴露出來。例如IC卡座及電路不防水，易被腐蝕;接口易受電擊造成控制失靈；防攻擊性能較差，被破解后導致數(shù)據(jù)混亂和電路損壞甚至直通，引起氣量損失；產(chǎn)品的電子故障率也影響了其工作可靠性。

此外，由于IC卡充值購買的是氣量，每當燃氣價格即將上調(diào)，大量用戶集中排隊充值，場面較為混亂，甚至需出動警力維持秩序，致使燃氣經(jīng)營企業(yè)不得不延長工作時間滿足用戶充值需求，不僅加重了燃氣經(jīng)營企業(yè)的工作壓力，且用戶購入的燃氣實際仍按調(diào)價前的氣價結(jié)算，更使燃氣經(jīng)營企業(yè)蒙受了經(jīng)濟上的巨大損失。

2.2 有線遠傳燃氣表

繼IC卡燃氣表之后，有線遠傳燃氣表逐步面市，部分燃氣經(jīng)營企業(yè)開始進行小規(guī)模試點的可行性研究。

2.2.1 有線遠傳燃氣表的組成

有線遠傳燃氣表結(jié)合應(yīng)用了計算機技術(shù)、電子技術(shù)和光電技術(shù)，在普通膜式燃氣表的計數(shù)碼盤上，即字輪0～9位置的邊緣設(shè)置特定標記，利用光電傳感器讀取特定標記的位置，再通過代碼運算，將其轉(zhuǎn)換成燃氣表的計量示數(shù)，通過數(shù)字信號傳輸出來。

其系統(tǒng)主要由有線遠傳燃氣表、采集器、集中器、手持采集設(shè)備、計算機管理系統(tǒng)組成。其中，采集器是用于燃氣表的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)中繼的設(shè)備；集中器是用于燃氣表的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)管理的設(shè)備；手持采集設(shè)備是用于對燃氣表進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理，并可與管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換的手持設(shè)備。有線遠傳燃氣表自其內(nèi)部的控制電路板引出一根數(shù)據(jù)通訊線接入采集器，進而與集中器或手持采集設(shè)備進行雙向通信。

2.2.2 抄表方案

燃氣經(jīng)營企業(yè)可根據(jù)實際情況，自由靈活地組合抄表方案。

（1）當采用自動抄表方式時，位于住宅小區(qū)內(nèi)的集中器接收到計算機管理系統(tǒng)發(fā)出的指令，轉(zhuǎn)換后傳給各個樓宇內(nèi)的采集器。采集器收集其范圍內(nèi)所有的有線遠傳燃氣表信息并向上回傳至集中器，再由集中器向上回傳至計算機管理系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了遠傳數(shù)據(jù)收集功能。

（2）當采用人工抄表方式時，抄表人員攜帶手持采集設(shè)備至住宅小區(qū)，位于各個樓宇內(nèi)的采集器接收到手持采集設(shè)備發(fā)出的指令，收集其范圍內(nèi)所有的有線遠傳燃氣表信息并回傳至手持采集設(shè)備。抄表人員也可進行點對點抄表，即手持采集設(shè)備與單只有線遠傳燃氣表直接進行通信，采集數(shù)據(jù)。最后由抄表人員將手持采集設(shè)備內(nèi)信息回傳至計算機管理系統(tǒng)。

2.2.3 有線遠傳燃氣表的缺陷

但是，經(jīng)實地勘察與初步經(jīng)濟估算之后，發(fā)現(xiàn)該表的實際應(yīng)用具有較大的難度。由于每只有線遠傳燃氣表均有外接的數(shù)據(jù)通訊線，且布線質(zhì)量要求較高，以致工程成本與施工難度較大。一旦施工完畢，檢修非常困難，出現(xiàn)接錯線、抄錯表的情況也較難核查及整改。在使用過程中，數(shù)據(jù)通訊線易被意外或人為破壞，易老化易被腐蝕，引起觸電、火災事故及雷電引入導致燃氣表爆燃等隱患，且故障率不易控制，降低了可靠性，一定程度上限制了有線遠傳燃氣表的發(fā)展。綜合考慮各方面因素，燃氣經(jīng)營企業(yè)在個別小區(qū)試點后，最終未采用有線遠傳燃氣表。

2.3 無線遠傳燃氣表

在有線遠傳燃氣表應(yīng)用的可行性研究中，布線工程帶來的制約與弊端較為突出，而無線遠傳燃氣表的問世，無疑為解決該問題帶來了希望。

2.3.1 無線遠傳燃氣表的組成

無線遠傳燃氣表是以普通膜式燃氣表為計量基表，加裝流量信號采集模塊、無線射頻傳輸模塊、閥門控制模塊（可選）及電源管理模塊等構(gòu)成的新型智能燃氣表。該系統(tǒng)主要由無線遠傳燃氣表、采集器、集中器、手持采集設(shè)備、計算機管理系統(tǒng)組成。與有線遠傳燃氣表最明顯的差別是，無線遠傳燃氣表采用內(nèi)置鋰電池或外置干電池或內(nèi)外電相結(jié)合的方式供電，從而無需實施布線工程，降低了施工難度，縮短了工期并節(jié)約了成本。燃氣經(jīng)營企業(yè)亦可根據(jù)實際情況，自由靈活地選擇組合抄表方案。

2.3.2 無線遠傳燃氣表的優(yōu)缺點

無線遠傳燃氣表、采集器及集中器之間的通信采用免費的無線電使用頻段，降低了整套系統(tǒng)的運營成本。集中器與計算機管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸屬于遠距離傳輸，從而選擇了GPRS傳輸方式，雖在運營的過程中會產(chǎn)生一些費用，但也減少了設(shè)備維護的費用，且提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。因具有上述?yōu)點，無線遠傳燃氣表經(jīng)試點后，取得了較良好的效果，并在一定區(qū)域內(nèi)逐步推廣應(yīng)用。

與此同時，無線遠傳燃氣表也暴露出了耐環(huán)境能力、防攻擊能力等方面的一些問題。因無線抄表頻段為免費頻段，無需再向國家無線電委員會申請，故該頻段用戶眾多，不僅有不同無線電計量儀表廠家之間的頻率干擾，也存在其它領(lǐng)域的民用無線電產(chǎn)品帶來的干擾。由于該通信頻段受通信距離限制，在無障礙情況下的有效通信距離約在500m左右，而無線遠傳燃氣表通常安裝于室內(nèi)，信號要穿透墻壁等阻礙物，通信距離大大減小。如遇用戶無意或有意進行異物遮擋，抄表數(shù)據(jù)易被屏蔽，導致無法讀取數(shù)據(jù)。此外，通信時發(fā)出的無線電波，在特殊情況下也有引爆燃氣的可能,存在一定安全隱患。

2.4 紅外數(shù)傳燃氣表

紅外數(shù)傳燃氣表在部分區(qū)域也進行了小規(guī)模試點。該表為基于紅外光為介質(zhì)進行雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊惑w化信息智能燃氣表，氣路和電路采用腔體隔離密封。與無線遠傳燃氣表最顯著的區(qū)別是，紅外數(shù)傳燃氣表遵循一定的紅外傳輸協(xié)議，利用紅外通信技術(shù)傳遞信息，并通過紅外手持器、紅外網(wǎng)絡(luò)終端等方式對其進行充值、查詢等遠程操作。

2.4.1 紅外數(shù)傳燃氣表的使用模式

紅外數(shù)傳燃氣表的使用模式有網(wǎng)絡(luò)和單用戶兩種方式。

（1）網(wǎng)絡(luò)模式，即用戶到燃氣營業(yè)網(wǎng)點充值繳費，由工作人員通過計算機管理系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)信息和購氣數(shù)據(jù)傳遞給住宅小區(qū)內(nèi)的紅外網(wǎng)絡(luò)終端，進而傳遞給表，并將表的用氣數(shù)據(jù)和工作狀態(tài)回傳給計算機管理系統(tǒng)。對不具備條件設(shè)置紅外網(wǎng)絡(luò)終端的區(qū)域或少量的零星用戶，也可降低首次資金投入，暫時采用單用戶模式，待適當時機升級改造。

（2）單用戶模式，即用戶到燃氣營業(yè)網(wǎng)點充值繳費，由工作人員通過計算機管理系統(tǒng)利用紅外讀寫器將系統(tǒng)信息和購氣數(shù)據(jù)傳遞給紅外手持器，用戶返家使用紅外手持器，將系統(tǒng)信息和購氣數(shù)據(jù)傳遞給表。為保證數(shù)據(jù)交換的安全，紅外信息傳遞采用信息包的形式，多層多種方法加密，密碼由生產(chǎn)廠家、燃氣經(jīng)營企業(yè)、計算機管理系統(tǒng)與表位隨機所組成，并數(shù)據(jù)交換中自動動態(tài)認證，破解難度大，安全性好。

2.4.2 紅外數(shù)傳燃氣表的特點

紅外數(shù)傳燃氣表采用微型密封的內(nèi)置電機閥，電路與氣路隔離，電路與環(huán)境隔離，控制與操作分離，無易受惡意攻擊的接口（如IC卡座等），無易受環(huán)境影響及壽命限制的液晶、數(shù)碼管等顯示器件。使用紅外線作通訊載波，傳播范圍和方向可控，不會穿透墻壁對周圍用戶造成影響，自身亦可有較強的抗干擾性，同時不產(chǎn)生電磁輻射，無引爆燃氣的安全隱患。

但是，目前國內(nèi)紅外數(shù)傳燃氣表的生產(chǎn)廠家較少，可供比選的余地不大，大量應(yīng)用尚未普及，用戶對其認知度不高，具有一定抵觸情緒。

3 未來展望

隨著本市燃氣行業(yè)改革的不斷深入，燃氣經(jīng)營企業(yè)已走上安全運行、精細管理、提高服務(wù)質(zhì)量以求效益的生存發(fā)展之路。住宅家用燃氣表除了質(zhì)量可靠、計量準確、易于安裝維護之外，也向著以下類型發(fā)展。

3.1 切斷型燃氣表

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部批準發(fā)布了《切斷型膜式燃氣表》（CJ/T 449—2014）行業(yè)產(chǎn)品標準，自2014年7月1日起實施。

切斷型膜式燃氣表是以膜式燃氣表為計量基表，內(nèi)置切斷閥、控制器和其他輔助裝置組成的具有檢測燃氣使用狀態(tài)，遇異常情況可切斷燃氣并報警的燃氣計量裝置。

切斷型燃氣表實時處于偵測狀態(tài)：①超流量偵測，以備出現(xiàn)燃氣管道破裂的情況下及時切斷燃氣；②超過連續(xù)使用時間偵測，防止忘記關(guān)閉灶具、熱水器等引發(fā)危險；③連續(xù)長時間微泄漏偵測，防止氣路老化破裂引起的安全事故；④超壓和低壓偵測，防止調(diào)壓器異常和臨時斷氣回火引發(fā)的事故。

切斷型燃氣表還可主動發(fā)現(xiàn)異常并及時處置，第一時間化解險情，從而盡量避免或減少可能發(fā)生的人身傷害事故及經(jīng)濟損失，進一步提升燃氣安全運營及管理水平。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)燃氣表

2014年，國家發(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于建立健全居民生活用氣階梯價格制度的指導意見》，在全國范圍內(nèi)推行居民階梯氣價政策。燃氣價格大多分為3檔，各檔氣價實行超額累進加價，且部分地區(qū)劃分了采暖期和非采暖期，在不同時間段根據(jù)累計用氣量有不同的收費標準。這對燃氣表提出了階梯計價的更高要求。同時，現(xiàn)金支付方式已遭受網(wǎng)上支付、移動支付等全新電子支付方式的強烈沖擊，銀行轉(zhuǎn)賬、充值卡、營業(yè)網(wǎng)點柜面等傳統(tǒng)的繳費方式已遠遠不能滿足用戶對便捷繳費的需求。燃氣計量技術(shù)正經(jīng)歷著深刻變革，物聯(lián)網(wǎng)燃氣表應(yīng)運而生。

物聯(lián)網(wǎng)燃氣表屬于智能家居的重點示范工程，其集智能實時抄表、遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)服務(wù)于一體，是以智能終端為主，云端結(jié)合的系統(tǒng)應(yīng)用和現(xiàn)代服務(wù)工程。物聯(lián)網(wǎng)燃氣表通過GSM/GPRS/CDMA無線網(wǎng)絡(luò)與管理中心通訊，構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)燃氣表抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)無需采集器、集中器等中間設(shè)備即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)抄表、遠程控制、網(wǎng)絡(luò)繳費、故障監(jiān)測等功能，且為階梯氣價燃氣表，可設(shè)置多個分界點，多個階梯氣價，支持月度結(jié)算、季度結(jié)算和年度結(jié)算方式。

物聯(lián)網(wǎng)燃氣表的成功推出，有效解決了市場需求，符合階梯氣價改革方向。通過智能燃氣表系統(tǒng)，燃氣經(jīng)營企業(yè)將在極大程度上解決抄表難、收費難、管理難等問題，實現(xiàn)用戶行為信息電子化管理，大大提升抄表準確度，降低人工成本，提升經(jīng)營效率，及時準確掌握用氣數(shù)據(jù)，是構(gòu)建未來實現(xiàn)階梯氣價和油氣價格聯(lián)動的必要基礎(chǔ)，有效提升了信息化管理水平，并降低了管理運營成本。

燃氣表作為一種必備的家用儀表，在增加了通信功能之后，通過將平臺數(shù)據(jù)與用戶對接，可為用戶提供其他增值服務(wù)，從而引領(lǐng)一種全新的商業(yè)模式。

4 結(jié)語

當前，燃氣貿(mào)易交接計量的方式有按能量計量和按體積計量兩種。我國的燃氣體積計量技術(shù)及其標準化已經(jīng)接近國際水平。但作為能源的燃氣，人們重點關(guān)注的是其熱值，即發(fā)熱量。以能量計量為主，體積計量為輔是國際上通行的計量方式。為了與國際慣例接軌，短期內(nèi)燃氣表仍是以膜式燃氣表為基礎(chǔ)，向多功能、智能化方向發(fā)展；但從長遠看來，其被能量計量產(chǎn)品所取代，將是大勢所趨。

2009年8月1日起實施的國家標準《天然氣能量的測定》（GB/T 22723—2008），標志著在我國天然氣能量計量方面正式有法可依，其必將引領(lǐng)燃氣計量行業(yè)發(fā)生深刻的產(chǎn)品變革。當實行能量計量方式后，用戶對燃氣與電、煤等能源可進行更為直觀的比較，便于民眾根據(jù)自身的經(jīng)濟、環(huán)境等條件擇優(yōu)選擇合適的能源，政府機構(gòu)也可以根據(jù)能源結(jié)構(gòu)更加明確地引導能源消費。

把握城市燃氣發(fā)展的趨勢和脈搏，牢記肩負的責任與使命，堅持改革與創(chuàng)新，為用戶提供優(yōu)質(zhì)安全、穩(wěn)健可靠的服務(wù)，是燃氣人堅持不懈的追求目標。