智慧校園給排水工程規(guī)劃研究

趙星明，王 萱，宋 芹

(山東農(nóng)業(yè)大學 水利土木學院，山東 泰安 271018)

智慧校園給排水工程規(guī)劃研究

趙星明，王 萱，宋 芹

(山東農(nóng)業(yè)大學 水利土木學院，山東 泰安 271018)

智慧校園的給排水工程規(guī)劃與設計應遵循智慧校園水務的理念，校園的給排水設施建成后，可以按照智慧校園水務的模式進行維護和運行管理。智慧校園水務是通過信息化技術(shù)方法獲得、處理并公開校園水務信息，從而有效地管理校園的給水、直飲水、熱水、污廢雨水收集處理和再利用、景觀用水等過程，是智慧校園主要的組成部分。在智慧節(jié)約型校園建設中，給排水工程占有很大比例。以智慧校園規(guī)劃為目標，結(jié)合校園地下管網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展趨勢闡述給排水工程建設的重要性，提出校園地下綜合管廊的規(guī)劃思想，探討智慧化理念在給排水工程中的應用，重點針對水管網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控、管道直飲水系統(tǒng)、再生水利用、校園海綿體的雨水資源化等方面進行了研究，提出校園地下綜合管廊和校園海綿體建設理念，說明智慧化理念在校園建設中將會得到更廣泛應用。

智慧校園；綜合管廊；給水管網(wǎng)；再生水；雨水

智慧校園的給排水工程規(guī)劃與設計應遵循智慧校園水務的理念，當校園的給排水設施建成后，可以按照智慧校園水務的模式進行維護和運行管理。

智慧校園水務是通過信息化技術(shù)方法獲得、處理并公開校園水務信息，從而有效地管理校園的給水、直飲水、熱水、污廢雨水收集處理和再利用、景觀用水等過程，是智慧校園主要的組成部分。

實現(xiàn)智慧校園水務應采取的工程措施需采取BIM的設計理念，進行系統(tǒng)科學地規(guī)劃、論證、研究、設計、模擬等。充分利用地下空間，建設校園二次供水系統(tǒng)、直飲水處理系統(tǒng)、熱水供應系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)生活廢水處理系統(tǒng)、雨水蓄水池、再生水調(diào)節(jié)池及提升供應系統(tǒng)等。建設校園地下綜合管廊，科學合理布設智慧校園水務的所有管道以及供熱、空調(diào)、通風、通信等管道。按生態(tài)校園的理念進行規(guī)劃設計，充分利用天然降水，鋪設海綿透水道路，用本地植物覆蓋天然植被以吸收初降雨水，然后再收集優(yōu)質(zhì)雨水進行凈化、存蓄、排放，可用于景觀用水和草地灌溉，建設一個智慧型海綿校園。建筑物內(nèi)實行污廢分流，校園實行污廢雨分流，充分利用校園的周邊生態(tài)環(huán)境和土地資源，用人工濕地工藝對污廢水進行預處理，再經(jīng)過優(yōu)質(zhì)生活廢水處理系統(tǒng)達到再生水回用的目的，可節(jié)省大量的自來水。

1 校園地下綜合管廊

智慧校園的地下綜合管廊是指在校園地下用于集中敷設給水、排水、電力、通信、熱力等市政管線的公共隧道，設有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測系統(tǒng)，實施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設計、統(tǒng)一建設和管理，是保障校園運行的重要基礎設施和“生命線”。

建設地下綜合管廊可解決架空線網(wǎng)密集、路面頻繁重復開挖、經(jīng)常發(fā)生管線事故等問題，極大方便了給水、排水、電力、通信、熱力等設施的維護和檢修，降低了路面多次翻修的費用和工程管線的維修費用。保持了路面的完整性和各類管線的耐久性。便于各種管線的敷設、增減、維修和日常管理。由于共同溝內(nèi)管線布置緊湊合理，有效利用了道路下的空間，拓展了校園地面面積。由于減少了道路的桿柱及各種管線的檢查井、室等，有利于保障校園安全，優(yōu)美了校園的景觀。由于架空管線一起入地，減少架空線與綠化的矛盾，增加了校園的美化創(chuàng)意空間。

共同溝在發(fā)達國家已有一個多世紀的歷史，其系統(tǒng)日趨完善并形成更大的規(guī)模。我國從2015年開始推進城市地下綜合管廊的建設，頒布并實施了《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB50838-2015)，這將對我國綜合管廊建設起到積極的推動作用。發(fā)改委、財政部等相關(guān)部門也給予專項資金補助，大力支持地下綜合管廊建設。

地下綜合管廊的建設是實現(xiàn)智慧校園的關(guān)鍵工程，廣州大學城、北京師范大學沙河校區(qū)、華工華農(nóng)兩校、廣西師范大學等高校都在建設校園綜合管廊。

校園地下綜合管廊通過建立地下管線綜合管理信息系統(tǒng)進行管理工作，將信息系統(tǒng)與智慧校園管理系統(tǒng)、智慧校園水務有機結(jié)合。實現(xiàn)地下管線信息的資源共享，建立和完善地下管線管理與維護機制。

2 校園給水管網(wǎng)系統(tǒng)

校園的給水管網(wǎng)是一個龐大的網(wǎng)絡系統(tǒng)，進行科學調(diào)度可在保證供水流量、壓力和水質(zhì)滿足有關(guān)標準的條件下，盡量節(jié)省供水的能量、物質(zhì)和人力資源消耗，降低供水成本，提高供水系統(tǒng)安全性能和運行管理水平。

2.1 給水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的特點

給水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)是對校園的供水管網(wǎng)進行科學論證的基礎上，優(yōu)化設置壓力、流量、水質(zhì)等監(jiān)測點，主要設置點為校園供水點、二次加壓泵站和校園總進水管，由監(jiān)測點的傳感器采集信號，通過有線或無線網(wǎng)絡、有線或無線通訊信道將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到給水管網(wǎng)監(jiān)控與調(diào)度中心，計算機對各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行分析，做出對給水管網(wǎng)運行情況進行合理調(diào)度的判斷。通過建設校園的給水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，可以合理地調(diào)配水資源的用量，掌控整個管網(wǎng)的水質(zhì)情況，保證整個管網(wǎng)系統(tǒng)安全可靠，經(jīng)濟運行。

2.2 給水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的功能

給水管網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)采用管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)，運用計算機的運算和模擬能力，借助水質(zhì)動態(tài)模擬軟件，實現(xiàn)供水管網(wǎng)的運行調(diào)度管理。

2.2.1 給水管網(wǎng)實時監(jiān)控系統(tǒng)

為了全面反映校園供水管網(wǎng)的壓力、流量、漏損量，能夠及時準確地掌握校園供水的瞬態(tài)變化，需進行科學研究，確定供水管網(wǎng)監(jiān)測點的數(shù)量和位置，在監(jiān)測點位置處設置壓力計和流量計。對整個給水管網(wǎng)的長期監(jiān)測，能夠收集大量的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析可了解不同時間、季節(jié)和時段供水區(qū)域的需水量的不同變化，為經(jīng)濟合理調(diào)度提供科學依據(jù)。在監(jiān)測點上可以采用不同類型控制設備進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，采用遠程通訊方式傳送至中心調(diào)度室進行集中管理，并在模擬屏或計算機上實時顯示、連續(xù)監(jiān)測和自動記錄，作為運行調(diào)度的決策依據(jù)。

對校園進行合理分區(qū)供水，根據(jù)不同分區(qū)的用水情況，可遠程控制各個分區(qū)的供水，同時控制二次壓力泵的運行臺數(shù)。夜間可關(guān)閉教學區(qū)的供水，根絕跑冒滴漏造成的水浪費。

2.2.2 地理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)

建立給水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)是以校園地形圖為背景，以供水管網(wǎng)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)為核心，利用計算機技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、圖象處理技術(shù)、多媒體技術(shù)，開發(fā)出適合實際需要的供水管網(wǎng)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)管網(wǎng)基礎資料的動態(tài)管理。提供管網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計以及各種報表輸出等管理功能；實現(xiàn)管網(wǎng)水力分析，可提供事故工況的關(guān)閥處理措施，發(fā)生火災時自動警示的功能等；實現(xiàn)給水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的全面管理，建立科學的供水管網(wǎng)預測模型。

3 校園智能管道直飲水系統(tǒng)

直飲水供給系統(tǒng)是對原水進行深度凈化處理，再通過由食品級的專用水管組成循環(huán)管網(wǎng)的方式輸送到終端用戶的系統(tǒng)工程。

在校園的地下空間按設計規(guī)模安裝智能直飲水主機，生產(chǎn)制造出健康活性直飲水，然后經(jīng)由恒壓滅菌機通過封閉管網(wǎng)輸送至宿舍、圖書館、教學樓、實驗樓、體育場、娛樂場所等各飲水智能終端，用校園卡隨取隨飲。

在直飲水管道輸送和分配系統(tǒng)上，科學合理設置監(jiān)測點，及時準確地掌握直飲水的壓力、流量、pH值和電導率等，控制直飲水管道系統(tǒng)的循環(huán)水量。在監(jiān)測點上可以采用不同類型控制設備進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，采用遠程通訊方式傳送至中心調(diào)度室進行集中管理，并在模擬屏或計算機上實時顯示、連續(xù)監(jiān)測和自動記錄，作為運行調(diào)度的決策依據(jù)。

4 校園智能熱水系統(tǒng)

校園的熱水系統(tǒng)主要用于公共浴室，在開放式高等教育的管理模式下，存著浴室洗澡長時間占用噴頭、熱水流失嚴重等浪費現(xiàn)象，因此除注重對使用者的行為管理和厲行節(jié)約的宣傳教育，以及加強管理機制外，還應強化利用智能技術(shù)的應用方面進行節(jié)約型校園建設的細化改造。

浴室節(jié)水控制系統(tǒng)可采用非接觸式IC卡作為消費載體，完成用水消費的自動化控制。該系統(tǒng)集成了智能識別、計算機和自動控制等高新技術(shù)成果。一般由射頻卡、智能控水器、計量單元、閥門、系統(tǒng)管理平臺等組成。學生持射頻卡接近智能控水器的讀卡區(qū)，智能控水器讀取并識別卡片信息，即開閥取水。開閥后依據(jù)設定的計費標準計費，關(guān)閉閥門則計費停止。使用浴室節(jié)水控制系統(tǒng)可提高洗浴設施的使用率，洗浴環(huán)境得到了改善，有效解決水資源的浪費現(xiàn)象，節(jié)水效果明顯，把節(jié)約型校園建設的真正落實到實處。

5 校園再生水利用系統(tǒng)

再生水是將生活廢水處理后，其水質(zhì)介于污水和自來水之間，但能滿足一定的使用要求，在一定范圍內(nèi)使用的非飲用水，它的使用成本較低，實現(xiàn)水生態(tài)的良性循環(huán)，有助于改善生態(tài)環(huán)境。在校園內(nèi)使用再生水，其水量集中、受季節(jié)和氣候影響小，是一種穩(wěn)定的水資源。再生水主要用于校園景觀和綠地澆灌、道路與建筑沖洗、農(nóng)田灌溉，也常做為“水景觀”的環(huán)境用水，也可用于消防、空調(diào)和水沖廁等市政雜用。

高校由于其用水群體的特殊性，人口密度遠高于普通居民住房，是用水和排水較集中的地方。校園用水集中在學生宿舍和教學樓，用水構(gòu)成主要由教學、科研用水、宿舍生活用水和浴室用水四部分組成。其中，盥洗、洗浴和洗衣廢水處理容易，成本低，處理后可用于沖廁、室內(nèi)雜用及景觀綠化用水，是主要的優(yōu)質(zhì)中水水源。在建設校園再生水利用系統(tǒng)時，可收集洗滌及盥洗廢水、淋浴廢水、教學區(qū)用水等，這類廢水的主要污染物為COD、NH3-N、TP、陰離子洗滌劑(LAS)等，污染程度低且組分相對單一，屬于易處理型污水。

通過對智慧校園的再生水利用可以提升有限水資源的供水效率，保障校園良好的生態(tài)環(huán)境，優(yōu)化污水處理與再生水供水系統(tǒng)。再生水的利用需要建設一套完整的優(yōu)質(zhì)廢水收集系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、再生水管道系統(tǒng)等，在線監(jiān)測水質(zhì)情況、管線瞬時水量和水壓、調(diào)節(jié)水位和再生水管道的在線監(jiān)控，以科學地解決水量平衡矛盾，保證水質(zhì)達標，再生水管道安全運行。

6 校園海綿體

校園的開放空間面積大、綠地比例高，適合開展以綠色基礎設施為主體的雨水控制利用系統(tǒng)的建設。海綿校園不是需要特別去選擇一個區(qū)域來修建，每個區(qū)域從現(xiàn)在做起都可以體現(xiàn)“海綿”的優(yōu)勢，這就需要對建設用地、綠地、景觀的儲水設施作出科學合理的規(guī)劃，打造一個校園水生態(tài)系統(tǒng)。海綿校園的關(guān)鍵要有“海綿體”，“海綿體”既包括河、湖、池塘、景觀等水系，也包括綠地、花園、可滲透路面這樣的城市配套設施。雨水通過這些“海綿體”下滲、滯蓄、凈化、回用，最后剩余部分徑流通過管網(wǎng)、泵站外排，從而可有效提高校園排水系統(tǒng)的標準。

7 結(jié)語

在校園的規(guī)劃與設計過程中，運用了智慧化理念，與信息化技術(shù)和自動控制相結(jié)合，結(jié)合給排水工程發(fā)展新技術(shù)，進行了多學科的合作研究，形成一套較完整的智慧校園給排水工程規(guī)劃與設計的新思路。智慧校園給排水工程的建設，是一項繁瑣龐大的工程，涉及到給水、直飲水、熱水、污廢雨水收集處理和再利用、景觀用水等各個方面，并提出了校園地下綜合管廊和校園海綿體的建設理念。相信智慧化理念在校園建設中會得到更加廣泛的應用，按照智慧校園水務的模式進行維護和運行管理也會更加高效、智慧、協(xié)調(diào)，給排水工程必將成為智慧校園主要的組成部分。

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Research on water supply and drainage planning of smart campus

ZHAO Xing-ming，WANG Xuan，SONG qin

(College of Hydraulic and Civil engineering,Shandong Agricultural University,Taian 271018,China)

Water supply and drainage planning and designing of Smart Campus should follow the concept of water affairs in Smart Campus. After the completion of the water supply and drainage facilities of the campus, it can be maintained and managed according to the Smart Campus mode of water affairs. Smart Campus water affairs acquire, manage and disclose the information of campus water affairs by the method of information technology,Thus it can effectively manage the campus water supply and direct drinking water, hot water, sewage waste rainwater collection, processing and recycling process, landscape water and so on.It is a major part of Smart Campus. During the construction of Smart Campus, water supply and drainage projects account for a large proportion. To plan the Smart Campus, this paper proposes the importance of water supply and drainage projects construction and the thought of planning underground pipe gallery in campus. The application of Wisdom Concept in water supply and drainage projects is discussed, especially on water supply network system monitoring, pipeline straight drinking water systems, use of recycled water and rainwater cavernous campus resources.

Smart Campus；utility tunnel；Water Supply Network；recycled water；rainwater

2016-10-17

趙星明(1964-)，男，山東濰坊人，副教授，研究方向：給水管網(wǎng)設計與運行工況分析和水處理技術(shù)與工程研究。

TU991.01

A

1004-1184(2017)01-0068-03