李霞

摘要：近年來“智慧”理念逐步滲透到社會公共生活的各個角落，智慧交通、智慧電網、智慧水務、智慧醫(yī)療等構成了智慧城市的方方面面，其中，與人們生產生活息息相關的城鎮(zhèn)二次供水在“智慧水務”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及管理模式的發(fā)展歷程進行分析，并結合當下智慧水務理念對二次供水發(fā)展趨勢進行探討預測，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.

關鍵詞：智慧水務;二次供水

Key words： smart water affairs;secondary water supply

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

0 ?引言

伴隨中國經濟的迅速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程日益加快，根據國家統(tǒng)計部門數據，2018年中國的常住人口城鎮(zhèn)化率達到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，智慧水務在物聯(lián)網、移動互聯(lián)網、大數據、云技術的興起和應用中應運而生，使進一步增強二次供水的安全穩(wěn)定、水質改善和智能精細管理成為可能。

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給水壓力的情況下從自來水廠經過管道直接供水給用戶的形式?！抖喂┧こ碳夹g規(guī)程》則將二次供水定義為當民用與工業(yè)建筑生活飲用水對水壓、水量的要求超過城鎮(zhèn)公共供水或自建設施供水管網能力時，通過儲存、加壓等設施經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近原因影響，出廠水在管道輸送過程中壓力受損壓強不足而無法直接輸送給高層用戶，由此產生了二次供水。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，但在實際中由于我國規(guī)定了市政管網末梢壓力不能低于0.14MPa，即不能低于14米，在該條件下僅能勉強維持3-4層住戶的直接供水，因此導致了大多數情況下4層以上居民用戶均需要進行二次供水。

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

上個世紀五六十年代我國就出現(xiàn)了早期的供水塔，經歷幾十年的發(fā)展二次供水先后經歷了水塔—高位水箱—補氣式氣壓供水設備—恒壓變頻供水設備—疊壓/無負壓供水設備的發(fā)展形式。每一種供水形式都是一定時期內社會生產力發(fā)展的縮影，各具特點，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，最后依靠重力進行供水。該種形式供水具有水壓穩(wěn)定、設備簡單、調貯能力強的優(yōu)點，但投資大、占地多、建設期長的缺點也相當明顯，水質也容易受到污染。

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，城市管網的供水首先注入地下蓄水池，再由水泵將水注入高位水箱。水箱設上限和下限水位。一旦水箱水位到達上限水位，自控系統(tǒng)控制水泵停止供水。當水箱到達下限水位時，系統(tǒng)給出報警信號可由自動或人工反應方式，啟動水泵供水。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，但水泵要長時間地不停運行，如果維護不當容易造成水質二次污染。

2.1.3 補氣式氣壓供水設備

該供水方式是利用密封碳鋼罐體受擠壓后局部增壓來實現(xiàn)的。首先利用水泵將市政水注入罐內，罐內氣體受擠壓后壓力增大，壓力值可通過壓力表顯示，當達到上限值時與壓力表聯(lián)通的控制柜將會關停水泵，反之當罐內壓力不足時水泵將啟動抽水。由此，罐內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)點在于節(jié)約空間，安裝靈活，臨時停電時仍可短暫供水。不足之處在于罐體容積有限，導致水泵啟停頻繁，增加能耗的同時容易造成元器件損耗。同時，當罐內氣體不足時需通過補氣，補氣時容易造成水質污染。后期人們在補氣式氣壓供水設備的基礎上又研發(fā)了囊式氣壓供水設備。二者最大的不同點在于罐體內增加了氣囊，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氣體對設備銹蝕。

2.1.4 恒壓變頻供水設備

恒壓變頻供水設備通常由氣壓罐、控制系統(tǒng)、水泵機組構成，其中控制系統(tǒng)包括編程控制器、變頻器等。根據系統(tǒng)供水壓力要求預先設置出水壓力值，壓力值通過遠程壓力表顯示出來。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組轉速和啟停保持恒壓。這種供水設備不再受罐體體積限制，但相應地也缺乏一定的儲水功能，水泵機組的頻繁啟停也帶來了能耗和設備損耗問題。

2.1.5 疊壓/無負壓供水設備

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

2.2 我國二次供水設備的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀70年代以來，我國的高層建筑逐漸出現(xiàn)，隨著城鎮(zhèn)化進程加快，尤其過去十年房地產業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國二次供水設備數量激增。2011年全社會二次供水設備保有量25萬套，2015年整個二次供水設備市場規(guī)模達到133.7億元。經過幾十年的發(fā)展中國二次供水設備的形式更加多樣化，品質也有了顯著提升，但仍普遍存在以下問題：

2.2.1 水質存在安全隱患

近年有關二次供水被污染引起的健康衛(wèi)生問題屢見報端。據不完全統(tǒng)計，2014年一季度，全國范圍內媒體曝光的自來水異味事件累計10余起，平均每周一起。事實上自我國實行《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5750-2006）以來，自來水出廠水需要經過106項檢測，正常情況下出廠水水質是達標的，但龍頭水水質卻參差不齊。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埋下安全隱患。

2.2.2 水壓不穩(wěn)定

隨著疊壓和無負壓供水設備應用愈加廣泛，許多建筑在選取二次供水方式時沒有考慮地區(qū)市政管網條件是否滿足設備安裝要求，無限制的將疊壓或無負壓設備直接接入市政管網，加之不同廠家的疊壓和無負壓設備質量良莠不齊，極易對市政管網的安全穩(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

水泵電機是二次供水系統(tǒng)的心臟。[1]由于用戶管網一天的用水量是跟隨時段變化的，理想的狀態(tài)是水泵在變頻工況下運行，使設備供水量能夠隨用水量變化而變化。目前的供水設備中盡管已經安裝了一對一配置的變頻器，但由于變頻供水設備通常無儲水能力，一天中水泵始終處于變頻運行，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行維護運營管理的一個重要因素。

3 ?智慧水務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

信息技術的高速發(fā)展使工業(yè)由機械化、自動化進入智能化、智慧化，智慧水務呼之欲出。“智慧城市”的概念最早由美國IBM公司于2010年提出，認為可以通過信息化集成對城市的公共服務設施系統(tǒng)進行精細化、智能化管理，城市供水即為其中一個重要板塊。作為城市供水最后一公里的二次供水逐步納入智慧水務建設范疇。

智慧水務是指利用傳感技術、物聯(lián)網、互聯(lián)網以及云計算等先進技術，從原水、生產、輸配、排放、處理和客戶服務等過程進行控制，完成智慧的水務管理系統(tǒng)。[2]二次供水中現(xiàn)存的水質隱患、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，智慧化也是水務企業(yè)未來發(fā)展的必然。歷史原因影響，二次供水設施作為全體業(yè)主共有產權給后續(xù)的運維增加了難度，建設和管理環(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施由開發(fā)商或建設方進行建設，而后期的管理維護則由物業(yè)負責。由于大部分物業(yè)缺乏專業(yè)的二次供水設施維護能力，一旦出現(xiàn)問題無法解決索性擱置不顧極易引發(fā)社會矛盾。2015年由國家住建部、發(fā)改委、衛(wèi)計委、公安部等四部委聯(lián)合下發(fā)的《關于加強和改進城鎮(zhèn)居民二次供水設施與管理確保水質安全的通知》文件中指出“積極鼓勵供水企業(yè)逐步將設施的管理延伸至居民家庭水表，對二次供水設施實行專業(yè)運行維護。對新建的居民二次供水設施鼓勵供水企業(yè)實施統(tǒng)建統(tǒng)管;對改造合格的二次供水設施，鼓勵供水企業(yè)負責運行維護……”可見，交由水務企業(yè)建管合一將是二次供水發(fā)展的必然趨勢。水務企業(yè)要對二次供水進行接管，無論從社會民生角度還是從企業(yè)盈虧角度考慮都需要精細化、智慧化管理。

3.2 二次供水的智慧化平臺構建

盡管近年來各地水務企業(yè)已開始不同程度的信息化建設，但不同業(yè)務應用板塊之間彼此獨立形成的“信息孤島”問題始終懸而未決，數據資源無法實現(xiàn)共享。要打破“信息孤島”，將二次供水融入水務企業(yè)的系統(tǒng)管理中，有賴于智慧水務的構建。而智慧水務的建設需要建立在智能硬件、軟件、數據收集處理基礎上，通常被分為感知層、傳輸層、存儲層、應用層，最后涉及水務管理的各子業(yè)務系統(tǒng)融合在一個綜合管理平臺上，真正實現(xiàn)海量數據的收集、整合、分析和處理。

二次供水管理系統(tǒng)是智慧水務系統(tǒng)中一個非常重要的生產管理領域的應用系統(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備上。得益于物聯(lián)網的應用發(fā)展，通過對傳統(tǒng)二次供水設備及相關基礎設施進行智能化升級，使之具備聯(lián)網和自我管理功能，利用各類終端傳感器從感知層實時采集、監(jiān)測包括水質、管網水壓、水泵運行參數、電耗、泵房狀況等在內的基礎數據，并形成設備產品的全生命周期管理。

從基礎設施采集到的各類數據將通過互聯(lián)網、移動通信、光纖網等媒介傳輸到數據庫，在數據庫中各類數據將被進行存儲、交換、整合。一個成熟的二次供水綜合管理平臺應當有足夠的兼容性、延展性，以確保能夠實現(xiàn)多終端數據模塊接入系統(tǒng)。目前極少數實力強的水務企業(yè)所建設的二次供水綜合管理平臺已設置了遠程控制、異常自動診斷、工單管理、設備生命周期管理、設備能耗分析等模塊。二次供水綜合管理平臺再將經篩選的數據進行加工匯總，并根據預先設定模型、算法做出分析、診斷、決策和預警。

在數據標準構建完成以后進入數據智能分析和可視化工作，可視化的數據主要來自2個方面，一方面是結構化標準數據展示，對接的數據源是各種結構化數據庫，另一方面是非結構化數據展示，可以對接Hive數據倉庫。可視化平臺實現(xiàn)采用了開源的DVAAS（Data Visualization as a Service）平臺解決方案。具體實現(xiàn)過程是：定義數據源→數據視圖構建→數據可視化組件綁定→交互能力設計→集成能力設計。

4 ?結語

二次供水是一項關乎國計民生的重要工程，隨著社會各界關注度不斷加深，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、運營、管理變得更為迫切。海量二次供水設施的管理在給水務企業(yè)帶來挑戰(zhàn)的同時也帶來了新的服務價值和利潤增長點。智慧水務的興起為二次供水的高效、動態(tài)、精細化管理提供了切入點。智慧二次供水作為智慧水務的重要一環(huán)需要結合整體智慧水務建設規(guī)劃進行系統(tǒng)思考設計，才能實現(xiàn)社會效益和經濟效益的雙重目標。

參考文獻：

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

[2]田培杰.智慧水務及其實施路徑研究[J].當代經濟，2015（25）：96-98.

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