城市智慧排水系统与海绵城市设计研究

刘钰坤

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东广州 510000）

随着城市进一步发展，地面自然滞、蓄雨水能力降低，大量天然林地与农田被不透水路面、房屋等替代，导致暴雨产流后在道路上快速行洪，积水不能及时排除会引发城市内涝问题。部分老城区采用合流制排水系统，常因管理不善造成各种各样的管道病害，直接影响正常的排水功能。进入高质量发展新时期，城市排水系统建设应摒弃盲目提高设计标准的思路，在城市建设方面融入海绵城市的建设理念，配套规划和设计智慧排水系统。目前，这方面的研究尚缺乏成熟的理论和实证分析，应对其进一步深入探讨。

1 海绵城市与智慧排水系统概述

海绵城市可以对过量雨水进行吸纳和回收利用，这一过程与海绵的性质类似。与传统的粗放式城市设计建设不同，海绵城市的设计和建设更侧重于精细化，力求更好地模拟自然水循环过程，实现对雨水的资源化利用，为环保与可持续发展提供动力[1-2]。

海绵城市中的智慧排水系统可以对排水系统中的关键节点进行监测，监测得到的数据可以实时反映排水系统的运行状态，便于及时调度排水设施。通过数据整理可以反映海绵城市的建设成果，为城市水资源、水环境和水安全的后续阶段评估和改善工作提供重要的基础数据，有效消除各部门间的信息沟通不畅问题，有效避免建设管理过程中重复工作。

拥有城市智慧排水系统的海绵城市与传统意义上的海绵城市有一定区别。在信息获取方面，拥有城市智慧排水系统的海绵城市能够收集更全面系统的实时信息，避免传统海绵城市数据信息获取滞后的问题。在信息共享方面，拥有城市智慧排水系统的海绵城市通过统一的数据共享平台实现各部门之间的信息实时反馈。在方案制定方面，拥有城市智慧排水系统的海绵城市能够通过大数据云计算、GIS技术等各种新技术进行模拟运行，确保决策更为准确，有效突破经验决策的局限性。在设施维护方面，拥有城市智慧排水系统的海绵城市通过信息化平台，对各个设备的运行状况进行实时监控，及时发现并排除可能出现的故障或隐患，有效解决人工巡检效率低的问题[3]。

2 海绵城市智慧排水系统的设计与建设内容

2.1 设计的关键技术

（1）GIS技术。

智慧排水系统中涉及大量的地下管线，包含大量的空间和属性信息，需要采用GIS技术的空间分析以及和网络分析功能，实现排水管线的维护、巡检和抢先调度，为智慧排水系统的设计提供重要依据。

（2）物联网技术。

采用物联网技术实现智慧排水系统中各个设备的全面互联，借助互联网移动通信的优势，及时传输和分析相关数据信息，达到智能化决策的目的。基于大数据技术的支持，显著解决各管理部门之间的信息孤岛问题，进一步提高工作效率和质量。

（3）数据库技术。

在智慧排水系统设计中，主要采用多源异构数据建库技术，包括联邦数据库、Wrapper/Mediator中间件结构以及数据仓库结构三部分。采用这种数据库技术，能够提升数据查询的效率和准确性，方便添加局部数据之间的异构。

（4）移动终端技术。

通过相关的App或小程序，工作人员可以使用移动通信工具查看智慧排水系统的GIS地图、管网管理、视频监控、水位流量监控、水质监控、排水口监控、养护和巡检监控等多项内容，实现相应的管理维护功能，实现随时随地办公，提高工作效率[4-5]。

2.2 泵站数据监控及控制系统

为实现泵站的自动化控制，排水系统的各个泵站应当以PLC系统进行自动化控制，使用SCADA软件对各个泵站进行组网。通过查看软件显示信息，工作人员可以实时查看各泵站水位、水泵启停状态、设备运行状态等重要信息。该系统应采用B/S结构，确保能够实现画面浏览、远程控制、历史存储和超限报警等功能，自动生成周期性报表，以供工作人员查阅，有助于提高工作效率，解决以往人工环节的不足。排水系统中的泵站自动控制系统通过计算机控制运行。

（1）对水泵的自动控制。

根据水泵的状态、水位、电网状况以及闸门位置等参数信息，合理确定泵站的工作数量和工作时间段，能够根据实际情况进行实时调整，确保整个系统在节能高效的情况下运行。自动控制中，主要基于PLC自动控制系统进行作业，避免出现某些水泵过度使用或闲置的情况。泵站运行过程中，泵站的运行参数会实时上传至系统调度指挥中心，指挥中心的监控系统可以根据需要对泵站运行参数进行自动调整，必要时可以由指挥中心的工作人员进行手动调整，确保泵站设备始终处于安全运行状态。

（2）设备的自动保护控制。

在系统中，必须配备完善的自动保护功能，包括电气故障保护、阀门开启故障保护和自动停机保护等，确保设备出现故障时能够及时停止运行，避免故障影响其他设备。功能仍采用PLC自动控制系统实现，系统应具备远程控制功能，可以使用TCP/IP协议对距离较远的泵站进行控制。

基于上述系统的有机整合，运用在线监测、地理信息、雨洪和水质模型、数据分析等技术，能够为城市水体的治理和长期运维提供有效的智慧化管理手段。黑臭水体管控系统主要包括河道或其他城市水体的基础信息、水体治理情况、污染预警溯源、公众参与等模块，实现全流程管理、达到提升人居环境质量的目标。

2.3 视频监控系统

视频监控系统主要对智慧排水系统的各个关键点位进行监控，包括地道、闸口、水泵前池和高低压室等地，对其进行实时监控和录像，录制的视频信号通过无线宽带网络传输至调度中心，调度中心的工作人员可以根据视频查看地道积水、闸口水位和泵站设备的运行情况。

2.4 气象会商系统

为实现智慧排水系统防范化了解水情的目的，智慧排水系统的调度中心需要与当地气象部门保持信息通信的畅通。强降水天气来临前，智慧排水系统的调度中心能够与当地气象部门进行会商，多方面采集和汇总最新的气象信息，为城市智慧排水系统的调度和参数调整等提供重要依据。

2.5 二维码数据信息模块

考虑信息化发展需要，为了满足管理者更灵活高效管理排水系统相关设施的需求，智慧排水系统的各个管控对象均可配置二维码标识。在实际使用过程中，操作人员通过使用手机扫描设备标注的二维码，查看相应设备的基本信息、操作规程和操作注意事项等，有助于提高排水系统内各个设备的养护和运行管理水平。在这种模式下，需要对设备信息进行维护时，只在控制系统内进行相应操作，不需要更换设备的二维码标识。广大市民也通过这个模块，上传设施异常、安全隐患、故障等信息，便于管理者及时处理公共服务端的信息交互，有助于提升市民的满意度。

3 海绵城市智慧排水系统的智慧化管理

3.1 结合互联网平台成立综合监控指挥中心

利用互联网平台的优势，建立综合监控指挥中心，作为智慧排水系统的“大脑”。监控指挥中心应具备实时监测、运营调度和维护管理等多方面的功能。通过区域内布设的雨量计、水位计、水质分析仪和水资源遥测终端计等设备智能传感器，对降雨量以及水库、河道、管道、泵站等的水位及水质数据进行整理、筛选和转换。根据不同需求进行整理分析，为决策者提供参考依据。该指挥中心的结构当以多层次的网络拓扑结构为主，使用两台核心交换机，提高系统的可靠性。该管理系统应与其他部门的系统平台进行对接，有助于其他部门从中获取自己需要的数据信息，有效节约另建数据库的成本。该系统应具备可拓展的功能，以满足后续城市扩建的需要。

3.2 应用SAP财务模块对建设资金进行管理

目前，各地区的海绵城市智慧排水系统的建设资金主要由政府财政拨款，政府及建设部门面临较大的资金压力。为了解决这一问题，需要引用财务管理方式降低资金压力，需要引入SAP财务模块进行管理。

SAP模块具有适用性强、集成度高、开放性高以及实时化程度较高等多方面的特点，能够帮助相关单位形成全面的成本管理体系。通过运用SAP系统能够有效改进传统方式的不足，将整个项目的信息合并至同一个系统中，对发生的异常情况使用系统跟踪物料成本报告、财务凭证、发票及采购单等分析原因并及时解决。系统根据已设置的标准自动校验应付款项，支付通过校验的项目账款，冻结未通过校验的项目账款。将相关部门按层次结构设置为不同的成本中心，进行固定资产及部门费用的管理，利用SAP财务模块的模拟成本功能核算建设项目的成本。城市智慧排水系统的建设仍处于动态发展的格局，在未来管理系统的功能扩展方面，将引入对建设资金和运维资金的高效管理，通过该系统指导资金的投入重心。

4 结语

智慧排水系统的建设是一项综合性较强的复杂工程，通过结合各项现代化技术，促进排水系统的功能性、科学性、高效性、综合性管理。城市水环境质量是城市绿色发展和生态文明建设的重要目标，构建和发挥智慧排水系统成为城市建设中成为不可或缺的一环。