智慧水务在高校建筑二次供水的应用研究

刘幼琼 王延涛

（1.山西工商学院，山西太原 030006；2.山西省城乡规划设计研究院有限公司，山西太原 030001）

随着“互联网+”、物联网和智慧城市的发展，现代化的服务管理逐渐渗透到水务行业，智能、自控感知等技术提升供水系统管理备受关注。校园智慧水务是利用信息化技术获得、处理、反馈并公开水务信息，进而高效管理校园给水、直饮水、热水、景观用水和排水收集处理再利用，建成从“源头到龙头”供水全流程节约系统，是智慧校园的一部分[1]。目前，全国高校智慧水务建设仍处于起步和发展阶段。

1 供水现状调研

1.1 存在问题

为初步掌握全国高校供水现状，分析存在问题，针对性地提供解决方案，从2018年开始，陆续调研多所院校供水整体情况，内容涵盖水源、给水管网、二次供水、用水终端及信息化。调研发现的问题如下：

（1）安全问题。首先，管件老化且铸铁管壁逐年脆化形成大面积沙眼，导致管道存在不同程度腐蚀漏损，进而引起水质二次污染[2]。其次，供水设备老旧，不定时出现故障。

（2）电耗水耗问题。供水系统建设不重视节能减排，以至于设备运行产生诸多能耗问题[3]。例如：水泵水箱选型大，运转过程电耗严重；个别院校管路老化破损，跑、冒、滴、漏现象时有发生，水耗显著。

（3）运维管理问题。传统的校园水务运维主要依赖后勤人员巡检。若泵房跨距大，各泵房间协调管理需要高校投入更多成本。此外，每台供水设备的信息化管理水平参差不齐，若想一个平台自动化管理所有设备，困难重重。

1.2 成功案例

随着智慧城市和智慧水务技术的发展，部分高校逐渐尝试在水务管理中应用新技术。例如：山西大学利用PLC和工控机组成的双控制器维持系统的持续运行，保证持续供水。二次供水水泵采用一对一变频控制模式，水泵启停压力更加平稳；并且由于多个变频器之间互为备用，使设备的故障率降低了50%以上，配合电源管理模块可实时采集每台水泵的运行数据。此外，控制系统增加软件自检功能，这个功能可以排除肉眼难以发现的故障及潜在隐患，使系统的安全性得到提高。

智慧水务能从多方面解决高校供水难题。目前多数成功案例仅完成了局部节能改造，高校利用智慧水务技术改造或新建二次供水系统，可以从以下几方面深入实践。

2 校园智慧水务应用思路

2.1 提升水质水量监测效果

完善水质在线监控系统，加强监测市政供水水质，同时加强监测校园二次供水泵房的水质，重点监测龙头水的水质。与此同时，在线监测系统必须全过程监测从市政供水到楼宇管道末端管网系统的水压水量，掌握校园用水特点，若发现用水量异常，需按照不同的统计周期，统计用水压水量，数据做同环、同比分析。

2.2 二次供水泵房改造

将现状二次供水泵房改造成标准化泵房或新建标准化泵房。建设项目包含终端监测（能耗、流量、液位、压力等）、安防监测、部分设备更新。终端监测系统采集能耗、流量、液位、压力等信息，并根据数据信息控制二次泵房水泵的开启与关闭，使其适应不同的运行环境[4]。运行过程中，安装泵房安防监控系统，监控泵房环境和管理人员出入，当意外情况发生时，保证及时报警，提升泵房运行安全性。泵房采用精细化建模，通过三维平台的漫游功能和现场视频监控设备，对泵房内部进行多视角浏览。泵房管网采用不锈钢管，延长管道使用年限，确保无锈迹污染水质。

如管网系统前端采用无负压供水，水泵一般选择两用一备，交替运转。由于每个水泵损耗不同，传统方法很难在运行过程中合理控制水泵的轮换[5]，但是智慧水务平台能监测水泵实时工况点，完成合理轮换，使泵组配置更加合理，符合国家节能降耗的要求，保证二次供水方案更具有实践指导价值[6-7]。

3 管网技术改造

3.1 管网及水量漏损管理

按照数字工厂与数字城市要求，将管网施工图和物探工程结合，摸清地下管线的位置和空间层次，对校园地下管网进行三维建模[8]，展现地下管线的埋深、走向、属性、管径、材质、碰撞分析、管网间距、工井结构等信息，管网现状一目了然。这项技术可以规避施工安装造成的不合理，便于运行维护。

通过计量装置，对用水情况进行精准计量，并结合水听器、压力监测、噪声监测等手段，科学分析确定管网漏损点。

3.2 建筑内给水管道系统优化

在供水立管顶端设置回流管路，形成建筑内部循环供水单元，缩短自来水的水力停留时间，保证及时更新供水。

建筑内部循环供水单元户内采用新型链状、环状配水方式，其配水管道链状、环状连接可以通过局部阻力损失较小的双承弯阀件实现。末端配水管布置成环状时，任意一个用水设备投入使用，整个配水管网的水便开始流动，自来水在管道内的停留时间就会缩短，其被污染的风险可极大降低。

4 搭建智慧水务平台

“智慧”是指信息技术人员建立的数据中心能对错综复杂的数据信息实时分析，迅速处理，从而得到解决专业问题的应用算法，并将其集成到共享软件平台，此过程相当于发挥“人脑”的作用，实现预警预测[9-10]。智慧水务平台采集数据，通过校园网或移动网络等云计算服务租赁，将信息上传到云端的水系统大数据中心进行数据加工处理、数据存储和融合供给、数据应用，如此庞大的数据平台可提供多种服务。例如：基础服务、公共基础服务、综合监控服务、后台管理服务、地理信息服务。应用领域涉及校园水系统总览、业务展示、供水设备管理、水量管理、水质监测、泵房管理、运维管理、宣传教育管理、饮用水管理[11-12]。

智慧水务平台的搭建，需要完成基础设施的系统化建设。比如：管网完成计量水量、三维建模、控制漏损；大用户供水量采用无负压供水调蓄水量；平台的加压供水设备利用箱式装置、罐式装置、智联设备满足二次供水压力；安防管控建设标准现代化泵房。将上述校园水务系统各方面数据集合在综合管理平台，智慧化响应并反馈信息到各终端，准确做出预判，完成自动化处理。智慧水务平台体系如图1所示。

图1 智慧水务平台体系

智慧水务平台一般由多个系统集成，常见的集成系统有以下几种：

（1）平台水质监测系统。平台水质监测系统数据分析过程较为复杂。第一步，监测员每天取水样测定化验值，并由化验班长审核填报数值，化验主管审批，并将最终数据放到数据库。监测员登录平台，找到系统“水质化验”模块，将数据库信息归类整理，作为进水和出水水质分析的标准和依据。第二步，平台实时水质监测，得到的数据与平台数据库对比分析，做出判断结论。

（2）设备运行维护系统。后勤管理人员操作智慧水务平台，找到“维护管理”模块。第一步，管理设备台账、档案、二维码。第二步，设备和管网出现故障，平台接收信息，调派维修工抢修，之后需要专员逐条整理设备巡检、定期保养记录并提交平台，平台汇总设备运维数据，做出分析，方便今后更好优化设备运维。

（3）管网管理系统。管网管理系统实时监测分析水流量、压力、漏损，并对管线进行高效科学化管理，实现状态监控和数据分析。管网检测人员进入平台的“管线检测”模块，查找管网数据及异常故障，以及该管网数据与数据库信息比对呈现出的分析图；同时管网管理系统，能整合处理数据，做出预测预判，与其他系统实现资源优化共享。

5 结语

本文提出了水质监控系统、校园二次供水泵房、管网及设备的节能节水智慧化改造。搭建的智慧水务平台，可综合管理校园加压泵站—供水管网—二次供水—水龙头等环节，实现所有业务关联，完成学校从水源到水龙头的全流程可视化管理。智慧水务平台能调度供水并在线实时监测水质，保障设备运维管理工作提质增效，及时排除管网故障。智慧水务平台根据需求可以将多系统集成运行，今后仍需要从生态、经济、社会效益、管理提升多角度评价校园智慧水务的应用价值。