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.山西省城鄉規劃設計研究院有限公司，山西太原 030001）

隨著“互聯網+”、物聯網和智慧城市的發展，現代化的服務管理逐漸滲透到水務行業，智能、自控感知等技術提升供水系統管理備受關注。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”供水全流程節約系統，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展階段。

1 供水現狀調研

1.1 存在問題

為初步掌握全國高校供水現狀，分析存在問題，針對性地提供解決方案，從2018年開始，陸續調研多所院校供水整體情況，內容涵蓋水源、給水管網、二次供水、用水終端及信息化。調研發現的問題如下：

（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，進而引起水質二次污染[2]。其次，供水設備老舊，不定時出現故障。

（2）電耗水耗問題。供水系統建設不重視節能減排，以至于設備運行產生諸多能耗問題[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、漏現象時有發生，水耗顯著。

（3）運維管理問題。傳統的校園水務運維主要依賴后勤人員巡檢。若泵房跨距大，各泵房間協調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的持續運行，保證持續供水。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；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據。此外，控制系統增加軟件自檢功能，這個功能可以排除肉眼難以發現的故障及潛在隱患，使系統的安全性得到提高。

智慧水務能從多方面解決高校供水難題。目前多數成功案例僅完成了局部節能改造，高校利用智慧水務技術改造或新建二次供水系統，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 提升水質水量監測效果

完善水質在線監控系統，加強監測市政供水水質，同時加強監測校園二次供水泵房的水質，重點監測龍頭水的水質。與此同時，在線監測系統必須全過程監測從市政供水到樓宇管道末端管網系統的水壓水量，掌握校園用水特點，若發現用水量異常，需按照不同的統計周期，統計用水壓水量，數據做同環、同比分析。

2.2 二次供水泵房改造

將現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測（能耗、流量、液位、壓力等）、安防監測、部分設備更新。終端監測系統采集能耗、流量、液位、壓力等信息，并根據數據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境[4]。運行過程中，安裝泵房安防監控系統，監控泵房環境和管理人員出入，當意外情況發生時，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場視頻監控設備，對泵房內部進行多視角瀏覽。泵房管網采用不銹鋼管，延長管道使用年限，確保無銹跡污染水質。

如管網系統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 管網技術改造

3.1 管網及水量漏損管理

按照數字工廠與數字城市要求，將管網施工圖和物探工程結合，摸清地下管線的位置和空間層次，對校園地下管網進行三維建模[8]，展現地下管線的埋深、走向、屬性、管徑、材質、碰撞分析、管網間距、工井結構等信息，管網現狀一目了然。這項技術可以規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、壓力監測、噪聲監測等手段，科學分析確定管網漏損點。

3.2 建筑內給水管道系統優化

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

建筑內部循環供水單元戶內采用新型鏈狀、環狀配水方式，其配水管道鏈狀、環狀連接可以通過局部阻力損失較小的雙承彎閥件實現。末端配水管布置成環狀時，任意一個用水設備投入使用，整個配水管網的水便開始流動，自來水在管道內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據中心能對錯綜復雜的數據信息實時分析，迅速處理，從而得到解決專業問題的應用算法，并將其集成到共享軟件平臺，此過程相當于發揮“人腦”的作用，實現預警預測[9-10]。智慧水務平臺采集數據，通過校園網或移動網絡等云計算服務租賃，將信息上傳到云端的水系統大數據中心進行數據加工處理、數據存儲和融合供給、數據應用，如此龐大的數據平臺可提供多種服務。例如：基礎服務、公共基礎服務、綜合監控服務、后臺管理服務、地理信息服務。應用領域涉及校園水系統總覽、業務展示、供水設備管理、水量管理、水質監測、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化建設。比如：管網完成計量水量、三維建模、控制漏損；大用戶供水量采用無負壓供水調蓄水量；平臺的加壓供水設備利用箱式裝置、罐式裝置、智聯設備滿足二次供水壓力；安防管控建設標準現代化泵房。將上述校園水務系統各方面數據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集成，常見的集成系統有以下幾種：

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

（2）設備運行維護系統。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，設備和管網出現故障，平臺接收信息，調派維修工搶修，之后需要專員逐條整理設備巡檢、定期保養記錄并提交平臺，平臺匯總設備運維數據，做出分析，方便今后更好優化設備運維。

（3）管網管理系統。管網管理系統實時監測分析水流量、壓力、漏損，并對管線進行高效科學化管理，實現狀態監控和數據分析。管網檢測人員進入平臺的“管線檢測”模塊，查找管網數據及異常故障，以及該管網數據與數據庫信息比對呈現出的分析圖；同時管網管理系統，能整合處理數據，做出預測預判，與其他系統實現資源優化共享。

5 結語

本文提出了水質監控系統、校園二次供水泵房、管網及設備的節能節水智慧化改造。搭建的智慧水務平臺，可綜合管理校園加壓泵站—供水管網—二次供水—水龍頭等環節，實現所有業務關聯，完成學校從水源到水龍頭的全流程可視化管理。智慧水務平臺能調度供水并在線實時監測水質，保障設備運維管理工作提質增效，及時排除管網故障。智慧水務平臺根據需求可以將多系統集成運行，今后仍需要從生態、經濟、社會效益、管理提升多角度評價校園智慧水務的應用價值。