智慧水务背景下二次供水发展分析

李霞

摘要：近年来“智慧”理念逐步渗透到社会公共生活的各个角落，智慧交通、智慧电网、智慧水务、智慧医疗等构成了智慧城市的方方面面，其中，与人们生产生活息息相关的城镇二次供水在“智慧水务”背景影响下也发展到了新的阶段。本文拟对二次供水技术及管理模式的发展历程进行分析，并结合当下智慧水务理念对二次供水发展趋势进行探讨预测，以期为行业发展提供一定参考。

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.

关键词：智慧水务;二次供水

Key words： smart water affairs;secondary water supply

中图分类号：U991.62                                     文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2019）30-0022-03

0  引言

伴随中国经济的迅速发展，城镇化进程日益加快，根据国家统计部门数据，2018年中国的常住人口城镇化率达到59.58%，城镇常住人口将近8亿人。越来越多人口涌入城市催生了大量的高层建筑，对二次供水也提出了更高要求。与此同时，智慧水务在物联网、移动互联网、大数据、云技术的兴起和应用中应运而生，使进一步增强二次供水的安全稳定、水质改善和智能精细管理成为可能。

1  二次供水概述

二次供水是相对于一次供水而言。一次供水是指在满足自来水管网给水压力的情况下从自来水厂经过管道直接供水给用户的形式。《二次供水工程技术规程》则将二次供水定义为当民用与工业建筑生活饮用水对水压、水量的要求超过城镇公共供水或自建设施供水管网能力时，通过储存、加压等设施经管道供给用户或自用的供水方式。受地势高低和管道距离远近原因影响，出厂水在管道输送过程中压力受损压强不足而无法直接输送给高层用户，由此产生了二次供水。一般情况下市政供水压力只能供水到7层以下，7层以上则需要二次加压供水，但在实际中由于我国规定了市政管网末梢压力不能低于0.14MPa，即不能低于14米，在该条件下仅能勉强维持3-4层住户的直接供水，因此导致了大多数情况下4层以上居民用户均需要进行二次供水。

2  我国二次供水的发展历程和现状

2.1 我国二次供水的发展历程

上个世纪五六十年代我国就出现了早期的供水塔，经历几十年的发展二次供水先后经历了水塔—高位水箱—补气式气压供水设备—恒压变频供水设备—叠压/无负压供水设备的发展形式。每一种供水形式都是一定时期内社会生产力发展的缩影，各具特点，各有优劣，适用于不同用水情况，具体如下：

2.1.1 水塔

水塔是最早的二次供水方式，其原理主要是通过重力给水。水泵将低处的水抽至一定高度储存，再由液位控制水泵启停，最后依靠重力进行供水。该种形式供水具有水压稳定、设备简单、调贮能力强的优点，但投资大、占地多、建设期长的缺点也相当明显，水质也容易受到污染。

2.1.2 高位水箱

高位水箱是水塔的升级，通常为不锈钢材质，城市管网的供水首先注入地下蓄水池，再由水泵将水注入高位水箱。水箱设上限和下限水位。一旦水箱水位到达上限水位，自控系统控制水泵停止供水。当水箱到达下限水位时，系统给出报警信号可由自动或人工反应方式，启动水泵供水。该供水方式对于各类建筑均适用，管理维修简单，可贮存一定的用水，但水泵要长时间地不停运行，如果维护不当容易造成水质二次污染。

2.1.3 补气式气压供水设备

该供水方式是利用密封碳钢罐体受挤压后局部增压来实现的。首先利用水泵将市政水注入罐内，罐内气体受挤压后压力增大，压力值可通过压力表显示，当达到上限值时与压力表联通的控制柜将会关停水泵，反之当罐内压力不足时水泵将启动抽水。由此，罐内压力始终保持高于外界压力，从而向高层用户供水。这种供水方式优点在于节约空间，安装灵活，临时停电时仍可短暂供水。不足之处在于罐体容积有限，导致水泵启停频繁，增加能耗的同时容易造成元器件损耗。同时，当罐内气体不足时需通过补气，补气时容易造成水质污染。后期人们在补气式气压供水设备的基础上又研发了囊式气压供水设备。二者最大的不同点在于罐体内增加了气囊，使水、气、罐壁相隔，既保证了水的卫生条件，也避免了气水混合时气体对设备锈蚀。

2.1.4 恒压变频供水设备

恒压变频供水设备通常由气压罐、控制系统、水泵机组构成，其中控制系统包括编程控制器、变频器等。根据系统供水压力要求预先设置出水压力值，压力值通过远程压力表显示出来。压力表与变频器联通，变频器收到压力表反馈后通过控制水泵机组转速和启停保持恒压。这种供水设备不再受罐体体积限制，但相应地也缺乏一定的储水功能，水泵机组的频繁启停也带来了能耗和设备损耗问题。

2.1.5 叠压/无负压供水设备

叠压或无负压是现今较为主流的二次供水形式，无论是叠压与无负压均为就市政管网压力而言，二者无本质区别。传统的二次供水方式将水放入水池或水箱，再重新启动水泵加压，造成市政管网自有水压的浪费，而叠压或无负压供水设备直接与市政管网相连，可充分利用市政管网原有压力，只需在市政管网水压的基础上补足差额压力，有效降低了能耗。全封闭的设备结构也避免了水资源的跑冒滴漏。

2.2 我国二次供水设备的发展现状

20世纪70年代以来，我国的高层建筑逐渐出现，随着城镇化进程加快，尤其过去十年房地产业的蓬勃发展，我国二次供水设备数量激增。2011年全社会二次供水设备保有量25万套，2015年整个二次供水设备市场规模达到133.7亿元。经过几十年的发展中国二次供水设备的形式更加多样化，品质也有了显著提升，但仍普遍存在以下问题：

2.2.1 水质存在安全隐患

近年有关二次供水被污染引起的健康卫生问题屡见报端。据不完全统计，2014年一季度，全国范围内媒体曝光的自来水异味事件累计10余起，平均每周一起。事实上自我国实行《生活饮用水卫生标准》（GB5750-2006）以来，自来水出厂水需要经过106项检测，正常情况下出厂水水质是达标的，但龙头水水质却参差不齐。管道、蓄水装置的锈蚀、余氯的减少以及微生物的滋生为二次供水水质埋下安全隐患。

2.2.2 水压不稳定

随着叠压和无负压供水设备应用愈加广泛，许多建筑在选取二次供水方式时没有考虑地区市政管网条件是否满足设备安装要求，无限制的将叠压或无负压设备直接接入市政管网，加之不同厂家的叠压和无负压设备质量良莠不齐，极易对市政管网的安全稳定造成隐患，也对用户的正常用水造成影响。

2.2.3 能耗过大

水泵电机是二次供水系统的心脏。[1]由于用户管网一天的用水量是跟随时段变化的，理想的状态是水泵在变频工况下运行，使设备供水量能够随用水量变化而变化。目前的供水设备中尽管已经安装了一对一配置的变频器，但由于变频供水设备通常无储水能力，一天中水泵始终处于变频运行，能耗损失较大。电耗成本成为二次供水中的最主要成本，也成为制约二次供水运行维护运营管理的一个重要因素。

3  智慧水务背景下的二次供水发展趋势

3.1 二次供水的未来发展趋势

信息技术的高速发展使工业由机械化、自动化进入智能化、智慧化，智慧水务呼之欲出。“智慧城市”的概念最早由美国IBM公司于2010年提出，认为可以通过信息化集成对城市的公共服务设施系统进行精细化、智能化管理，城市供水即为其中一个重要板块。作为城市供水最后一公里的二次供水逐步纳入智慧水务建设范畴。

智慧水务是指利用传感技术、物联网、互联网以及云计算等先进技术，从原水、生产、输配、排放、处理和客户服务等过程进行控制，完成智慧的水务管理系统。[2]二次供水中现存的水质隐患、水压不稳、能耗过高等问题客观上需要通过智慧化方式解决，智慧化也是水务企业未来发展的必然。历史原因影响，二次供水设施作为全体业主共有产权给后续的运维增加了难度，建设和管理环节的分离造成了目前许多小区尤其是老旧小区的二次供水设施一直处于管理真空状态，从而埋下诸多安全隐患。一般情况下二次供水设施由开发商或建设方进行建设，而后期的管理维护则由物业负责。由于大部分物业缺乏专业的二次供水设施维护能力，一旦出现问题无法解决索性搁置不顾极易引发社会矛盾。2015年由国家住建部、发改委、卫计委、公安部等四部委联合下发的《关于加强和改进城镇居民二次供水设施与管理确保水质安全的通知》文件中指出“积极鼓励供水企业逐步将设施的管理延伸至居民家庭水表，对二次供水设施实行专业运行维护。对新建的居民二次供水设施鼓励供水企业实施统建统管;对改造合格的二次供水设施，鼓励供水企业负责运行维护……”可见，交由水务企业建管合一将是二次供水发展的必然趋势。水务企业要对二次供水进行接管，无论从社会民生角度还是从企业盈亏角度考虑都需要精细化、智慧化管理。

3.2 二次供水的智慧化平台构建

尽管近年来各地水务企业已开始不同程度的信息化建设，但不同业务应用板块之间彼此独立形成的“信息孤岛”问题始终悬而未决，数据资源无法实现共享。要打破“信息孤岛”，将二次供水融入水务企业的系统管理中，有赖于智慧水务的构建。而智慧水务的建设需要建立在智能硬件、软件、数据收集处理基础上，通常被分为感知层、传输层、存储层、应用层，最后涉及水务管理的各子业务系统融合在一个综合管理平台上，真正实现海量数据的收集、整合、分析和处理。

二次供水管理系统是智慧水务系统中一个非常重要的生产管理领域的应用系统。就二次供水而言，硬件主要体现在智能化的二次供水设备上。得益于物联网的应用发展，通过对传统二次供水设备及相关基础设施进行智能化升级，使之具备联网和自我管理功能，利用各类终端传感器从感知层实时采集、监测包括水质、管网水压、水泵运行参数、电耗、泵房状况等在内的基础数据，并形成设备产品的全生命周期管理。

从基础设施采集到的各类数据将通过互联网、移动通信、光纤网等媒介传输到数据库，在数据库中各类数据将被进行存储、交换、整合。一个成熟的二次供水综合管理平台应当有足够的兼容性、延展性，以确保能够实现多终端数据模块接入系统。目前极少数实力强的水务企业所建设的二次供水综合管理平台已设置了远程控制、異常自动诊断、工单管理、设备生命周期管理、设备能耗分析等模块。二次供水综合管理平台再将经筛选的数据进行加工汇总，并根据预先设定模型、算法做出分析、诊断、决策和预警。

在数据标准构建完成以后进入数据智能分析和可视化工作，可视化的数据主要来自2个方面，一方面是结构化标准数据展示，对接的数据源是各种结构化数据库，另一方面是非结构化数据展示，可以对接Hive数据仓库。可视化平台实现采用了开源的DVAAS（Data Visualization as a Service）平台解决方案。具体实现过程是：定义数据源→数据视图构建→数据可视化组件绑定→交互能力设计→集成能力设计。

4  结语

二次供水是一项关乎国计民生的重要工程，随着社会各界关注度不断加深，传统二次供水形式和二次供水管理模式存在的问题和弊端逐渐暴露，高效、统一的二次供水建设、运营、管理变得更为迫切。海量二次供水设施的管理在给水务企业带来挑战的同时也带来了新的服务价值和利润增长点。智慧水务的兴起为二次供水的高效、动态、精细化管理提供了切入点。智慧二次供水作为智慧水务的重要一环需要结合整体智慧水务建设规划进行系统思考设计，才能实现社会效益和经济效益的双重目标。

参考文献：

[1]赵锂，章林伟，王研，等.二次供水工程设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2018.

[2]田培杰.智慧水务及其实施路径研究[J].当代经济，2015（25）：96-98.

[3]莫孝翠，崔景立.二次供水竖向分区技术分析[J].价值工程，2018，37（19）：94-96.