建筑給排水工程中智能化技術(shù)應(yīng)用研究

【摘要】文章通過對傳統(tǒng)的給排水系統(tǒng)和智能化建筑進(jìn)行論述，闡述了關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，并通過案例研究驗證其在實(shí)際工程中的效果。研究實(shí)踐證明，引進(jìn)智能化技術(shù)能夠切實(shí)、高效地幫助給排水工程進(jìn)行手工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)信息采集、智能化設(shè)計、自動化檢測等功能。加快在建筑中推廣智能化給排水系統(tǒng)，有利于促進(jìn)建設(shè)工程可持續(xù)發(fā)展，推動建筑項目的智慧化改造。

【關(guān)鍵詞】建筑給排水；節(jié)能；環(huán)保；智能化技術(shù)

【中圖分類號】TU82 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）11-0004-03

0 引言

在當(dāng)下經(jīng)濟(jì)形勢日益多樣性的環(huán)境下，資源節(jié)約問題受到越來越廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的給排水方式因水資源浪費(fèi)、能源消耗大，引發(fā)了社會的擔(dān)憂。將智能技術(shù)引入建筑給水排水系統(tǒng)，可以有效解決此類問題，并拓寬現(xiàn)代給排水系統(tǒng)的設(shè)計形式，提升建筑用水保障、水處理和污水資源化利用等方面的效果。

1 傳統(tǒng)建筑給排水模式概述

傳統(tǒng)往的給排水系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)建筑給排水、污水分流及資源化利用等功能[1]。給水系統(tǒng)是指為建筑內(nèi)部供應(yīng)潔凈水及生活用水的設(shè)施及管線。排水系統(tǒng)是指將建筑中的生活污水、雨水順利排入特定部位的設(shè)備。室內(nèi)主要是衛(wèi)生間和廚房污水，而室外則以雨水為主。污水處理系統(tǒng)是指使用特殊設(shè)備處理樓宇中各類環(huán)衛(wèi)設(shè)備所產(chǎn)生的污水和固體廢棄物，然后將其排向室外的特殊裝置及管道。雨水回收系統(tǒng)是指在建筑物表面收集并貯存雨水，然后再利用于非飲用設(shè)施及水源系統(tǒng)中，其運(yùn)行設(shè)備有雨水收集設(shè)備、工藝處理設(shè)備、貯藏裝置。受制于工藝水準(zhǔn)，以往的給排水裝置在城市生活用水、工業(yè)用水等方面存在諸多不足，污水處理系統(tǒng)的回收利用效率較低，浪費(fèi)現(xiàn)象難以遏制，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

2 智能化給排水系統(tǒng)應(yīng)用模式分析

當(dāng)前，將建筑物的給排水系統(tǒng)與現(xiàn)代化的信息技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能管理和高效運(yùn)行。通過對智能建筑給排水系統(tǒng)的自動調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對水資源的有效利用。同時，智能系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程監(jiān)控、主動報警等功能，既減少了設(shè)備管理中的人工投入，又能幫助管理者更好地處理故障，從而提升系統(tǒng)的服務(wù)品質(zhì)與用戶體驗。

2.1 給水系統(tǒng)的智能化應(yīng)用場景

智能型給水系統(tǒng)是利用先進(jìn)的傳感設(shè)備、控制器和通信技術(shù)，監(jiān)測和控制供水狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)供配水模式的動態(tài)調(diào)整。

2.1.1 智能儀表和水泵

智能型儀表能夠?qū)崟r監(jiān)測水量并支持遠(yuǎn)程抄表，這種抄表方式最大限度地減少了人工抄表的工作量，對于偏遠(yuǎn)和交通不便的區(qū)域，也能實(shí)現(xiàn)用水?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時查詢與水費(fèi)計量。用戶可以隨時查詢用水狀況和費(fèi)用明細(xì)，這也是更新和優(yōu)化用水服務(wù)方式的一種表現(xiàn)。智能化水泵根據(jù)用戶的實(shí)際需求自動調(diào)整壓力和水量。針對低壓配水效率低下和水壓過大導(dǎo)致管線負(fù)荷增加的問題，水泵通過調(diào)壓操作實(shí)時控制配水管道狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行[2]。

2.1.2 直飲水系統(tǒng)

系統(tǒng)中的預(yù)處理裝置由多介質(zhì)濾池、新材質(zhì)過濾組件、定量加注裝置、原裝水箱與原裝泵等組成。逆滲透工藝采用兩種不同的反滲透裝置，通過壓力來完成薄膜的分離，能有效去除水中的大多數(shù)無機(jī)鹽和有機(jī)物，確保高品質(zhì)的水質(zhì)，同時保持高效能。預(yù)處理后，出水用泥沙濃度指數(shù)式SDI儀對其進(jìn)行采樣，在SDI小于4的情況下，使其進(jìn)入反滲透系統(tǒng)[3]。RO出水部分（脫鹽水）送到緩沖罐，一部分不滲透水經(jīng)管路收集成為濃水回流到泵入口，另一小部分不滲透水形成濃水排入污水管網(wǎng)。供水系統(tǒng)主要由直接飲用水箱、變頻調(diào)速水泵、紫外殺菌燈、新材質(zhì)過濾組件構(gòu)成，以確保水的凈化效果，并能有效殺滅不同菌群，去除水源中的雜質(zhì)。

2.1.3 光能轉(zhuǎn)換裝置

利用可再生的太陽能作為新的供水技術(shù)，是節(jié)約能源的重要途徑。太陽能熱水系統(tǒng)的可循環(huán)性使其能夠替代常規(guī)熱水系統(tǒng)，不僅有助于節(jié)能減排，還能減少常規(guī)供暖模式對大氣和環(huán)境的污染。作為一種新興能源形式，其采收與光熱轉(zhuǎn)換問題是實(shí)現(xiàn)太陽能規(guī)?；玫年P(guān)鍵所在。此外，太陽能熱水系統(tǒng)造價低、投資少，主要原因在于光能轉(zhuǎn)換的廣泛應(yīng)用以及該系統(tǒng)在安裝上程序較為簡便、實(shí)際支出較低。

淋浴熱水供應(yīng)模式上，需要借助太陽能集熱板與空氣冷卻器兩類組件。屋面安裝太陽能集熱設(shè)備及風(fēng)冷熱水器，水箱配有儲水器、循環(huán)水泵等。太陽能熱水系統(tǒng)由熱水箱、太陽能集熱器、循環(huán)泵、各類管路、空氣冷卻熱水器、系統(tǒng)閥、附件等組成，采用冷熱雙管供暖模式，通過強(qiáng)制泵循環(huán)模式實(shí)現(xiàn)太陽能熱水與淋浴熱水的交替供熱。此外，系統(tǒng)還采用溫差壓水泵，實(shí)現(xiàn)了集熱箱的循環(huán)利用。

2.1.4 水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)

在供水管道上安裝壓力感應(yīng)器，借助遙感器可以方便地獲得信息數(shù)據(jù)，實(shí)時監(jiān)控供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而構(gòu)建管道物聯(lián)網(wǎng)。通過快速分析和處理用戶需要及用水?dāng)?shù)據(jù)，能夠更細(xì)致、更具活力地執(zhí)行全供水系統(tǒng)的要求和流程。通過對水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)字化和智能化管理，可以有效地利用、開發(fā)和調(diào)配水資源。結(jié)合用水流量、用戶反饋等數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步構(gòu)建流暢、有效的用水服務(wù)管理體系。智慧水務(wù)系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測、調(diào)度用水。

實(shí)施適用于工業(yè)現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)控的新方法，如廢水凈化在線檢測系統(tǒng)、給水檢測系統(tǒng)和直飲水測試裝置。生活污水經(jīng)格柵預(yù)處理后，通過污水處理裝置和一體化二級處理裝置對回水水質(zhì)進(jìn)行檢測。

2.2 智能化排水系統(tǒng)

采用傳感器、控制器和通信等技術(shù)監(jiān)測和控制排水設(shè)施，以改善排水效能，減少用水浪費(fèi)[4]。

2.2.1 智能集雨系統(tǒng)

借助在建筑物內(nèi)安裝的傳感器和智能控制器，可以收集雨水并將其再利用。

2.2.2 智能化污水處理系統(tǒng)

污水處理系統(tǒng)采用智能控制方法，提高廢水處理效率。同時，利用智能污水處理系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測污水排放情況，確保污水處理過程的正常運(yùn)行。

中水回用是當(dāng)前節(jié)約用水的有效途徑，它不僅可以減輕周圍環(huán)境的污染，還能有效降低污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用。該系統(tǒng)可以回收大量的水資源，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，通過資源化來減少水的消耗，實(shí)現(xiàn)污染物減排的目標(biāo)，強(qiáng)化環(huán)境管理效果，并優(yōu)化智能給排水設(shè)施管理，從而實(shí)現(xiàn)高層次的建筑給排水設(shè)計。這對實(shí)現(xiàn)區(qū)域分段供水、改善供水質(zhì)量具有重要意義。中水回用可以降低給水管網(wǎng)的水壓，減小管網(wǎng)直徑，降低管網(wǎng)建設(shè)難度，縮短管網(wǎng)建設(shè)周期，是一種經(jīng)濟(jì)、合理、可行的方法。污水處理流程如圖1所示。

污水通過重力流到水閘，由格柵井進(jìn)入生活污水收集池，通過泵送到污水處理廠。由沉淀池進(jìn)行處理的污泥排放到污泥槽中，并定期將其排出。從預(yù)處理過的生活污水流入一個調(diào)節(jié)槽中，使之均勻化，污水經(jīng)過生化處理后再流入中間池，然后送至過濾器中，過濾后的水經(jīng)過藥劑滅菌，再經(jīng)過變頻供水系統(tǒng)的提升循環(huán)使用，也可作為過濾設(shè)備的反沖洗水。

2.2.3 智能化下水道管理系統(tǒng)

通過在污水管網(wǎng)內(nèi)設(shè)置傳感、通信等設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對污水管網(wǎng)流量、水位的實(shí)時監(jiān)控，并對存在的問題進(jìn)行及時處理。

3 智能化技術(shù)在建筑給排水工程中的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 傳感器技術(shù)與數(shù)據(jù)采集

將傳感技術(shù)應(yīng)用于建筑物給水排水系統(tǒng)，通過探測環(huán)境溫濕度、壓力等參數(shù)，并將這些參數(shù)轉(zhuǎn)化為信號數(shù)據(jù)，對水質(zhì)、水量、水位等進(jìn)行監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)對供水管網(wǎng)的智能化管理與控制[5]。通過設(shè)計多個傳感器和控制器，安裝在一些特定的區(qū)域，在下雨時自動控制系統(tǒng)會根據(jù)管理員設(shè)定的指示，將雨水導(dǎo)入專用的集流設(shè)備，防止雨水直接流入下水道。這樣既能減輕建筑排水的壓力，又能提高雨水的利用效益。

在智能樓宇中，常見的傳感技術(shù)包括液位、流量、壓力和溫度傳感器等。其中，液位傳感器能通過檢測罐內(nèi)液體的液面高低，判斷液面變化，可以獲得不同容器的資料，如蓄水池、下水道的水位。流速傳感器適用于管內(nèi)流體或氣體的檢測，通過對管網(wǎng)流速傳感器的檢測結(jié)果進(jìn)行分析，可以實(shí)時監(jiān)測給水排水設(shè)施的流量變化，并據(jù)此對給水排水設(shè)施做出相應(yīng)調(diào)節(jié)。采用壓力傳感器對給排水裝置進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，方便準(zhǔn)確地判斷、調(diào)整供水、排水設(shè)備的工作狀況。

在智能化給水排水系統(tǒng)中，基于感知技術(shù)進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)采集工作。對于有線傳感器，通常采用電纜連接，其具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，適用于小規(guī)模且有布線要求的場合。采用無線傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過無線方式將信息傳送到控制系統(tǒng)，其運(yùn)行靈活性高、安裝和維修便捷，適用于分布式或者需要流動監(jiān)控的場合。與有線傳感器相比，無線傳感器不需要數(shù)據(jù)采集裝置，也無須中間線纜，可以直接連入電腦、平板電腦或手機(jī)等終端，并由專門的軟件進(jìn)行實(shí)時顯示。用戶通過監(jiān)控畫面獲取有關(guān)信息，及時對關(guān)鍵設(shè)備實(shí)施預(yù)測維護(hù)，規(guī)避可能出現(xiàn)的故障情況。

3.2 數(shù)據(jù)分析與智能決策

采用基于智能技術(shù)的給排水系統(tǒng)設(shè)計方法，在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)清理、異常檢測、歸一化等處理，結(jié)合給水排水設(shè)施的工作特性及需求，選取適當(dāng)?shù)挠嬎惴椒ㄟM(jìn)行數(shù)據(jù)分析和建模[6]。

通過對相關(guān)資料的統(tǒng)計與分析，優(yōu)化處理方法，為實(shí)現(xiàn)智能決策提供支持。在建筑給水排水系統(tǒng)中引入智能決策技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對給水排水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的自動分析與預(yù)測，從而大幅提高建筑給水排水系統(tǒng)的利用率。例如，智能建筑給排水系統(tǒng)能夠根據(jù)建筑物內(nèi)的用水、排水狀況，利用智能化的決策技術(shù)進(jìn)行設(shè)備的開關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)控，從而提升設(shè)施的運(yùn)行效率。此外，該方法也可用于故障點(diǎn)排查與預(yù)測。在分析數(shù)據(jù)和模式后，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測供水、排水設(shè)施運(yùn)行狀況，并發(fā)出故障警報，預(yù)警潛在隱患并自動調(diào)整系統(tǒng)，實(shí)施有效的安全防護(hù)措施，以提升系統(tǒng)的工作效能與穩(wěn)定性[7]。

4 智能給排水系統(tǒng)的建設(shè)范例

4.1 案例概述

A項目是某住宅排水系統(tǒng)中的一項重點(diǎn)工程，屬于智能化給排水系統(tǒng)。由于其所處的地勢較為復(fù)雜且經(jīng)常降雨，原有的排洪效率較低且疏浚難度較大。其排污系統(tǒng)采用智能控制方法，借助智能化廢水處理系統(tǒng)可實(shí)時監(jiān)測廢水排放情況，確保廢水處置過程的正常進(jìn)行。因此，在該住宅區(qū)實(shí)施給排水系統(tǒng)的智慧改造以改善排水效能，保障住宅的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4.2 實(shí)施步驟

1）信息的搜集與分析。相關(guān)管理人員在區(qū)域內(nèi)設(shè)置水位、流量和降雨等多種傳感器，對路面水位、流速、降雨流速等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。同時，將所有數(shù)據(jù)傳輸至主控室進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2）智能化排水管網(wǎng)建設(shè)。利用相關(guān)的實(shí)時資料，相關(guān)管理人員優(yōu)化建筑排水系統(tǒng)，并采用可編程控制器（PLC）、自動閥門等智能化的控制設(shè)備，對設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)距離監(jiān)控，及時發(fā)出風(fēng)險預(yù)警，確保排水系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3）成效評估。施工結(jié)束后，項目管理人員組織專家對工程運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測和評估。

4.3 工程效益分析

通過精準(zhǔn)的資料收集與智能作業(yè)，可快速提高區(qū)域排水效率，逐步降低道路積水狀況，雨季施工安全隱患的發(fā)生率也顯著下降。此外，其給排水管網(wǎng)采用了先進(jìn)工藝，實(shí)現(xiàn)對區(qū)域建筑排水狀況的遠(yuǎn)程監(jiān)測和預(yù)警，既可以增強(qiáng)建筑防水結(jié)構(gòu)維修的針對性，又可以減少在檢修過程中的人工開銷。

5 結(jié)語

通過本項目的研究，可有效提高給水排水裝置的運(yùn)行可靠性、安全性，減少人工維修費(fèi)用，提高污水處理效率，推動建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在科技持續(xù)進(jìn)步的基礎(chǔ)上，隨著給排水設(shè)備及技術(shù)的研究，智能給排水系統(tǒng)將在建筑中發(fā)揮更大作用。未來，智能化技術(shù)應(yīng)緊密結(jié)合給排水工程的研究熱點(diǎn)，利用大數(shù)據(jù)解決實(shí)際問題。同時，促進(jìn)數(shù)據(jù)的集成與應(yīng)用，推動智慧科技的創(chuàng)新應(yīng)用，提升給排水工程的智能化管理能力和服務(wù)水平。

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