智慧海绵监测控制系统的实现

张拓

（中冶南方城市建设工程技术有限公司，湖北武汉430223)

0 引言

海绵城市是新一代城市雨洪管理概念，指的是城市像海绵一样，在适应环境变化以及应对雨水带来的自然灾害等各个方面具有良好的弹性，下雨时对雨水进行蓄水、吸水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用。目前海绵城市已在全国范围内得到了普遍推广。

海绵城市是一种水资源管理策略和方法，且需要对整个系统进行全过程的监视和控制，并不断优化管控，推进智慧海绵建设成为了必然趋势。本文以中冶南方大厦海绵系统为例，详细介绍了大厦智慧海绵系统的实现［1］。

1 工艺流程

本写字楼为中冶南方大厦，地上部分由23 层A座办公楼、17 层B 座办公楼及4 层裙楼组成。建筑地下部分相互连接，形成3 层地下停车库。本楼的海绵系统包括建筑红线内的室外雨水排放管线、海绵透水铺砖下的雨水渗管、雨水回用管、室外景观给水管线及屋顶花园景观给水管线。具体的工艺流程图如图1 所示。

图1 工艺流程

根据工艺流程图［2］的要求，大厦智慧海绵监控系统需要实现如下功能：

（1）草地雨量瞬时量及累积量、排水总管流量瞬时量及累积量、雨水收集池液位瞬时量、雨水收集池SS瞬时量、环境温湿度、环境PM2.5值、渗管总管流量瞬时量及累积量的实时检测和记录，并在中控平台及户外显示屏中显示状态。

（2）排污泵、回用水泵、紫外线消毒器、自清洗过滤器、电动阀的状态显示和集中控制。

（3）实现雨水收集池液位集中自动控制功能，根据液位值联锁泵、阀动作。

（4）智慧海绵集中监控平台：与一体化回用设备控制系统（PLC）通信，在集中监控平台上能够显示雨水流向，如雨水从地面流入下沉式绿地，下渗进入渗管，再进入雨水收集池，然后回用，带动画的动态显示。显示各种仪表的数据，部分数据需经过公式计算显示，如将雨量计数据换算成径流量、液位计数据换算成容积等。数据需要具有在线数据实时查看、历史数据查看、分段累计数据查看以及各种图标形式查看等功能。

2 硬件设计

2.1 总体硬件系统［3］设计

系统拓扑图如图2 所示。

2.2 主要设备明细及规格

主要设备明细及规格如表1 所示。

2.3 主要设备性能及安装工艺

（1）流量计。本工程采用多普勒超声波流量计，其工作原理为：在超声波多普勒流量测量方法中，超声波发射器为一固定声源，随流体一起运动的固体颗粒起到与声源有相对运动的“观察者”的作用。发射声波与接收声波之间的频率差，就是由于流体中固体颗粒运动而产生的声波多普勒频移。由于这个频率差正比于流体流速，所以测量频差可以求得流速，进而可以得到流体的流量，因此适用于杂质含量较多的脏水和浆体的测量，如城市污水、污泥等。本工程流量计都安装于管道内。

（2）SS 计。SS 计全称为浊度悬浮物固体浓度传感器，其工作原理为组合红外吸收散射光技术。传感器内部包含一个红外LED 和2 个光电探测器，红外LED 发射出的红外光在传输过程中经过被测物体时会发生散射。在一定范围内，散射光光强和浊度以及悬浮固体的浓度成正比关系，在传感器内部设置2 组散射光接收光电探测器，90°散射光接收光电探测器用于测量低量程，135°散射光接收光电探测器用于测量高量程。其内部自带参考光路，用于抵消光强变化等造成的测量误差。

（3）液位计。本工程选用压力式液位计，其工作原理为：测量水压力，推算水位。它的特点是不需建静水测井，可以将传感器固定在池底，用引压管消除大气压力，从而直接测得水位。本工程设备安装在雨水收集池内。

（4）雨水回用设备。回用泵和排污泵安装在雨水收集池的最低处，排污泵比回用泵安装高度略低。在收集池侧壁预埋有防水套管，溢流主管与地面管线联通，排污泵主管连接至下游雨水井、回用泵主管和冲洗主管连接至收集池旁边的地埋式成品设备间。地埋式设备间内安装有全自动自清洗过滤器、紫外线消毒器和电动蝶阀。具体雨水回用安装图如图3所示。

图3 雨水回用设备安装示意

3 软件设计

3.1 组态软件

在现场就地控制有PLC 组态软件，可以远程控制回用泵、排污泵的启停，显示电磁阀的工作状态。且所有PLC内部各设备的运营数据都要上传到智慧海绵控制平台上，如图4 所示。

图4 组态软件主界面

3.2 智慧海绵控制平台

智慧海绵控制平台［4］主要用来呈现中冶南方大厦海绵城市相关设施设备的整体景观及其布局，如图5 所示。通过该画面，用户可以漫游整个三维场景，对大厦的整体布置进行全面了解，也可以查看每个设施设备的实时参数，了解海绵城市功能如何构成和运作。

图5 大厦海绵整体三维景观

在设备安装的集中区域，例如：点击高亮显示的雨水收集池模型，镜头将自动移动到雨水收集池附近，同时旋开设施上方覆盖的地面及其盖板，还将显示这个设施内部的所有检测设备和详细数据，如图6所示。

图6 雨水收集池及管路三维模型

此时，用户可以自由拖动三维场景，查看雨水收集池周围的各种设施，并可以查看目前雨水收集池的实时水位，如图7 所示。

图7 雨水收集池内三维模型

4 结论

智慧海绵城市是全球信息化、数字化发展到一定阶段的必然要求［5］。随着计算机和信息技术的快速发展，智能化技术在建筑电气工程中的应用向集成化发展。在新形势下，海绵城市是推动绿色建筑建设、低碳城市发展形成的创新表现，是新时代特色背景下现代绿色新技术和环境、人文等各种因素的有机结合。海绵工程智能化发展的前景将越来越广阔，也必将有着更加广阔的市场。