建筑二次加压供水系统的智能化管理与维护

摘要：随着城市化进程的不断加快，高层建筑数量日益增加，建筑二次加压供水系统作用就显得尤为关键。重点对建筑二次加压供水系统智能化管理与维护的相关技术进行分析。首先阐述了二次加压供水系统的基本构成与工作原理，然后对智能化监控系统的硬件架构与软件功能进行剖析，例如传感器技术、数据传输网络以及智能控制算法等。最后探讨基于智能化的供水系统维护策略，如设备故障预测、远程维护等，期望能够给同领域专业技术人员提供理论支持。

关键词：建筑二次加压供水；智能化管理；智能化维护；监控系统

一、前言

在现代建筑高层建筑中，由于城市供水管网的压力存在不足的现象，为满足高层用户的用水需求，提出二次加压供水系统的智能化管理与维护。传统的建筑供水系统的管理和维护主要依靠人工检查及经验判断，该方法效率较低且有时不够准确。随着技术的发展，引入智能化的管理与维护方式已成为提高二次加压供水系统效能的关键措施，有助于更有效地解决问题并提升服务质量。

二、建筑二次加压供水系统概述

建筑中的二次加压供水系统由多个关键组件构成，包括储水池、水泵设备、压力监测装置、供水管道、控制阀以及电气控制系统。储水池的作用是接收并储存来自城市供水网络的水源；水泵设备负责将水加压并输送到建筑物的高层部分；压力监测装置用于实时监控管道内的压力情况；供水管道则确保加压后的水能够分配到各个用水位置；控制阀可以调节和切断水流；而电气控制系统则协调和控制水泵等设备的操作。

当城市供水系统的压力不足以直接支持高层建筑的用水需求时，二次加压供水系统会自动启动工作[1]。具体来说，压力监测装置检测到管网压力低于预设值后，会向电气控制系统发送信号。电气控制系统根据所需的设定压力来调整水泵设备的工作状态，例如通过启动或停止水泵以及调整其运行速度来维持稳定的供水压力。在用水量增加导致管网压力下降的情况下，水泵会加快运转以提升压力；相反，当用水量减少，管网压力上升时，水泵则会减速或暂停工作，以此保持管网内的压力在合适的区间内，确保稳定且高效的供水服务。

三、建筑二次加压供水智能化监控系统

（一）硬件架构

智能化建筑二次加压供水系统的硬件架构设计是确保系统高效和稳定运行的基础。合理的硬件选择与布局能够有效实现数据的采集、传输及监控，同时提供准确反馈，支持及时的调节和维护工作。

在硬件架构中，传感器的选择和布置尤为关键。为了精确监测供水管网中的压力变化，应选用高精度和高稳定性的压力传感器，并将其安装在网络的关键位置，如水泵出口和管道末端等，以全面反映供水系统的压力状态。对于流量测量，应根据所需精度和稳定性选择合适的流量传感器。电磁流量计或超声波流量计是常见的选择，其可以非侵入式地精确测量管道内的流量[2]。该流量传感器主要部署在主干管道上，以保证数据的准确性。数据采集与传输设备的设计对信息传递的速度和可靠性至关重要。数据采集模块负责将来自传感器的模拟信号转换为数字信号，并通过适当的通信方式发送到监控中心。在大多数工业环境中，有线传输因其稳定性和可靠性而成为首选方案。

（二）软件功能

1.智能化监控系统的数据采集与存储

智能化监控系统基于数据采集与存储模块，有利于实现系统高效运行。数据采集环节中，依据分布式传感器网络，该传感器包括环境监测传感器（如温湿度传感器、PM2.5传感器）、安全监测传感器（如红外传感器、烟雾传感器）及对应的视频采集设备等。基于物联网网关技术，传感器将收集到的实时数据传输至数据处理中心。数据采集模块具有精度高、速率快和多任务并行处理能力，可最大限度满足复杂环境下的数据信息共享实时性和可靠性。除此之外，系统需构建设计合理化的采集频率和时间间隔，进而避免数据冗余和系统负载过高的问题发生，同时保证关键性数据的连续性与准确性。在数据存储环节，智能化监控系统选取使用集中式和分布式数据库相结合模式。集中式数据库主要用于存储核心数据，方便集中管理和快速查询；分布式数据库则适合大规模、实时数据的动态存储，可显著提升系统的扩展性和存储效率。数据库存储架构需支持多种数据格式，包括结构化、半结构化和非结构化数据，满足多样化的数据管理需求。另外，系统应设计多级存储机制，将高优先级的数据存储于高速存储介质（如SSD），而低优先级或历史数据则转存至大容量介质（如云存储或磁带存储）。为保证数据的安全性和完整性，数据库需按照既定设计要求，实现数据备份与恢复，以便在遇到突发故障或系统崩溃时保护数据不被丢失。系统中不同类型数据的存储策略和技术见表1。

2.实时监控与报警机制

供水系统的智能化管理依赖于强大的实时监控与报警功能。通过用户友好的图形界面，系统可以动态展示供水系统的运行状态，包括水泵的工作情况、管网的压力水平、流量以及温度等关键性能指标[3]。这种直观的展示方式使得操作人员能够迅速掌握系统的整体运行状况。系统持续监测上述参数的变化，一旦检测到任何异常，立即触发警报，提醒相关人员采取必要的措施，从而保障设备的正常运行。

3.智能控制与优化运行

为了实现自动化调节和优化运行，智能控制系统采用了先进的控制算法，如模糊控制和PID控制。这些算法基于实时收集的压力、流量等数据，自动调整水泵的运行参数，以维持供水系统的压力稳定。例如，在用水高峰时段，系统会根据需求增加水泵的数量或提高其转速，确保充足的供水压力；而在用水低谷时，则减少水泵的数量或降低其转速，以此达到节能的效果。通过不断适应实时数据的变化，智能控制系统不仅能够优化供水系统的运行效率，还能有效降低能源消耗，并延长设备的使用寿命。水泵转速变化如图1所示。

三、基于智能化的供水系统维护策略

（一）设备故障预测

1.数据预处理

设备故障预测的技术功能应实现全面、准确的数据采集。典型化的设备运行数据主要包含振动信号、电流、电压、温度、压力、转速等。以上数据由嵌入式传感器实时采集，并通过物联网网关传输到数据中心。由于原始数据会存在复杂化的噪声、异常值和数据丢失等问题，需借助于信号去噪、异常检测和数据插补等技术实施预处理操作，进而确保模型输入数据的质量。

2.特征提取与建模

为提高预测模型的性能，从原始数据中提取关键特征极为关键。主要特征包含时间域特征（如均值、方差、峰值因子）和频率域特征（如频谱能量、频率中心）。近几年，深度学习理论的应用可实现自动特征提取，成为技术实现之一，卷积神经网络（CNN）和长短时记忆网络（LSTM）等深度学习模型可从海量数据中自动获取学习特征模式，最大程度提升建模效率和预测精度。在建模环节，常用的机器学习算法包括支持向量机（SVM）、随机森林（RF）、极限梯度提升（XGBoost）等。除此之外，深度学习算法如多层感知机（MLP）、卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）及其变体（如LSTM和GRU）在复杂故障模式预测中表现优异。基于这些算法，系统可构建故障预测模型，通过学习设备在正常运行和故障状态下的特征差异程度，实现对设备健康状态的全面评估。

3.实时诊断

当模型经过充分训练并部署到对应数据处理系统后，可实时接收新的运行数据，对设备是否存在潜在故障进行预测。预测结果包含设备当前的健康评分、故障发生的概率、可能的故障类型（如轴承故障、过热问题等）以及预计的故障发生时间。为进一步提升预测准确性，系统可以结合外部环境数据（如湿度、温度）和运行负载状态进行多因素分析。

（二）远程维护

借助智能化监控系统的远程通信功能，技术人员能够在异地对供水系统设备进行有效的远程诊断和维护[4]。例如，当设备出现故障时，技术人员可以通过远程访问设备的控制系统，实时查看运行参数、故障代码等关键信息，并进行远程调试和修复工作。对于软件故障或参数设置问题，技术人员可以直接在线解决；而对于硬件故障，技术人员可以提前了解具体情况，准备好必要的维修工具和更换部件，从而缩短现场维修的时间。

（三）预防性维护计划制定

基于设备故障预测结果和运行维护手册，可以制定出科学合理的预防性维护计划。该计划应明确规定维护的周期、具体内容和标准，例如：按照规定的时间间隔对水泵进行润滑，以减少机械部件的磨损[5]；定期清洁或更换过滤器，确保水流畅通无阻，防止杂质积累影响系统性能；定期检查电气连接的紧固性和绝缘性，避免因接触不良或短路引发的安全隐患。通过严格执行这些维护措施，可以确保设备始终处于最佳运行状态，显著降低突发故障的发生概率。

四、结语

综上所述，建筑二次加压供水系统的智能化管理与维护是高层建筑供水工程的重要技术。基于构建智能化监控系统，可实现对供水系统的实时监测、智能控制和高质量维护，进而显著提升供水系统运行与管理的可靠性，达到节能降耗的目的。随着物联网、人工智能、大数据和云计算等技术的快速发展，智能化管理与维护将更完善，为构建高效、智能、绿色的建筑供水系统提供技术保障。

参考文献

[1]杨越锴.城市住宅小区供水工程材料选用与应用研究[J].居舍，2024（22）：54-56.

[2]张红亮.供水智能化调度系统策略优化研究[J].通讯世界，2024，31（01）： 190-192.

[3]向丹丹.城镇供水管理及供水安全对策分析[J].水上安全， 2023（14）：97-99.

[4]张剑惠，车通，朱杰，等.智慧供水系统节能策略研究[J].智能建筑与智慧城市，2023（10）：168-170.

[5]王伸远，孙钦杰，苏雨.基于智能化控制的节能建筑的发展分析[J].四川建材，2014，40（02）：16-17.

作者单位：遵义市供水有限责任公司

责任编辑：王颖振 郑凯津