摘要：針對高校供水存在二次供水安全隱患多、供水能耗大、運維管理方式相對落后等問題，文章介紹高校建筑二次供水現狀，分析智慧水務的應用思路，搭建智慧水務平臺。結果表明，構建高校智慧水務系統能夠實現節水節能目標，節約日常運營成本，確保后勤服務管理到位，為智慧水務和智慧城市的建設提供實踐經驗。

      關鍵詞：智慧水務；二次供水；智慧平臺

      隨著“互聯網+”、物聯網和智慧城市的發展，現代化的服務管理逐漸滲透到水務行業，智能、自控感知等技術提升供水系統管理備受關注。校園智慧水務是利用信息化技術獲得、處理、反饋并公開水務信息，進而管理校園給水、直飲水、熱水、景觀用水和排水收集處理再利用，建成從“源頭到龍頭”供水全流程節約系統，是智慧校園的一部分[1]。目前，全國高校智慧水務建設仍處于起步和發展階段。

1供水現狀調研

1.1存在問題

     為初步掌握全國高校供水現狀，分析存在問題，針對性地提供解決方案，從2018年開始，陸續調研多所院校供水整體情況，內容涵蓋水源、給水管網、二次供水、用水終端及信息化。調研發現的問題如下：

1. 安全問題。首先，管件老化且鑄鐵管壁逐年脆化形成大面積沙眼，導致管道存在不同程度腐蝕漏損，進而引起水質二次污染[2]。其次，供水設備老舊，不定時出現故障。
2. 電耗水耗問題。供水系統建設不重視節能減排，以至于設備運行產生諸多能耗問題[3]。例如：水泵水箱選型大，運轉過程電耗嚴重；個別院校管路老化破損，跑、冒、滴、漏現象時有發生，水耗顯著。
3. 運維管理問題。傳統的校園水務運維主要依賴后勤人員巡檢。若泵房跨距大，各泵房間協調管理需要高校投入多成本。此外，每臺供水設備的信息化管理水平參差不齊，若想一個平臺自動化管理所有設備，困難重重。

1.2成功案例

      隨著智慧城市和智慧水務技術的發展，部分高校逐漸嘗試在水務管理中應用新技術。例如：山西大學利用PLC和工控機組成的雙控制器維持系統的持續運行，保證持續供水。二次供水水泵采用一對一變頻控制模式，水泵啟停壓力加平穩；并且由于多個變頻器之間互為備用，使設備的故障率降低了50%以上，配合電源管理模塊可實時采集每臺水泵的運行數據。此外，控制系統增加軟件自檢功能，這個功能可以排除肉眼難以發現的故障及潛在隱患，使系統的安全性得到提高。智慧水務能從多方面解決高校供水難題。目前多數成功案例僅完成了局部節能改造，高校利用智慧水務技術改造或新建二次供水系統，可以從以下幾方面深入實踐。

2校園智慧水務應用思路

2.1提升水質水量監測效果

      完善水質在線監控系統，加強監測市政供水水質，同時加強監測校園二次供水泵房的水質，重點監測龍頭水的水質。與此同時，在線監測系統全過程監測從市政供水到樓宇管道末端管網系統的水壓水量，掌握校園用水特點，若發現用水量異常，需按照不同的統計周期，統計用水壓水量，數據做同環、同比分析。

2.2二次供水泵房改造將

      現狀二次供水泵房改造成標準化泵房或新建標準化泵房。建設項目包含終端監測（能耗、流量、液位、壓力等）、安防監測、部分設備新。終端監測系統采集能耗、流量、液位、壓力等信息，并根據數據信息控制二次泵房水泵的開啟與關閉，使其適應不同的運行環境[4]。運行過程中，安裝泵房安防監控系統，監控泵房環境和管理人員出入，當意外情況發生時，保證及時報警，提升泵房運行安全性。泵房采用精細化建模，通過三維平臺的漫游功能和現場視頻監控設備，對泵房內部進行多視角瀏覽。泵房管網采用不銹鋼管，延長管道使用年限，確保無銹跡污染水質。如管網系統前端采用無負壓供水，水泵一般選擇兩用一備，交替運轉。由于每個水泵損耗不同，傳統方法很難在運行過程中合理控制水泵的輪換[5]，但是智慧水務平臺能監測水泵實時工況點，完成合理輪換，使泵組配置加合理，符合國家節能降耗的要求，保證二次供水方案具有實踐指導價值[6-7]。

3管網技術改造

3.1管網及水量漏損管理

      按照數字工廠與數字城市要求，將管網施工圖和物探工程結合，摸清地下管線的位置和空間層次，對校園地下管網進行三維建模[8]，展現地下管線的埋深、走向、屬性、管徑、材質、碰撞分析、管網間距、工井結構等信息，管網現狀一目了然。這項技術可以規避施工安裝造成的不合理，便于運行維護。通過計量裝置，對用水情況進行計量，并結合水聽器、壓力監測、噪聲監測等手段，科學分析確定管網漏損點。

3.2建筑內給水管道系統優化

      在供水立管頂端設置回流管路，形成建筑內部循環供水單元，縮短自來水的水力停留時間，保證及時新供水。建筑內部循環供水單元戶內采用新型鏈狀、環狀配水方式，其配水管道鏈狀、環狀連接可以通過局部阻力損失較小的雙承彎閥件實現。末端配水管布置成環狀時，任意一個用水設備投入使用，整個配水管網的水便開始流動，自來水在管道內的停留時間就會縮短，其被污染的風險可降低。

4搭建智慧水務平臺

      “智慧”是指信息技術人員建立的數據中心能對錯綜復雜的數據信息實時分析，迅速處理，從而得到解決專業問題的應用算法，并將其集成到共享軟件平臺，此過程相當于發揮“人腦”的作用，實現預警預測[9-10]。智慧水務平臺采集數據，通過校園網或移動網絡等云計算服務租賃，將信息上傳到云端的水系統大數據中心進行數據加工處理、數據存儲和融合供給、數據應用，如此龐大的數據平臺可提供多種服務。例如：基礎服務、公共基礎服務、綜合監控服務、后臺管理服務、地理信息服務。應用領域涉及校園水系統總覽、業務展示、供水設備管理、水量管理、水質監測、泵房管理、運維管理、宣傳教育管理、飲用水管理[11-12]。智慧水務平臺的搭建，需要完成基礎設施的系統化建設。比如：管網完成計量水量、三維建模、控制漏損；大用戶供水量采用無負壓供水調蓄水量；平臺的加壓供水設備利用箱式裝置、罐式裝置、智聯設備滿足二次供水壓力；安防管控建設標準現代化泵房。將上述校園水務系統各方面數據集合在綜合管理平臺，智慧化響應并反饋信息到各終端，準確做出預判，完成自動化處理。智慧水務平臺體系如圖1所示。

圖1 智慧水務平臺體系

    智慧水務平臺一般由多個系統集成，常見的集成系統有以下幾種：

1. 平臺水質監測系統。平臺水質監測系統數據分析過程較為復雜。步，監測員每天取水樣測定化驗值，并由化驗班長審核填報數值，化驗主管審批，并將終數據放到數據庫。監測員登錄平臺，找到系統“水質化驗”模塊，將數據庫信息歸類整理，作為進水和出水水質分析的標準和依據。第二步，平臺實時水質監測，得到的數據與平臺數據庫對比分析，做出判斷結論。
2. 設備運行維護系統。后勤管理人員操作智慧水務平臺，找到“維護管理”模塊。步，管理設備臺賬、檔案、二維碼。第二步，設備和管網出現故障，平臺接收信息，調派維修工搶修，之后需要專員逐條整理設備巡檢、定期保養記錄并提交平臺，平臺匯總設備運維數據，做出分析，方便今后好優化設備運維。
3. 管網管理系統。管網管理系統實時監測分析水流量、壓力、漏損，并對管線進行科學化管理，實現狀態監控和數據分析。管網檢測人員進入平臺的“管線檢測”模塊，查找管網數據及異常故障，以及該管網數據與數據庫信息比對呈現出的分析圖；同時管網管理系統，能整合處理數據，做出預測預判，與其他系統實現資源優化共享。

5AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

5.1平臺概述

      安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

5.2平臺組成

      AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

5.3平臺拓撲圖

5.4平臺子系統

5.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

      對水務配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

      監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

5.4.2電能質量監測與治理

      水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

5.4.3電動機管理

      馬達監控實現水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監測和報警。準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

5.4.4能耗管理

      為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

      將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

      能耗數據統計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

      能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/國家/指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

5.4.5智能照明控制

      系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能的目的。

5.4.6電氣安全

①電氣火災監測：監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

②消防應急照明和疏散指示：根據預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

③消防設備電源監測：監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

④防火門監控系統：防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

5.4.7環境監測

      污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統，排除隱患，保持良好的水處理環境。

5.4.8分布式光伏監測

     實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

     平臺結合廠區實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

5.4.9工藝仿真監控

      平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

6相關平臺部署硬件選型清單

7結語

      本文提出了水質監控系統、校園二次供水泵房、管網及設備的節能節水智慧化改造。搭建的智慧水務平臺，可綜合管理校園加壓泵站—供水管網—二次供水—水龍頭等環節，實現所有業務關聯，完成學校從水源到水龍頭的全流程可視化管理。智慧水務平臺能調度供水并在線實時監測水質，保障設備運維管理工作提質增效，及時排除管網故障。智慧水務平臺根據需求可以將多系統集成運行，今后仍需要從生態、經濟、社會效益、管理提升多角度評價校園智慧水務的應用價值。

參考文獻

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[3]劉幼瓊,王延濤.智城建設[J].智能城市,2022（10）:41-43.

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