智慧水務在高校建筑二次供水的應用研究

劉幼瓊 王延濤

（1.山西工商學院，山西太原 030006；2.山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院有限公司，山西太原 030001）

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市的發(fā)展，現(xiàn)代化的服務管理逐漸滲透到水務行業(yè)，智能、自控感知等技術提升供水系統(tǒng)管理備受關注。校園智慧水務是利用信息化技術獲得、處理、反饋并公開水務信息，進而高效管理校園給水、直飲水、熱水、景觀用水和排水收集處理再利用，建成從“源頭到龍頭”供水全流程節(jié)約系統(tǒng)，是智慧校園的一部分[1]。目前，全國高校智慧水務建設仍處于起步和發(fā)展階段。

1 供水現(xiàn)狀調(diào)研

1.1 存在問題

為初步掌握全國高校供水現(xiàn)狀，分析存在問題，針對性地提供解決方案，從2018年開始，陸續(xù)調(diào)研多所院校供水整體情況，內(nèi)容涵蓋水源、給水管網(wǎng)、二次供水、用水終端及信息化。調(diào)研發(fā)現(xiàn)的問題如下：

（1）安全問題。首先，管件老化且鑄鐵管壁逐年脆化形成大面積沙眼，導致管道存在不同程度腐蝕漏損，進而引起水質(zhì)二次污染[2]。其次，供水設備老舊，不定時出現(xiàn)故障。

（2）電耗水耗問題。供水系統(tǒng)建設不重視節(jié)能減排，以至于設備運行產(chǎn)生諸多能耗問題[3]。例如：水泵水箱選型大，運轉過程電耗嚴重；個別院校管路老化破損，跑、冒、滴、漏現(xiàn)象時有發(fā)生，水耗顯著。

（3）運維管理問題。傳統(tǒng)的校園水務運維主要依賴后勤人員巡檢。若泵房跨距大，各泵房間協(xié)調(diào)管理需要高校投入更多成本。此外，每臺供水設備的信息化管理水平參差不齊，若想一個平臺自動化管理所有設備，困難重重。

1.2 成功案例

隨著智慧城市和智慧水務技術的發(fā)展，部分高校逐漸嘗試在水務管理中應用新技術。例如：山西大學利用PLC和工控機組成的雙控制器維持系統(tǒng)的持續(xù)運行，保證持續(xù)供水。二次供水水泵采用一對一變頻控制模式，水泵啟停壓力更加平穩(wěn)；并且由于多個變頻器之間互為備用，使設備的故障率降低了50%以上，配合電源管理模塊可實時采集每臺水泵的運行數(shù)據(jù)。此外，控制系統(tǒng)增加軟件自檢功能，這個功能可以排除肉眼難以發(fā)現(xiàn)的故障及潛在隱患，使系統(tǒng)的安全性得到提高。

智慧水務能從多方面解決高校供水難題。目前多數(shù)成功案例僅完成了局部節(jié)能改造，高校利用智慧水務技術改造或新建二次供水系統(tǒng)，可以從以下幾方面深入實踐。

2 校園智慧水務應用思路

2.1 提升水質(zhì)水量監(jiān)測效果

完善水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)，加強監(jiān)測市政供水水質(zhì)，同時加強監(jiān)測校園二次供水泵房的水質(zhì)，重點監(jiān)測龍頭水的水質(zhì)。與此同時，在線監(jiān)測系統(tǒng)必須全過程監(jiān)測從市政供水到樓宇管道末端管網(wǎng)系統(tǒng)的水壓水量，掌握校園用水特點，若發(fā)現(xiàn)用水量異常，需按照不同的統(tǒng)計周期，統(tǒng)計用水壓水量，數(shù)據(jù)做同環(huán)、同比分析。

2.2 二次供水泵房改造

將現(xiàn)狀二次供水泵房改造成標準化泵房或新建標準化泵房。建設項目包含終端監(jiān)測（能耗、流量、液位、壓力等）、安防監(jiān)測、部分設備更新。終端監(jiān)測系統(tǒng)采集能耗、流量、液位、壓力等信息，并根據(jù)數(shù)據(jù)信息控制二次泵房水泵的開啟與關閉，使其適應不同的運行環(huán)境[4]。運行過程中，安裝泵房安防監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控泵房環(huán)境和管理人員出入，當意外情況發(fā)生時，保證及時報警，提升泵房運行安全性。泵房采用精細化建模，通過三維平臺的漫游功能和現(xiàn)場視頻監(jiān)控設備，對泵房內(nèi)部進行多視角瀏覽。泵房管網(wǎng)采用不銹鋼管，延長管道使用年限，確保無銹跡污染水質(zhì)。

如管網(wǎng)系統(tǒng)前端采用無負壓供水，水泵一般選擇兩用一備，交替運轉。由于每個水泵損耗不同，傳統(tǒng)方法很難在運行過程中合理控制水泵的輪換[5]，但是智慧水務平臺能監(jiān)測水泵實時工況點，完成合理輪換，使泵組配置更加合理，符合國家節(jié)能降耗的要求，保證二次供水方案更具有實踐指導價值[6-7]。

3 管網(wǎng)技術改造

3.1 管網(wǎng)及水量漏損管理

按照數(shù)字工廠與數(shù)字城市要求，將管網(wǎng)施工圖和物探工程結合，摸清地下管線的位置和空間層次，對校園地下管網(wǎng)進行三維建模[8]，展現(xiàn)地下管線的埋深、走向、屬性、管徑、材質(zhì)、碰撞分析、管網(wǎng)間距、工井結構等信息，管網(wǎng)現(xiàn)狀一目了然。這項技術可以規(guī)避施工安裝造成的不合理，便于運行維護。

通過計量裝置，對用水情況進行精準計量，并結合水聽器、壓力監(jiān)測、噪聲監(jiān)測等手段，科學分析確定管網(wǎng)漏損點。

3.2 建筑內(nèi)給水管道系統(tǒng)優(yōu)化

在供水立管頂端設置回流管路，形成建筑內(nèi)部循環(huán)供水單元，縮短自來水的水力停留時間，保證及時更新供水。

建筑內(nèi)部循環(huán)供水單元戶內(nèi)采用新型鏈狀、環(huán)狀配水方式，其配水管道鏈狀、環(huán)狀連接可以通過局部阻力損失較小的雙承彎閥件實現(xiàn)。末端配水管布置成環(huán)狀時，任意一個用水設備投入使用，整個配水管網(wǎng)的水便開始流動，自來水在管道內(nèi)的停留時間就會縮短，其被污染的風險可極大降低。

4 搭建智慧水務平臺

“智慧”是指信息技術人員建立的數(shù)據(jù)中心能對錯綜復雜的數(shù)據(jù)信息實時分析，迅速處理，從而得到解決專業(yè)問題的應用算法，并將其集成到共享軟件平臺，此過程相當于發(fā)揮“人腦”的作用，實現(xiàn)預警預測[9-10]。智慧水務平臺采集數(shù)據(jù)，通過校園網(wǎng)或移動網(wǎng)絡等云計算服務租賃，將信息上傳到云端的水系統(tǒng)大數(shù)據(jù)中心進行數(shù)據(jù)加工處理、數(shù)據(jù)存儲和融合供給、數(shù)據(jù)應用，如此龐大的數(shù)據(jù)平臺可提供多種服務。例如：基礎服務、公共基礎服務、綜合監(jiān)控服務、后臺管理服務、地理信息服務。應用領域涉及校園水系統(tǒng)總覽、業(yè)務展示、供水設備管理、水量管理、水質(zhì)監(jiān)測、泵房管理、運維管理、宣傳教育管理、飲用水管理[11-12]。

智慧水務平臺的搭建，需要完成基礎設施的系統(tǒng)化建設。比如：管網(wǎng)完成計量水量、三維建模、控制漏損；大用戶供水量采用無負壓供水調(diào)蓄水量；平臺的加壓供水設備利用箱式裝置、罐式裝置、智聯(lián)設備滿足二次供水壓力；安防管控建設標準現(xiàn)代化泵房。將上述校園水務系統(tǒng)各方面數(shù)據(jù)集合在綜合管理平臺，智慧化響應并反饋信息到各終端，準確做出預判，完成自動化處理。智慧水務平臺體系如圖1所示。

圖1 智慧水務平臺體系

智慧水務平臺一般由多個系統(tǒng)集成，常見的集成系統(tǒng)有以下幾種：

（1）平臺水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。平臺水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析過程較為復雜。第一步，監(jiān)測員每天取水樣測定化驗值，并由化驗班長審核填報數(shù)值，化驗主管審批，并將最終數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)庫。監(jiān)測員登錄平臺，找到系統(tǒng)“水質(zhì)化驗”模塊，將數(shù)據(jù)庫信息歸類整理，作為進水和出水水質(zhì)分析的標準和依據(jù)。第二步，平臺實時水質(zhì)監(jiān)測，得到的數(shù)據(jù)與平臺數(shù)據(jù)庫對比分析，做出判斷結論。

（2）設備運行維護系統(tǒng)。后勤管理人員操作智慧水務平臺，找到“維護管理”模塊。第一步，管理設備臺賬、檔案、二維碼。第二步，設備和管網(wǎng)出現(xiàn)故障，平臺接收信息，調(diào)派維修工搶修，之后需要專員逐條整理設備巡檢、定期保養(yǎng)記錄并提交平臺，平臺匯總設備運維數(shù)據(jù)，做出分析，方便今后更好優(yōu)化設備運維。

（3）管網(wǎng)管理系統(tǒng)。管網(wǎng)管理系統(tǒng)實時監(jiān)測分析水流量、壓力、漏損，并對管線進行高效科學化管理，實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。管網(wǎng)檢測人員進入平臺的“管線檢測”模塊，查找管網(wǎng)數(shù)據(jù)及異常故障，以及該管網(wǎng)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫信息比對呈現(xiàn)出的分析圖；同時管網(wǎng)管理系統(tǒng)，能整合處理數(shù)據(jù)，做出預測預判，與其他系統(tǒng)實現(xiàn)資源優(yōu)化共享。

5 結語

本文提出了水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)、校園二次供水泵房、管網(wǎng)及設備的節(jié)能節(jié)水智慧化改造。搭建的智慧水務平臺，可綜合管理校園加壓泵站—供水管網(wǎng)—二次供水—水龍頭等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)所有業(yè)務關聯(lián)，完成學校從水源到水龍頭的全流程可視化管理。智慧水務平臺能調(diào)度供水并在線實時監(jiān)測水質(zhì)，保障設備運維管理工作提質(zhì)增效，及時排除管網(wǎng)故障。智慧水務平臺根據(jù)需求可以將多系統(tǒng)集成運行，今后仍需要從生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益、管理提升多角度評價校園智慧水務的應用價值。