馮 明，金 晶

(1.成都千匯環(huán)?？萍加邢薰?，成都，610200；2.成都市節(jié)約用水監(jiān)管事務(wù)中心，成都，610072)

黨的十八大以來，節(jié)水工作要貫徹落實(shí)“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時(shí)期治水方針，城市發(fā)展要堅(jiān)持“以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)”的原則要求，通過各種方法和手段來進(jìn)行水資源管理，推行節(jié)約用水。

本文探討在新時(shí)代城市節(jié)水新模式條件下，如何突破傳統(tǒng)水平衡測(cè)試的痼疾，用遠(yuǎn)程化、數(shù)字化和平臺(tái)化的“水平衡測(cè)試數(shù)字化”為城市非居民用水個(gè)體提供實(shí)時(shí)、便捷、準(zhǔn)確的內(nèi)部用水監(jiān)控體系。

1 水平衡測(cè)試的概念、意義和目的

水作為一種寶貴的資源，是有限的，是人類生活不可或缺的物質(zhì)和工業(yè)生產(chǎn)的原料和載體，是別的物質(zhì)無可替代的。用水單位內(nèi)部的用水節(jié)水管理必須要以科學(xué)有效的水量監(jiān)控為基礎(chǔ)，而水平衡測(cè)試為我們提供了水量監(jiān)控的技術(shù)手段。水平衡測(cè)試是指對(duì)用水單元和用水系統(tǒng)的水量進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試、統(tǒng)計(jì)、分析得出水量平衡關(guān)系的過程[1]。水平衡測(cè)試是對(duì)用水單位進(jìn)行科學(xué)管理行之有效的方法，也是進(jìn)一步做好城市節(jié)約用水工作的基礎(chǔ)。它的意義在于，“通過測(cè)試能夠全面了解用水單位管網(wǎng)狀況，各部位(單元)用水現(xiàn)狀，畫出水平衡圖，依據(jù)測(cè)定的水量數(shù)據(jù)，找出水量平衡關(guān)系和合理用水程度，采取相應(yīng)的措施挖掘節(jié)水潛力，達(dá)到加強(qiáng)用水管理、提高合理用水水平的目的”[2]。

2 水平衡測(cè)試的內(nèi)容

水平衡測(cè)試是一項(xiàng)技術(shù)性的工作。必須要有嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和周密的計(jì)劃才能把這項(xiàng)工作做好。傳統(tǒng)的水平衡測(cè)試可分為準(zhǔn)備、實(shí)測(cè)、匯總、分析階段[3]，各階段主要內(nèi)容如圖1所示。

圖1 水平衡測(cè)試內(nèi)容

水平衡測(cè)試準(zhǔn)備階段的工作內(nèi)容包括方案流程的審核、表具的校驗(yàn)與完善、相關(guān)人員的配置與相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)、測(cè)試時(shí)間的落實(shí)、管網(wǎng)漏損測(cè)試與修復(fù)。其難度隨著單位規(guī)模的增大而增大。

靜態(tài)測(cè)試階段需要在不用水的時(shí)段進(jìn)行，作為大型企業(yè)和連續(xù)生產(chǎn)型企業(yè)很難做到，一般企事業(yè)單位需要在不用水的時(shí)段進(jìn)行，一般在凌晨0∶00-3∶00左右，在此時(shí)間段因氣候原因和夜間安全等原因測(cè)試難度也很大。

動(dòng)態(tài)測(cè)試階段要做到準(zhǔn)時(shí)、準(zhǔn)確和一致。正式測(cè)試期間，極端氣候、爆管等突發(fā)狀況都會(huì)影響井下水表的讀取工作，而且井下讀表存在安全隱患。

水平衡測(cè)試有一定專業(yè)技術(shù)要求，大部分的用水單位會(huì)借助專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行。一輪測(cè)試結(jié)束后，測(cè)試體系大多閑置，用水管理又回到了之前的狀態(tài)，如果按屬地節(jié)水主管部門的要求三年一次的水平衡測(cè)試要求，則間隔周期過長(zhǎng)，傳統(tǒng)水平衡測(cè)試只能做時(shí)點(diǎn)性的單一監(jiān)測(cè)。如何把時(shí)點(diǎn)性的單一監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)槌掷m(xù)性的綜合監(jiān)控，數(shù)字化給了我們實(shí)現(xiàn)的可能。

3 “數(shù)字化”及“水平衡測(cè)試數(shù)字化”

數(shù)字化，即是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字、數(shù)據(jù)，再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當(dāng)?shù)臄?shù)字化模型，把他們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗卸M(jìn)制代碼，引入計(jì)算機(jī)內(nèi)部，進(jìn)行統(tǒng)一處理，這就是數(shù)字化的基本過程[4]。

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)定義為將人、流程、數(shù)據(jù)和事物結(jié)合在一起使得網(wǎng)絡(luò)連接變得更相關(guān)，更有價(jià)值。萬(wàn)物互聯(lián)將信息轉(zhuǎn)化為行動(dòng)，給企業(yè)、個(gè)人和國(guó)家創(chuàng)造新的功能，并帶來更加豐富的應(yīng)用場(chǎng)景和前所未有的經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)遇。

2021年，水利部發(fā)布實(shí)施了《城鎮(zhèn)用水單位智慧節(jié)水系統(tǒng)技術(shù)要求》(以下簡(jiǎn)稱《技術(shù)要求》)，在國(guó)家層面首次明確了關(guān)于城鎮(zhèn)用水單位智慧節(jié)水系統(tǒng)的技術(shù)要求，為推進(jìn)城鎮(zhèn)用水單位節(jié)水工作的數(shù)字化、精細(xì)化、智慧化提供了有力支撐。

《技術(shù)要求》的實(shí)施將在用水戶層面切實(shí)促進(jìn)新一代信息技術(shù)與節(jié)水工作的進(jìn)一步融合，助力城鎮(zhèn)用水單位管理模式轉(zhuǎn)變和用水效率提升，也為節(jié)水主管部門推進(jìn)和指導(dǎo)城鎮(zhèn)用水單位，特別是重點(diǎn)用水單位和公共機(jī)構(gòu)的節(jié)水工作提供了技術(shù)支撐。

“水平衡測(cè)試數(shù)字化”是依據(jù)《技術(shù)要求》，在傳統(tǒng)水平衡測(cè)試基礎(chǔ)上，將測(cè)試使用的計(jì)量設(shè)施由原來的機(jī)械式水表升級(jí)為智能遠(yuǎn)傳數(shù)字化水表，通過有線或無線的數(shù)據(jù)傳遞方式將所有計(jì)量設(shè)施的水量數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、計(jì)算和分析，為用水戶提供水量數(shù)據(jù)保存、可視化數(shù)據(jù)分析和水量預(yù)警等一系列專業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

根據(jù)“十四五”節(jié)水型社會(huì)建設(shè)規(guī)劃第二項(xiàng)總體要求，加強(qiáng)重大技術(shù)研發(fā)力度。將節(jié)水基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新性研究納入國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃等。圍繞用水精準(zhǔn)計(jì)量、水資源高效循環(huán)利用、節(jié)水灌溉控制、管網(wǎng)漏損監(jiān)測(cè)智能化、管網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)數(shù)字化、污水資源化利用、海水淡化利用等領(lǐng)域，開展節(jié)水關(guān)鍵技術(shù)和重大裝備研發(fā)。加強(qiáng)大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、人工智能等新一代信息技術(shù)與節(jié)水技術(shù)、管理及產(chǎn)品深度融合。結(jié)合創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等，加強(qiáng)節(jié)水領(lǐng)域高水平、高層次科技隊(duì)伍建設(shè)，提高自主創(chuàng)新能力[5]。

4 構(gòu)建智慧用水管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水平衡測(cè)試數(shù)字化

新型智慧用水管理系統(tǒng)具備全面性、易用性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性、安全性、實(shí)用性等特性。管理系統(tǒng)由感知層、傳輸層、設(shè)備接入層、數(shù)據(jù)資源層、智慧管理與應(yīng)用支撐層及應(yīng)用服務(wù)層等部分組成[6]。功能上以用水?dāng)?shù)據(jù)為核心，提煉資產(chǎn)信息、運(yùn)營(yíng)指標(biāo)、評(píng)價(jià)狀態(tài)等。運(yùn)用多種可視化工具，搭建大數(shù)據(jù)的管理界面。該界面可實(shí)現(xiàn)如下展示：

(1)資產(chǎn)信息：管線信息、水表狀態(tài)、各類設(shè)備設(shè)施數(shù)量；

(2)運(yùn)營(yíng)指標(biāo)：多種時(shí)間維度的用水統(tǒng)計(jì)、漏失水、突變用水展示；

(3)評(píng)價(jià)狀態(tài)：對(duì)分區(qū)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)評(píng)價(jià)，漏失率、資產(chǎn)狀態(tài)、用水習(xí)慣評(píng)級(jí)等。

同時(shí)，為了積極應(yīng)對(duì)信息化進(jìn)程發(fā)展帶來的不可預(yù)知性，對(duì)系統(tǒng)保留可擴(kuò)展的余地。

4.1 全局信息

在成都千匯智慧管理平臺(tái)全局信息中可以清楚地了解到用戶的分布、單位使用情況、本年度與上年度用水量、地區(qū)用水量和分行業(yè)用水量的比重和具體數(shù)據(jù)。同時(shí)系統(tǒng)可以明確地對(duì)單位的定額進(jìn)行系統(tǒng)化的分析，查看使用智慧管理平臺(tái)的單位用水定額是否合格，并對(duì)管理者和單位使用者進(jìn)行預(yù)報(bào)警。全局管理界面如圖2所示。

圖2 全局管理界面

4.2 年、月、日抄表臺(tái)賬

系統(tǒng)自動(dòng)采集、記錄和計(jì)算水表的讀數(shù)和流量，在頁(yè)面上選擇日期和周期后可以顯示相應(yīng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，并以表格模式導(dǎo)出。抄表臺(tái)賬界面如圖3所示。

圖3 抄表臺(tái)賬界面

在抄表臺(tái)賬界面，能夠通過表記信息，大致判斷用水情況。對(duì)于用水情況出現(xiàn)問題的，能夠直觀地看出問題。如圖4所示，二級(jí)表流量總和數(shù)值大于一級(jí)表流量數(shù)值，是異常的情況。

圖4 通過抄表臺(tái)賬判斷用水情況

4.3 圖表分析界面

主要包括分區(qū)用水圖表、分類用水圖表、月周期用水對(duì)比表、日周期用水對(duì)比表。分區(qū)用水圖表可以展示用水單位內(nèi)不同區(qū)域用水分布情況；分類用水圖表可以展示用水單位不同類型的用水占比情況，比如食堂用水、宿舍用水、綠化用水、景觀用水、清潔用水、衛(wèi)生間用水、鍋爐用水、消防用水等等。系統(tǒng)在選定時(shí)間周期和區(qū)域范圍后，自動(dòng)計(jì)算該時(shí)間周期和區(qū)域內(nèi)上下級(jí)水表之間的不明水率，當(dāng)系統(tǒng)計(jì)算出的不明水率超過設(shè)定閾值后，系統(tǒng)將發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警提示。圖表分析界面如圖5、圖6所示。

圖5 圖表分析界面

圖6 單水表用水分析

4.4 移動(dòng)端

移動(dòng)端在收到服務(wù)端報(bào)警信息后會(huì)向管理員發(fā)出報(bào)警，引起注意，做出相應(yīng)的處理措施。同時(shí)移動(dòng)端具有PC端全部功能，可以查看各類信息，并具備GIS地圖功能，實(shí)現(xiàn)水表定位和位置導(dǎo)航功能。移動(dòng)端界面如圖7所示。

圖7 移動(dòng)端主要界面

5 數(shù)字化水平衡測(cè)試與傳統(tǒng)水平衡之間的優(yōu)劣勢(shì)比較

數(shù)字化以后的水平衡測(cè)試在發(fā)揮原有測(cè)試的功效以外，實(shí)現(xiàn)了更高的效率、更多的功能和場(chǎng)景。

5.1 減少人力投入

傳統(tǒng)人力抄表，效率低、數(shù)據(jù)易出錯(cuò)、維護(hù)管理比較困難，且工程、人力成本都比較高，逐漸被取代。物聯(lián)網(wǎng)智慧水表搭配遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它解決了人力抄表等一系列問題，節(jié)約了人力成本。

5.2 降低測(cè)試誤差

傳統(tǒng)的機(jī)械式水表只能通過人工抄表，手寫形成計(jì)量臺(tái)賬，數(shù)據(jù)反饋和計(jì)算不及時(shí)，無法進(jìn)行即時(shí)性的統(tǒng)計(jì)和不明水分析，往往在管網(wǎng)漏水很長(zhǎng)一段時(shí)間后才能發(fā)現(xiàn)情況；以水平衡測(cè)試數(shù)字化為基礎(chǔ)的智慧用水管理平臺(tái)通過遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常用水情況，實(shí)時(shí)對(duì)用水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，迅速反映給水管網(wǎng)運(yùn)行情況，極大地節(jié)約了巡查維護(hù)成本，杜絕了異常用水造成的浪費(fèi)。

5.3 實(shí)現(xiàn)智慧用水管理

物聯(lián)網(wǎng)水表最主要的功能是能夠?qū)崿F(xiàn)水表遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上傳，通過內(nèi)置通訊模塊，將水表直接與抄表系統(tǒng)通過運(yùn)營(yíng)商基站通信，從而實(shí)現(xiàn)水表和云平臺(tái)系統(tǒng)的信息交互。管理人員直接通過電腦或者手機(jī)端查看和管理水表即可，管理平臺(tái)提供包括遠(yuǎn)程抄表、遠(yuǎn)程漏損管理、遠(yuǎn)程不明水率計(jì)算、用水報(bào)表打印等功能。

5.4 遠(yuǎn)程采集的數(shù)據(jù)更客觀、更準(zhǔn)確

物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)傳水表和抄表系統(tǒng)的結(jié)合運(yùn)用，能實(shí)時(shí)讀取水表的基礎(chǔ)用水信息，系統(tǒng)和水表計(jì)量數(shù)據(jù)保持一致，完全避免了人為錯(cuò)抄、漏抄帶來的數(shù)據(jù)誤差，為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

5.5 便于歷史數(shù)據(jù)的保存

水平衡測(cè)試數(shù)字化實(shí)現(xiàn)了被測(cè)單位用水?dāng)?shù)據(jù)的數(shù)字化，所有的數(shù)據(jù)都保存在云端，后期任何用水情況和給水管網(wǎng)的變化，平臺(tái)都會(huì)進(jìn)行數(shù)字化更新，被測(cè)單位的用水信息能得到完整、準(zhǔn)確和安全地保存，排除了人為擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了用水單位的持續(xù)管理。

表1 傳統(tǒng)水平衡測(cè)試與智慧化-數(shù)字化水平衡測(cè)試優(yōu)劣勢(shì)分析

通過智慧化管理-水平衡測(cè)試數(shù)字化能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)水平衡測(cè)試中誤差大、數(shù)據(jù)易失真、抄表困難、耗人耗時(shí)等缺點(diǎn)。用水智慧化管理平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)抄表，自動(dòng)形成用水臺(tái)賬，保障數(shù)據(jù)的真實(shí)性，解決采用人工抄表過程中可能遇到的諸多實(shí)質(zhì)性困難。用水單位通過智慧用水管理平臺(tái)能夠及時(shí)分析自身的用水情況，有效杜絕“跑冒滴漏”等現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)也可降低人工抄表產(chǎn)生的成本問題。

6 新時(shí)代城市節(jié)水的數(shù)字化展望

城市節(jié)水要跟上新時(shí)代的要求和步伐，數(shù)字化是必由之路。城市用水量的控制和提效的前提條件是對(duì)從城市用水水量平衡到每個(gè)用水戶(包括居民和企事業(yè)單位)的水平衡的整體監(jiān)控，無論從空間和時(shí)間角度，這個(gè)數(shù)據(jù)量是巨大的。隨著城市大數(shù)據(jù)體系的形成和升級(jí)，城市水量和水情數(shù)據(jù)將是城市大數(shù)據(jù)體系中重要的組成部分。如果在這樣一個(gè)量大、復(fù)雜和要求高速的數(shù)據(jù)新時(shí)代背景下，我們依然使用傳統(tǒng)的水量水情監(jiān)測(cè)設(shè)備和數(shù)據(jù)信息傳輸通道，不管是對(duì)城市宏觀水資源數(shù)據(jù)的把控，還是對(duì)每個(gè)城市細(xì)胞的用水?dāng)?shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，都會(huì)產(chǎn)生較大的滯后效應(yīng)。

數(shù)字化城市節(jié)水會(huì)有以下幾個(gè)特征：第一、作為傳感器的末端水量水情檢測(cè)設(shè)施設(shè)備必須具備模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字遠(yuǎn)傳模塊；第二、所有傳感器必須由不同層次的系統(tǒng)化平臺(tái)完成統(tǒng)籌，數(shù)據(jù)絕不會(huì)是簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸和應(yīng)用，所有數(shù)據(jù)在平臺(tái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析和儲(chǔ)存；第三、水量水情數(shù)據(jù)通過平臺(tái)處理分析，最終結(jié)果將根據(jù)不同層次的需求，數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)會(huì)體現(xiàn)精確化、直觀化和實(shí)時(shí)化。第四、水量水情監(jiān)控將極大減少人為影響的擾動(dòng)，預(yù)警功能將得到極大地體現(xiàn)，為精準(zhǔn)節(jié)水提供了準(zhǔn)確的方向。

面對(duì)城市節(jié)水?dāng)?shù)字化發(fā)展的前景，我們同樣要認(rèn)識(shí)到新形勢(shì)的發(fā)展路徑依然曲折，以上所提出的城市節(jié)水?dāng)?shù)字化場(chǎng)景仍然有局限性，末端傳感器的精確度、穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量還需要極大地提升，數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和規(guī)模依然原始，數(shù)字化節(jié)水的市場(chǎng)接受度依然很低。但我們相信新時(shí)代、新模式和數(shù)字化的未來會(huì)促使城市節(jié)水能力大步前進(jìn)。