智慧水務(wù)背景下二次供水發(fā)展分析

李霞

摘要：近年來“智慧”理念逐步滲透到社會(huì)公共生活的各個(gè)角落，智慧交通、智慧電網(wǎng)、智慧水務(wù)、智慧醫(yī)療等構(gòu)成了智慧城市的方方面面，其中，與人們生產(chǎn)生活息息相關(guān)的城鎮(zhèn)二次供水在“智慧水務(wù)”背景影響下也發(fā)展到了新的階段。本文擬對二次供水技術(shù)及管理模式的發(fā)展歷程進(jìn)行分析，并結(jié)合當(dāng)下智慧水務(wù)理念對二次供水發(fā)展趨勢進(jìn)行探討預(yù)測，以期為行業(yè)發(fā)展提供一定參考。

Abstract： In recent years， the concept of "smart" has gradually penetrated into every corner of social public life. Smart transportation， smart grid， smart water affairs， smart medical care and etc. constitute all aspects of smart cities. Among them， urban secondary water supply is closely related to people's production and life. Under the influence of the "smart water affairs" background， it has also reached a new stage. This paper intends to analyze the development process of secondary water supply technology and management mode， and combine the current wisdom water concept to explore and forecast the development trend of secondary water supply， in order to provide a certain reference for the development of the industry.

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù);二次供水

Key words： smart water affairs;secondary water supply

中圖分類號：U991.62 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）30-0022-03

0 ?引言

伴隨中國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程日益加快，根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)部門數(shù)據(jù)，2018年中國的常住人口城鎮(zhèn)化率達(dá)到59.58%，城鎮(zhèn)常住人口將近8億人。越來越多人口涌入城市催生了大量的高層建筑，對二次供水也提出了更高要求。與此同時(shí)，智慧水務(wù)在物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云技術(shù)的興起和應(yīng)用中應(yīng)運(yùn)而生，使進(jìn)一步增強(qiáng)二次供水的安全穩(wěn)定、水質(zhì)改善和智能精細(xì)管理成為可能。

1 ?二次供水概述

二次供水是相對于一次供水而言。一次供水是指在滿足自來水管網(wǎng)給水壓力的情況下從自來水廠經(jīng)過管道直接供水給用戶的形式?！抖喂┧こ碳夹g(shù)規(guī)程》則將二次供水定義為當(dāng)民用與工業(yè)建筑生活飲用水對水壓、水量的要求超過城鎮(zhèn)公共供水或自建設(shè)施供水管網(wǎng)能力時(shí)，通過儲存、加壓等設(shè)施經(jīng)管道供給用戶或自用的供水方式。受地勢高低和管道距離遠(yuǎn)近原因影響，出廠水在管道輸送過程中壓力受損壓強(qiáng)不足而無法直接輸送給高層用戶，由此產(chǎn)生了二次供水。一般情況下市政供水壓力只能供水到7層以下，7層以上則需要二次加壓供水，但在實(shí)際中由于我國規(guī)定了市政管網(wǎng)末梢壓力不能低于0.14MPa，即不能低于14米，在該條件下僅能勉強(qiáng)維持3-4層住戶的直接供水，因此導(dǎo)致了大多數(shù)情況下4層以上居民用戶均需要進(jìn)行二次供水。

2 ?我國二次供水的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀

2.1 我國二次供水的發(fā)展歷程

上個(gè)世紀(jì)五六十年代我國就出現(xiàn)了早期的供水塔，經(jīng)歷幾十年的發(fā)展二次供水先后經(jīng)歷了水塔—高位水箱—補(bǔ)氣式氣壓供水設(shè)備—恒壓變頻供水設(shè)備—疊壓/無負(fù)壓供水設(shè)備的發(fā)展形式。每一種供水形式都是一定時(shí)期內(nèi)社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的縮影，各具特點(diǎn)，各有優(yōu)劣，適用于不同用水情況，具體如下：

2.1.1 水塔

水塔是最早的二次供水方式，其原理主要是通過重力給水。水泵將低處的水抽至一定高度儲存，再由液位控制水泵啟停，最后依靠重力進(jìn)行供水。該種形式供水具有水壓穩(wěn)定、設(shè)備簡單、調(diào)貯能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但投資大、占地多、建設(shè)期長的缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯，水質(zhì)也容易受到污染。

2.1.2 高位水箱

高位水箱是水塔的升級，通常為不銹鋼材質(zhì)，城市管網(wǎng)的供水首先注入地下蓄水池，再由水泵將水注入高位水箱。水箱設(shè)上限和下限水位。一旦水箱水位到達(dá)上限水位，自控系統(tǒng)控制水泵停止供水。當(dāng)水箱到達(dá)下限水位時(shí)，系統(tǒng)給出報(bào)警信號可由自動(dòng)或人工反應(yīng)方式，啟動(dòng)水泵供水。該供水方式對于各類建筑均適用，管理維修簡單，可貯存一定的用水，但水泵要長時(shí)間地不停運(yùn)行，如果維護(hù)不當(dāng)容易造成水質(zhì)二次污染。

2.1.3 補(bǔ)氣式氣壓供水設(shè)備

該供水方式是利用密封碳鋼罐體受擠壓后局部增壓來實(shí)現(xiàn)的。首先利用水泵將市政水注入罐內(nèi)，罐內(nèi)氣體受擠壓后壓力增大，壓力值可通過壓力表顯示，當(dāng)達(dá)到上限值時(shí)與壓力表聯(lián)通的控制柜將會(huì)關(guān)停水泵，反之當(dāng)罐內(nèi)壓力不足時(shí)水泵將啟動(dòng)抽水。由此，罐內(nèi)壓力始終保持高于外界壓力，從而向高層用戶供水。這種供水方式優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)約空間，安裝靈活，臨時(shí)停電時(shí)仍可短暫供水。不足之處在于罐體容積有限，導(dǎo)致水泵啟停頻繁，增加能耗的同時(shí)容易造成元器件損耗。同時(shí)，當(dāng)罐內(nèi)氣體不足時(shí)需通過補(bǔ)氣，補(bǔ)氣時(shí)容易造成水質(zhì)污染。后期人們在補(bǔ)氣式氣壓供水設(shè)備的基礎(chǔ)上又研發(fā)了囊式氣壓供水設(shè)備。二者最大的不同點(diǎn)在于罐體內(nèi)增加了氣囊，使水、氣、罐壁相隔，既保證了水的衛(wèi)生條件，也避免了氣水混合時(shí)氣體對設(shè)備銹蝕。

2.1.4 恒壓變頻供水設(shè)備

恒壓變頻供水設(shè)備通常由氣壓罐、控制系統(tǒng)、水泵機(jī)組構(gòu)成，其中控制系統(tǒng)包括編程控制器、變頻器等。根據(jù)系統(tǒng)供水壓力要求預(yù)先設(shè)置出水壓力值，壓力值通過遠(yuǎn)程壓力表顯示出來。壓力表與變頻器聯(lián)通，變頻器收到壓力表反饋后通過控制水泵機(jī)組轉(zhuǎn)速和啟停保持恒壓。這種供水設(shè)備不再受罐體體積限制，但相應(yīng)地也缺乏一定的儲水功能，水泵機(jī)組的頻繁啟停也帶來了能耗和設(shè)備損耗問題。

2.1.5 疊壓/無負(fù)壓供水設(shè)備

疊壓或無負(fù)壓是現(xiàn)今較為主流的二次供水形式，無論是疊壓與無負(fù)壓均為就市政管網(wǎng)壓力而言，二者無本質(zhì)區(qū)別。傳統(tǒng)的二次供水方式將水放入水池或水箱，再重新啟動(dòng)水泵加壓，造成市政管網(wǎng)自有水壓的浪費(fèi)，而疊壓或無負(fù)壓供水設(shè)備直接與市政管網(wǎng)相連，可充分利用市政管網(wǎng)原有壓力，只需在市政管網(wǎng)水壓的基礎(chǔ)上補(bǔ)足差額壓力，有效降低了能耗。全封閉的設(shè)備結(jié)構(gòu)也避免了水資源的跑冒滴漏。

2.2 我國二次供水設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代以來，我國的高層建筑逐漸出現(xiàn)，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，尤其過去十年房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國二次供水設(shè)備數(shù)量激增。2011年全社會(huì)二次供水設(shè)備保有量25萬套，2015年整個(gè)二次供水設(shè)備市場規(guī)模達(dá)到133.7億元。經(jīng)過幾十年的發(fā)展中國二次供水設(shè)備的形式更加多樣化，品質(zhì)也有了顯著提升，但仍普遍存在以下問題：

2.2.1 水質(zhì)存在安全隱患

近年有關(guān)二次供水被污染引起的健康衛(wèi)生問題屢見報(bào)端。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2014年一季度，全國范圍內(nèi)媒體曝光的自來水異味事件累計(jì)10余起，平均每周一起。事實(shí)上自我國實(shí)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5750-2006）以來，自來水出廠水需要經(jīng)過106項(xiàng)檢測，正常情況下出廠水水質(zhì)是達(dá)標(biāo)的，但龍頭水水質(zhì)卻參差不齊。管道、蓄水裝置的銹蝕、余氯的減少以及微生物的滋生為二次供水水質(zhì)埋下安全隱患。

2.2.2 水壓不穩(wěn)定

隨著疊壓和無負(fù)壓供水設(shè)備應(yīng)用愈加廣泛，許多建筑在選取二次供水方式時(shí)沒有考慮地區(qū)市政管網(wǎng)條件是否滿足設(shè)備安裝要求，無限制的將疊壓或無負(fù)壓設(shè)備直接接入市政管網(wǎng)，加之不同廠家的疊壓和無負(fù)壓設(shè)備質(zhì)量良莠不齊，極易對市政管網(wǎng)的安全穩(wěn)定造成隱患，也對用戶的正常用水造成影響。

2.2.3 能耗過大

水泵電機(jī)是二次供水系統(tǒng)的心臟。[1]由于用戶管網(wǎng)一天的用水量是跟隨時(shí)段變化的，理想的狀態(tài)是水泵在變頻工況下運(yùn)行，使設(shè)備供水量能夠隨用水量變化而變化。目前的供水設(shè)備中盡管已經(jīng)安裝了一對一配置的變頻器，但由于變頻供水設(shè)備通常無儲水能力，一天中水泵始終處于變頻運(yùn)行，能耗損失較大。電耗成本成為二次供水中的最主要成本，也成為制約二次供水運(yùn)行維護(hù)運(yùn)營管理的一個(gè)重要因素。

3 ?智慧水務(wù)背景下的二次供水發(fā)展趨勢

3.1 二次供水的未來發(fā)展趨勢

信息技術(shù)的高速發(fā)展使工業(yè)由機(jī)械化、自動(dòng)化進(jìn)入智能化、智慧化，智慧水務(wù)呼之欲出?！爸腔鄢鞘小钡母拍钭钤缬擅绹鳬BM公司于2010年提出，認(rèn)為可以通過信息化集成對城市的公共服務(wù)設(shè)施系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化、智能化管理，城市供水即為其中一個(gè)重要板塊。作為城市供水最后一公里的二次供水逐步納入智慧水務(wù)建設(shè)范疇。

智慧水務(wù)是指利用傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)以及云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，從原水、生產(chǎn)、輸配、排放、處理和客戶服務(wù)等過程進(jìn)行控制，完成智慧的水務(wù)管理系統(tǒng)。[2]二次供水中現(xiàn)存的水質(zhì)隱患、水壓不穩(wěn)、能耗過高等問題客觀上需要通過智慧化方式解決，智慧化也是水務(wù)企業(yè)未來發(fā)展的必然。歷史原因影響，二次供水設(shè)施作為全體業(yè)主共有產(chǎn)權(quán)給后續(xù)的運(yùn)維增加了難度，建設(shè)和管理環(huán)節(jié)的分離造成了目前許多小區(qū)尤其是老舊小區(qū)的二次供水設(shè)施一直處于管理真空狀態(tài)，從而埋下諸多安全隱患。一般情況下二次供水設(shè)施由開發(fā)商或建設(shè)方進(jìn)行建設(shè)，而后期的管理維護(hù)則由物業(yè)負(fù)責(zé)。由于大部分物業(yè)缺乏專業(yè)的二次供水設(shè)施維護(hù)能力，一旦出現(xiàn)問題無法解決索性擱置不顧極易引發(fā)社會(huì)矛盾。2015年由國家住建部、發(fā)改委、衛(wèi)計(jì)委、公安部等四部委聯(lián)合下發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)城鎮(zhèn)居民二次供水設(shè)施與管理確保水質(zhì)安全的通知》文件中指出“積極鼓勵(lì)供水企業(yè)逐步將設(shè)施的管理延伸至居民家庭水表，對二次供水設(shè)施實(shí)行專業(yè)運(yùn)行維護(hù)。對新建的居民二次供水設(shè)施鼓勵(lì)供水企業(yè)實(shí)施統(tǒng)建統(tǒng)管;對改造合格的二次供水設(shè)施，鼓勵(lì)供水企業(yè)負(fù)責(zé)運(yùn)行維護(hù)……”可見，交由水務(wù)企業(yè)建管合一將是二次供水發(fā)展的必然趨勢。水務(wù)企業(yè)要對二次供水進(jìn)行接管，無論從社會(huì)民生角度還是從企業(yè)盈虧角度考慮都需要精細(xì)化、智慧化管理。

3.2 二次供水的智慧化平臺構(gòu)建

盡管近年來各地水務(wù)企業(yè)已開始不同程度的信息化建設(shè)，但不同業(yè)務(wù)應(yīng)用板塊之間彼此獨(dú)立形成的“信息孤島”問題始終懸而未決，數(shù)據(jù)資源無法實(shí)現(xiàn)共享。要打破“信息孤島”，將二次供水融入水務(wù)企業(yè)的系統(tǒng)管理中，有賴于智慧水務(wù)的構(gòu)建。而智慧水務(wù)的建設(shè)需要建立在智能硬件、軟件、數(shù)據(jù)收集處理基礎(chǔ)上，通常被分為感知層、傳輸層、存儲層、應(yīng)用層，最后涉及水務(wù)管理的各子業(yè)務(wù)系統(tǒng)融合在一個(gè)綜合管理平臺上，真正實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的收集、整合、分析和處理。

二次供水管理系統(tǒng)是智慧水務(wù)系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的生產(chǎn)管理領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)。就二次供水而言，硬件主要體現(xiàn)在智能化的二次供水設(shè)備上。得益于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用發(fā)展，通過對傳統(tǒng)二次供水設(shè)備及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行智能化升級，使之具備聯(lián)網(wǎng)和自我管理功能，利用各類終端傳感器從感知層實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測包括水質(zhì)、管網(wǎng)水壓、水泵運(yùn)行參數(shù)、電耗、泵房狀況等在內(nèi)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并形成設(shè)備產(chǎn)品的全生命周期管理。

從基礎(chǔ)設(shè)施采集到的各類數(shù)據(jù)將通過互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、光纖網(wǎng)等媒介傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫中各類數(shù)據(jù)將被進(jìn)行存儲、交換、整合。一個(gè)成熟的二次供水綜合管理平臺應(yīng)當(dāng)有足夠的兼容性、延展性，以確保能夠?qū)崿F(xiàn)多終端數(shù)據(jù)模塊接入系統(tǒng)。目前極少數(shù)實(shí)力強(qiáng)的水務(wù)企業(yè)所建設(shè)的二次供水綜合管理平臺已設(shè)置了遠(yuǎn)程控制、異常自動(dòng)診斷、工單管理、設(shè)備生命周期管理、設(shè)備能耗分析等模塊。二次供水綜合管理平臺再將經(jīng)篩選的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工匯總，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定模型、算法做出分析、診斷、決策和預(yù)警。

在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建完成以后進(jìn)入數(shù)據(jù)智能分析和可視化工作，可視化的數(shù)據(jù)主要來自2個(gè)方面，一方面是結(jié)構(gòu)化標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)展示，對接的數(shù)據(jù)源是各種結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫，另一方面是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)展示，可以對接Hive數(shù)據(jù)倉庫?？梢暬脚_實(shí)現(xiàn)采用了開源的DVAAS（Data Visualization as a Service）平臺解決方案。具體實(shí)現(xiàn)過程是：定義數(shù)據(jù)源→數(shù)據(jù)視圖構(gòu)建→數(shù)據(jù)可視化組件綁定→交互能力設(shè)計(jì)→集成能力設(shè)計(jì)。

4 ?結(jié)語

二次供水是一項(xiàng)關(guān)乎國計(jì)民生的重要工程，隨著社會(huì)各界關(guān)注度不斷加深，傳統(tǒng)二次供水形式和二次供水管理模式存在的問題和弊端逐漸暴露，高效、統(tǒng)一的二次供水建設(shè)、運(yùn)營、管理變得更為迫切。海量二次供水設(shè)施的管理在給水務(wù)企業(yè)帶來挑戰(zhàn)的同時(shí)也帶來了新的服務(wù)價(jià)值和利潤增長點(diǎn)。智慧水務(wù)的興起為二次供水的高效、動(dòng)態(tài)、精細(xì)化管理提供了切入點(diǎn)。智慧二次供水作為智慧水務(wù)的重要一環(huán)需要結(jié)合整體智慧水務(wù)建設(shè)規(guī)劃進(jìn)行系統(tǒng)思考設(shè)計(jì)，才能實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙重目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙鋰，章林偉，王研，等.二次供水工程設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2018.

[2]田培杰.智慧水務(wù)及其實(shí)施路徑研究[J].當(dāng)代經(jīng)濟(jì)，2015（25）：96-98.

[3]莫孝翠，崔景立.二次供水豎向分區(qū)技術(shù)分析[J].價(jià)值工程，2018，37（19）：94-96.