智慧水務(wù)在高校建筑二次供水的應(yīng)用研究
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(wù)管理逐漸滲透到水務(wù)行業(yè)，智能、自控感知等技術(shù)提升供水系統(tǒng)管理備受關(guān)注。校園智慧水務(wù)是利用信息化技術(shù)獲得、處理、反饋并公開(kāi)水務(wù)信息，進(jìn)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。目前，全國(guó)高校智慧水務(wù)建設(shè)仍處于起步和發(fā)展階段。
一、供水現(xiàn)狀調(diào)研
（一） 存在問(wèn)題
為初步掌握全國(guó)高校供水現(xiàn)狀，分析存在問(wèn)題，針對(duì)性地提供解決方案，從2018年開(kāi)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(wèn)題如下：?
（1）安全問(wèn)題。首先，管件老化且鑄鐵管壁逐 年脆化形成大面積沙眼，導(dǎo)致管道存在不同程度腐 蝕漏損，進(jìn)而引起水質(zhì)二次污染。其次，供水設(shè) 備老舊，不定時(shí)出現(xiàn)故障。
（2）電耗水耗問(wèn)題。供水系統(tǒng)建設(shè)不重視節(jié)能減排，以至于設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生諸多能耗問(wèn)題。例如：水泵水箱選型大，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程電耗嚴(yán)重；個(gè)別院校管 路老化破損，跑、冒、滴、漏現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，水耗顯著。
（3）運(yùn)維管理問(wèn)題。傳統(tǒng)的校園水務(wù)運(yùn)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(tái)供水設(shè)備 的信息化管理水平參差不齊，若想一個(gè)平臺(tái)自動(dòng)化管理所有設(shè)備，困難重重。
（二）成功案例
隨著智慧城市和智慧水務(wù)技術(shù)的發(fā)展，部分高校逐漸嘗試在水務(wù)管理中應(yīng)用新技術(shù)。例如：山西大學(xué)利用PLC和工控機(jī)組成的雙控制器維持系統(tǒng)的 持續(xù)運(yùn)行，保證持續(xù)供水。二次供水水泵采用一對(duì)一變頻控制模式，水泵啟停壓力更加平穩(wěn)；并且由于多個(gè)變頻器之間互為備用，使設(shè)備的故障率降低 了50%以上，配合電源管理模塊可實(shí)時(shí)采集每臺(tái)水泵的運(yùn)行數(shù)據(jù)。此外，控制系統(tǒng)增加軟件自檢功能，這個(gè)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(wù)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(wù)技術(shù)改造或新建二次供水系統(tǒng)，可以從以下幾方面深入實(shí)踐。
二、校園智慧水務(wù)應(yīng)用思路
（一）提升水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)效果
完善水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)市政供水水質(zhì)，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)校園二次供水泵房的水質(zhì)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)龍頭水的水質(zhì)。與此同時(shí)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須 全過(guò)程監(jiān)測(cè)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(diǎn)，若發(fā)現(xiàn)用水量異常，需按照不同的統(tǒng)計(jì)周期，統(tǒng)計(jì)用水壓水量，數(shù) 據(jù)做同環(huán)、同比分析。
（二）二次供水泵房改造
將現(xiàn)狀二次供水泵房改造成標(biāo)準(zhǔn)化泵房或新建標(biāo)準(zhǔn)化泵房。建設(shè)項(xiàng)目包含終端監(jiān)測(cè)（能耗、流量、液位、壓力等）、安防監(jiān)測(cè)、部分設(shè)備更新。終端監(jiān)測(cè)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(kāi)啟與關(guān)閉，使其適應(yīng)不同的運(yùn)行環(huán)境?。運(yùn)行過(guò)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(dāng)意外情況發(fā)生時(shí)，保證及時(shí)報(bào)警，提升泵房運(yùn)行安全性。泵房采用精細(xì)化建模，通過(guò)三維平臺(tái) 的漫游功能和現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控設(shè)備，對(duì)泵房?jī)?nèi)部進(jìn)行多視角瀏覽。泵房管網(wǎng)采用不銹鋼管，延長(zhǎng)管道使用年限，確保無(wú)銹跡污染水質(zhì)。如管網(wǎng)系統(tǒng)前端采用無(wú)負(fù)壓供水，水泵一般選擇兩用一備，交替運(yùn)轉(zhuǎn)。由于每個(gè)水泵損耗不同， 傳統(tǒng)方法很難在運(yùn)行過(guò)程中合理控制水泵的輪換，但是智慧水務(wù)平臺(tái)能監(jiān)測(cè)水泵實(shí)時(shí)工況點(diǎn)，完成合理輪換，使泵組配置更加合理，符合國(guó)家節(jié)能降耗的要求，保證二次供水方案更具有實(shí)踐指導(dǎo)價(jià)值。?
三、管網(wǎng)技術(shù)改造
（一）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(jié)合，摸清地下管線的位置和空間層次，對(duì)校園地下管網(wǎng)進(jìn)行三維建模，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(jié)構(gòu)等信息，管網(wǎng)現(xiàn)狀一目了然。這項(xiàng)技術(shù)可以規(guī)避施工安裝造成的不合理，便于運(yùn)行維護(hù)。通過(guò)計(jì)量裝置，對(duì)用水情況進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)量，并結(jié)合水聽(tīng)器、壓力監(jiān)測(cè)、噪聲監(jiān)測(cè)等手段，科學(xué)分析確定管網(wǎng)漏損點(diǎn)。
（二）建筑內(nèi)給水管道系統(tǒng)優(yōu)化
在供水立管頂端設(shè)置回流管路，形成建筑內(nèi)部循環(huán)供水單元，縮短自來(lái)水的水力停留時(shí)間，保證及時(shí)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(guò)局部阻力損失較小的雙承彎閥件實(shí)現(xiàn)。末端配水管 布置成環(huán)狀時(shí)，任意一個(gè)用水設(shè)備投入使用，整個(gè)配水管網(wǎng)的水便開(kāi)始流動(dòng)，自來(lái)水在管道內(nèi)的停留 時(shí)間就會(huì)縮短，其被污染的風(fēng)險(xiǎn)可極大降低。?
四、搭建智慧水務(wù)平臺(tái)?
“智慧”是指信息技術(shù)人員建立的數(shù)據(jù)中心能對(duì)錯(cuò)綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)分析，迅速處理，從而得到解決專業(yè)問(wèn)題的應(yīng)用算法，并將其集成到共享軟件平臺(tái)，此過(guò)程相當(dāng)于發(fā)揮“人腦”的作用，實(shí)現(xiàn)預(yù)警預(yù)測(cè)。智慧水務(wù)平臺(tái)采集數(shù)據(jù)，通過(guò)校園網(wǎng)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等云計(jì)算服務(wù)租賃，將信息上傳到云端的水系統(tǒng)大數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)加工處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和融合供給、數(shù)據(jù)應(yīng)用，如此龐大的數(shù)據(jù)平臺(tái)可提供多種服務(wù)。
例如：基礎(chǔ)服務(wù)、公共基礎(chǔ)服務(wù)、 綜合監(jiān)控服務(wù)、后臺(tái)管理服務(wù)、地理信息服務(wù)。應(yīng)用領(lǐng)域涉及校園水系統(tǒng)總覽、業(yè)務(wù)展示、供水設(shè)備管理、水量管理、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、泵房管理、運(yùn)維管 理、宣傳教育管理、飲用水管理。智慧水務(wù)平臺(tái)的搭建，需要完成基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)化建設(shè)。比如：管網(wǎng)完成計(jì)量水量、三維建模、控制漏損；大用戶供水量采用無(wú)負(fù)壓供水調(diào)蓄水量；平臺(tái)的加壓供水設(shè)備利用箱式裝置、罐式裝置、智聯(lián)設(shè)備滿足二次供水壓力；安防管控建設(shè)標(biāo) 準(zhǔn)現(xiàn)代化泵房。將上述校園水務(wù)系統(tǒng)各方面數(shù)據(jù)集合在綜合管理平臺(tái)，智慧化響應(yīng)并反饋信息到各終端，準(zhǔn)確做出預(yù)判，完成自動(dòng)化處理。
智慧水務(wù)平臺(tái)一般由多個(gè)系統(tǒng)集成，常見(jiàn)的集成系統(tǒng)有以下幾種：
（1）平臺(tái)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
平臺(tái)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析過(guò)程較為復(fù)雜。第一步，監(jiān)測(cè)員每天取水樣 測(cè)定化驗(yàn)值，并由化驗(yàn)班長(zhǎng)審核填報(bào)數(shù)值，化驗(yàn)主管審批，并將最終數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)庫(kù)。監(jiān)測(cè)員登錄平臺(tái)，找到系統(tǒng)“水質(zhì)化驗(yàn)”模塊，將數(shù)據(jù)庫(kù)信息歸 類整理，作為進(jìn)水和出水水質(zhì)分析的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。第二步，平臺(tái)實(shí)時(shí)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，得到的數(shù)據(jù)與平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比分析，做出判斷結(jié)論。?
（2）設(shè)備運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)。
后勤管理人員操作智慧水務(wù)平臺(tái)，找到“維護(hù)管理”模塊。第一步，管理設(shè)備臺(tái)賬、檔案、二維碼。第二步，設(shè)備和管網(wǎng) 出現(xiàn)故障，平臺(tái)接收信息，調(diào)派維修工搶修，之后需要專員逐條整理設(shè)備巡檢、定期保養(yǎng)記錄并提交平臺(tái)，平臺(tái)匯總設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)，做出分析，方便今后更好優(yōu)化設(shè)備運(yùn)維。?
（3）管網(wǎng)管理系統(tǒng)。
管網(wǎng)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析水流量、壓力、漏損，并對(duì)管線進(jìn)行高效科學(xué)化管理，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。管網(wǎng)檢測(cè)人員進(jìn)入平臺(tái)的“管線檢測(cè)”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(kù)信息比對(duì)呈現(xiàn)出的分析圖；同時(shí)管網(wǎng)管理系統(tǒng)，能整合處理數(shù)據(jù)，做出預(yù)測(cè)預(yù)判，與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化共享。
五、結(jié)語(yǔ)
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(shè)備的節(jié)能節(jié)水智慧化改造。搭建的智慧水務(wù)平臺(tái)，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(shí)現(xiàn)所有業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，完成學(xué)校從水源到水龍頭的全流程可視化管理。智慧水務(wù)平臺(tái)能調(diào)度供水并在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)，保障設(shè)備運(yùn)維管理工作提質(zhì)增效，及時(shí)排除管網(wǎng)故障。智慧水務(wù)平臺(tái)根據(jù)需求可以將多系統(tǒng)集成運(yùn)行，今后仍需要從生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益、管理 提升多角度評(píng)價(jià)校園智慧水務(wù)的應(yīng)用價(jià)值。