城市快速施工装配式智能排水装置

摘  要：一个城市的排水能力是衡量其现代化程度重要指标，如何采取经济可行的方式来改善城市排水状况，提升其排水能力，进而有效防治城市内涝的问题，引起社会与有关部门的广泛关注，为此提出了一种装配式排水管道。

关键词：装配式排水管道;无轴推进器;PID算法

中图分类号：TU992  文献标识码：A      文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

0引言

最近十几年，中国城市暴雨洪水呈多发、重发态势，从南到北，从沿海到内陆，无不受到城市内涝的侵扰，其严重破坏了城市的正常运转，给人民群众的生产生活造成了极大的影响，使生命财产遭受极大损失^[1]，由于多年来我国城市化对经济型建筑的重视。在雨水多发期，更易出现交通要道积水，阻塞交通，对市民的生活带来极大的影响，并且长时间的积水，易导致路面、楼房地基侵蚀，对城市安全带来不小挑战。在已经规划好的城市内，一些住房和交通设施等已经建设完成，所以重新对排水管道进行设计和施工难上加难，因此需要一个解决城市中心道路在雨季积水问题的办法。

1增压排水装置的设计

本产品的管道采用可装配式设计，分为输水管与进口管道两部分组成，将无轴推进器安装于输水管的内部，目的是借助推进器形成的推进力来平衡由在管道内部的流动污水产生的水利坡降，增加顺水方向水头，加快流水速度。

无轴涡轮增压器具有安全可靠，体积小，工作效率高等优点，多用作船只的动力装置，本装置创新地采用无轴推进设备来实现对污水的增压助推，利用具有较高推进效率的第一推进器来抵抗水利坡降。在较理想状态下，推进器能够具有较高的转速，并且经过合理优化后的进水口和管道系统会产生较明显的效果，效率一般会在85%～90%之间。第二其抗空泡能力强。无轴推进器在输水道中的水泵叶片比管道中其他设备具有抗气蚀的优点。通过对其结构进行改进，可以有效的防堵塞，稳定水流。此外无轴推进器的使用使排水系统具有更高的排水量与效率。

2排水装置中智能控制的实现

在竖直管道内布置水压传感器，在其外布置信号装换器，通过控制芯片中的PID算法将输入的电信号信息，经过负反馈调节，输出控制信号来对装配式排水管道的执行器即推进器进行控制，进而稳定调节控制排水。芯片中PID算法的具体参数在实验室中经过大量模拟工况实验来进行确定。控制芯片还可以将数据及时反馈给工程或抢险队员，方便其尽快部署应急方案。

系统通过下面两种方式实现控制（1）采用无轴加压器调节污水流速。（2）采用超声波传感器来测量水位与水位上升速度。

本系统为位置式PID调节算法，通过实时水位h（t）与理想标定水位（t）的比较，将两项差值e（t）=（t）- h（t）作为整个系统的输入，通过PID算法计算后得到输出控制信号即，而u（t）信号借助外部电路实现其功率放大后，通过控制涡轮增压电机的启动设备来改变其运动参数如转速等，进而控制井筒水位的高低。

u（t）作为调节系统输出和被控对象（即井筒水位）的输入，所以其控制规律为

由于水位控制调节中的取样器即超声波测距模块采集过程中，收集并发送给单片机的数据是离散的，因此要将水位调节的控制规律的表达式做些许调整，即下式

其中，  k—— 采样序号                          ——比例系数

——第k次采样时刻的输出值            ——积分系数

——第k次采样时刻输入的偏差值       ——微分系数

——第k-1次采样时刻输入的偏差值

3建筑工程造价动态管控的相关有效措施

通过对装配式自控排水系统的设计，解决排水管道的增压排水问题，以此减少在城市要道的施工时间、减少排水装置的占地面积、增加排水量，实现城市高效排水，避免城市路段大量積水，最大限度地发挥城市排水的作用，切实减少城市内涝带来的损失。

（1）本装置易于施工，安装简单可靠，其本身可以自由应对多种复杂多变施工情况。对城市排水装置的改进与设计，应用前景巨大，具有良好的市场前景，贴近生活，服务社会。

（2）在道路防水施工的过程中，防水材料的选择相当重要，合适的防水材料既提高了工程质量又可以降低成本，起到优良的防水效果。同时，因为道路对材料的要求较高，采用刚性和柔性相结合的防水材料设计，通过将柔性防水材料涂于管道内侧和外侧，以减缓接缝处钢管的锈蚀，极大地提升装配式结构整体的防水效果。不仅能提高防水质量，更能简化施工工序，降低后期维护的难度，降本增效。

（3）装配式自控排水系统可以对排水装置进行输出功率的科学自动调整，其自动调节所依据的参数为城市的降雨量及其城市所产生的污水量，采用这种方式，大大节约了整个排水系统的耗电量，达到了节能的目的。通过传感器传输出的数据可以使抢险维修人员很方便的了解掌握水位及其他有用信息，以利于对城市排水的统筹规划以及险情预报。

（4）通过设计装配式排水管道，使管道自由布置，借助推进器形成的推进力来平衡由在管道内部的流动污水产生的水利坡降，增加顺水方向水头，加快流水速度。假设一条排水管道长度2km，在沿着路程配设2个推进器进行加压排水，管道为直径为40cm的钢管水平，在有无推进器工作条件下进行排水能力的比较。经过计算在自然情况下排水量流速为0.53米每秒，在有推进器情况下满载工作时流速为4.7米每秒，我们这套排水设备的工作效率为自然情况下管道排水能力的8-9倍。在解决已经完成规划和施工的主要城市的内涝问题上，局部配设该装配式排水管道是尤为必要的。

4結语

暴雨过后凸显出的城市内涝问题，使我国城市现代化建设进入瓶颈期，做好城市暴雨内涝灾害防治与应急刻不容缓^[2]。随着城市基础设施的不断完善，这种为解决城市内涝问题而设计的装配式排水管道将会很快普及，相信城市内涝在不久以后将会在很大程度上得到改善。

参考文献

[1] 钱树芹，高秋霖，张丽.浅议我国城市暴雨洪灾内涝原因及对策[J].人民珠江，2012，33（06）：61-63.

[2] 胡平.基于Landsat 8的成都市中心城区城市热岛效应研究[D].成都理工大学，2015.

收稿日期：2019-05-19

作者简介：谢石璞（1998—），男，山东济宁人，本科在读，研究方向：机械设计制造及其自动化。

Urban Rapid Construction Assembled Intelligent Drainage Device

XIE Shi-zhen

（Shandong University of Science and Technology， Taian  Shandong  271000）

Abstract： The drainage capacity of a city is an important indicator to measure its modernization degree. How to adopt an economically viable way to improve urban drainage and improve its drainage capacity， so as to effectively prevent urban infighting problems， and cause widespread concern of the society and relevant departments. This proposes a fabricated drainage pipe.

Keywords： assembled drainage pipe; shaftless propeller; PID algorithm