智慧水務(wù)指運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、空間地理信息集成等新一代信息技術(shù)，實(shí)時(shí)感知城鎮(zhèn)水務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)分析對(duì)水務(wù)信息進(jìn)行及時(shí)處理，提供輔助決策支持，形成融合智能感知、智能仿真、智能診斷、智能預(yù)警、智能調(diào)度、智能處置、智能控制和智能服務(wù)的全方位水務(wù)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)水務(wù)系統(tǒng)全流程的科學(xué)化、精細(xì)化、智能化運(yùn)行管理[1]。

近年來(lái)，隨著國(guó)家大力實(shí)施節(jié)水優(yōu)先戰(zhàn)略、加強(qiáng)推動(dòng)節(jié)水型（機(jī)關(guān)）單位創(chuàng)建，園區(qū)智慧水務(wù)建設(shè)的需求日益增長(zhǎng)。然而，當(dāng)前，我國(guó)智慧水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用與服務(wù)領(lǐng)域主要為城鎮(zhèn)水務(wù)，涵蓋水源調(diào)度、智慧水廠、智慧管網(wǎng)、海綿城市建設(shè)與管理等，全國(guó)范圍面向封閉式、功能性園區(qū)的系統(tǒng)應(yīng)用案例并不多，如何實(shí)現(xiàn)以可持續(xù)應(yīng)用、兌現(xiàn)預(yù)期生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，建設(shè)、運(yùn)行智慧水務(wù)系統(tǒng)，尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化方法和規(guī)?；茝V效應(yīng)。在此背景下，本文基于智慧水務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究成果及項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)提出了園區(qū)智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行方法，為同類系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行提供借鑒，也為相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)編制做好準(zhǔn)備。

1 系統(tǒng)建設(shè)

1.1 需求目標(biāo)制定

按照向園區(qū)業(yè)主單位調(diào)研系統(tǒng)實(shí)施的目的和物理邊界，初步確立系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)。

（1）了解實(shí)施目的。一般而言，可包括：提升園區(qū)水務(wù)健康安全水平、漏水嚴(yán)重亟待查漏修補(bǔ)、創(chuàng)建節(jié)水型機(jī)關(guān)（單位）、智慧園區(qū)平臺(tái)的子系統(tǒng)、水管網(wǎng)改造同步加裝計(jì)量系統(tǒng)等。

（2）了解實(shí)施范圍，是整個(gè)園區(qū)、園區(qū)內(nèi)部分區(qū)域，還是擁有多地址的園區(qū)，并進(jìn)一步了解待實(shí)施區(qū)域的占地面積、建設(shè)年代、建筑概況、產(chǎn)權(quán)情況等。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)踏勘與現(xiàn)狀分析

赴園區(qū)現(xiàn)場(chǎng)勘查，向園區(qū)運(yùn)營(yíng)單位、物業(yè)單位深入調(diào)研，了解園區(qū)運(yùn)行現(xiàn)狀。

（1）日常運(yùn)行規(guī)律，包括：日均、月均運(yùn)行時(shí)間，白天、夜間在園人數(shù)等。

（2）園區(qū)子區(qū)域劃分、建筑布局及其功能。

（3）供水管網(wǎng)分布走向、總分關(guān)系、管道特性（年限、埋深、材質(zhì)、長(zhǎng)度、管徑等）；現(xiàn)場(chǎng)施工條件（地面水表井分布、其他工程施工狀況等）。

（4）重點(diǎn)用水功能區(qū)或設(shè)施的分布位置，如：餐飲、浴室、景觀綠化、洗車等。

（5）園區(qū)用水狀況：逐月用水量及是否存在用水趨勢(shì)異常變化，初步掌握其水資源消費(fèi)特征及管網(wǎng)漏損嚴(yán)重程度，以決定是否加裝電子監(jiān)聽設(shè)備以實(shí)現(xiàn)對(duì)漏損的快速診斷。

（6）智能化與信息化現(xiàn)狀：園區(qū)局域網(wǎng)建設(shè)狀況、是否具備數(shù)據(jù)中心機(jī)房、應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)庫(kù)部署設(shè)備、智慧化系統(tǒng)（如 BAS、EMS、物業(yè)管理）建設(shè)及歷史數(shù)據(jù)積累狀況。

1.3 計(jì)量方案設(shè)計(jì)

基于前期調(diào)研結(jié)果，規(guī)劃計(jì)量分區(qū)、選取計(jì)量目標(biāo)對(duì)象、設(shè)定安裝點(diǎn)位（物理位置、管路標(biāo)號(hào)）、計(jì)量分級(jí)。除水計(jì)量點(diǎn)位外，還需結(jié)合業(yè)主方針對(duì)提升園區(qū)用水安全、加強(qiáng)漏損感知的建設(shè)需求，布設(shè)相應(yīng)的水壓、液位、水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。

在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者需編制系統(tǒng)建設(shè)的“一表兩圖”，即主材選型表、構(gòu)建園區(qū)水平衡關(guān)系結(jié)構(gòu)圖和計(jì)量分區(qū)結(jié)構(gòu)圖。

（1）主材選型表。搜集系統(tǒng)的末端感知設(shè)備，編制主材選型表，格式見表1。其中，設(shè)備類型包含：水表、壓力傳感器、液位傳感器、水質(zhì)傳感器、噪聲監(jiān)聽儀等；通信方式指設(shè)備與數(shù)據(jù)采集器或服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)連接方式、遵循的通信協(xié)議。

表1 主材選型表式

（2）園區(qū)水平衡關(guān)系結(jié)構(gòu)圖。水平衡指在一個(gè)確定的用水體系中，其輸入體系的水量始終等于輸出體系的水量。當(dāng)園區(qū)內(nèi)所有管路均已納入計(jì)量的前提下，同一時(shí)間范圍內(nèi)，園區(qū)總進(jìn)水管路儀表的計(jì)量值，應(yīng)等于各分支管路儀表的計(jì)量值之和，如前者大于后者，則懷疑存在管網(wǎng)漏失，如反之，則園區(qū)可能還存在其他進(jìn)水管路，需要重復(fù)前序的管路排摸。據(jù)此，在方案設(shè)計(jì)階段，需構(gòu)建如圖1 樣式的水平衡關(guān)系結(jié)構(gòu)圖。

圖1 水平衡關(guān)系結(jié)構(gòu)圖樣式

圖1 體現(xiàn)了園區(qū)水流分級(jí)計(jì)量的層次結(jié)構(gòu)以及潛在水平衡差的存在位置。其中每一節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)水計(jì)量表具，需對(duì)其標(biāo)注水表編號(hào)（體現(xiàn)計(jì)量級(jí)別和序號(hào)）、安裝位置、計(jì)量目標(biāo)對(duì)象和管道特性（材質(zhì)、管徑等）。通過該圖可總覽計(jì)量表安裝結(jié)果，為查找漏損提供依據(jù)。

（3）計(jì)量分區(qū)結(jié)構(gòu)圖。該結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了園區(qū)水務(wù)系統(tǒng)計(jì)量目標(biāo)對(duì)象及其從屬關(guān)系，為統(tǒng)計(jì)園區(qū)用水量構(gòu)成、分析細(xì)分功能區(qū)用水強(qiáng)度提供支撐。結(jié)構(gòu)圖樣式如圖2 所示。

圖2 計(jì)量分區(qū)結(jié)構(gòu)圖樣式

之所以需要繪制兩張結(jié)構(gòu)圖，是由于計(jì)量表具的安裝位置和其所計(jì)量的目標(biāo)對(duì)象不嚴(yán)格一致，比如：表具安裝在鍋爐房，計(jì)量管道為食堂供水，或表具安裝在物業(yè)用房，但實(shí)際計(jì)量浴室供水。因此，需要通過兩張圖將計(jì)量對(duì)象和安裝位置區(qū)分開來(lái)，分別服務(wù)于不同的使用需求。 “一表兩圖”確立了園區(qū)水務(wù)系統(tǒng)的建構(gòu)思路與核心邏輯，其作用對(duì)系統(tǒng)預(yù)期目標(biāo)的達(dá)成舉足輕重。

1.4 通信系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)。緊密結(jié)合園區(qū)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)設(shè)備計(jì)量數(shù)據(jù)自采集、處理、存儲(chǔ)的通信鏈路與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)。一般而言，通信鏈路包含計(jì)量設(shè)備、數(shù)據(jù)采集器、服務(wù)器 3 個(gè)主要節(jié)點(diǎn)，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)為數(shù)據(jù)采集器，為此，需確定設(shè)備規(guī)格選型，并需考慮與系統(tǒng)各計(jì)量設(shè)備通信方式的兼容。

（2）軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。當(dāng)前，智慧水務(wù)軟件大多采用產(chǎn)品化封裝模式加以推廣，即可實(shí)現(xiàn)根據(jù)系統(tǒng)目標(biāo)和用戶需求，提供可配置菜單。所以，軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)化為對(duì)軟件功能菜單的選擇，而后，由系統(tǒng)敏捷生成一套滿足用戶要求的可部署軟件。同時(shí)，如園區(qū)具備物業(yè)、樓控等信息系統(tǒng)，則可能存在建立接口、共享數(shù)據(jù)、協(xié)同應(yīng)用、定制開發(fā)的可能。

1.5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

該階段主要完成設(shè)備安裝、線纜敷設(shè)、數(shù)據(jù)采集調(diào)試、軟件部署、系統(tǒng)集成聯(lián)調(diào)等工作。實(shí)施前，需與園區(qū)物業(yè)、其他工程團(tuán)隊(duì)充分溝通協(xié)同，對(duì)必要的進(jìn)度交叉提前做好計(jì)劃、采取必要的防控措施，將系統(tǒng)實(shí)施可能出現(xiàn)的路面開挖、噪聲粉塵等對(duì)園區(qū)日常運(yùn)營(yíng)、室外環(huán)境的影響降到最低；實(shí)施過程中，需對(duì)工程質(zhì)量、安全、進(jìn)度開展全面管控，確保建設(shè)過程有序推進(jìn)；實(shí)施完成后，需核查設(shè)備運(yùn)行、數(shù)據(jù)傳輸、軟件功能，對(duì)用戶開展必要的培訓(xùn)，以確認(rèn)達(dá)到建設(shè)目標(biāo)、滿足應(yīng)用需求。

通過以上智慧水務(wù)建設(shè)“五步法”，可實(shí)現(xiàn)確定需求導(dǎo)向下的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、有序?qū)嵤?、目?biāo)達(dá)成。

2 系統(tǒng)運(yùn)行

系統(tǒng)上線后的科學(xué)合理運(yùn)行決定了其可持續(xù)“服役生命力”。為此，一方面，需建立常態(tài)化運(yùn)維機(jī)制，周期性對(duì)數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)運(yùn)行的正常狀況予以監(jiān)視、及時(shí)處理系統(tǒng)告警；另一方面，需定期開展數(shù)據(jù)診斷與分析，編制分析報(bào)告，為運(yùn)維和使用單位提供節(jié)約、安全運(yùn)行的指導(dǎo)與策略。

2.1 運(yùn)維保障

智慧水務(wù)系統(tǒng)提供了通信告警、超限告警功能，分別用于發(fā)現(xiàn)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)鏈路故障以及用水超標(biāo)、管網(wǎng)漏損、水質(zhì)污染等運(yùn)行問題。為此，必須建立完善的線下工作機(jī)制，對(duì)系統(tǒng)告警予以及時(shí)處理、閉環(huán)，方能確保系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、功能有效發(fā)揮。本文以園區(qū)運(yùn)營(yíng)單位為執(zhí)行主體，針對(duì)兩類告警分別建立閉環(huán)處理流程，為系統(tǒng)運(yùn)維保障提供可操作的方案，如圖3、圖4 所示。

圖3 通信故障告警處理流程

圖4 數(shù)值超限告警處理流程

在系統(tǒng)提出告警時(shí)，會(huì)同時(shí)推送告警發(fā)生的物理位置、相關(guān)儀表購(gòu)置維保信息，以便于運(yùn)營(yíng)單位開展線下查驗(yàn)維修。需說明的是，不排除因智慧水務(wù)系統(tǒng)軟件故障而出現(xiàn)假告警，如遇此情況，需提請(qǐng)軟件專業(yè)團(tuán)隊(duì)予以排查修復(fù)，但不會(huì)影響園區(qū)水務(wù)正常運(yùn)行。

2.2 分析報(bào)告

園區(qū)水務(wù)運(yùn)行分析報(bào)告基于系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)運(yùn)維或咨詢服務(wù)單位定期編制，報(bào)告期別可為周、月、季、年，短期報(bào)告?zhèn)戎赜趯?duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量、用水趨勢(shì)構(gòu)成的分析，長(zhǎng)期報(bào)告則需要剖析用水特征、管水薄弱環(huán)節(jié)及對(duì)節(jié)約安全優(yōu)化運(yùn)行的建議。分析報(bào)告可以認(rèn)為是智慧水務(wù)系統(tǒng)的延伸服務(wù)。本文以月報(bào)為例，討論月度數(shù)據(jù)的分析主題與方法。

2.2.1 數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估

數(shù)據(jù)質(zhì)量決定了數(shù)據(jù)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性及應(yīng)用價(jià)值，為此，本文提出水務(wù)原始采集日數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估模型，用于從多維度考量數(shù)據(jù)滿足應(yīng)用的程度，如表2 所示（假設(shè)采集頻率為 15 min/次，則每?jī)x表每日應(yīng)采集記錄數(shù)為 96）。

表2 水務(wù)原始采集日數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估模型

而后，按 0.4、0.4、0.2 為 3 個(gè)維度的評(píng)估得分賦權(quán)重，加權(quán)平均計(jì)算得到日數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估結(jié)果（以百分?jǐn)?shù)表示）。重復(fù)以上步驟，最終分別求得當(dāng)月各日的數(shù)據(jù)評(píng)估結(jié)果以及月平均值。表征方法見表3。

表3 水務(wù)原始采集數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估結(jié)果匯總表 單位： %

2.2.2 園區(qū)用水分析

該主題主要反映園區(qū)當(dāng)月用水總量、變化趨勢(shì)及用水強(qiáng)度特征，幫助管理者精細(xì)掌握當(dāng)月用水規(guī)律，支持節(jié)水潛力發(fā)現(xiàn)、節(jié)水措施驗(yàn)證，為下月水務(wù)運(yùn)行管理策略提供參考。

（1）日/夜用水分析.考察當(dāng)月園區(qū)各計(jì)量點(diǎn)位（6:00-22:00）、（22:00-6:00）的用水構(gòu)成關(guān)系。一般而言，在不涉及季節(jié)特征顯著變化的單個(gè)月內(nèi)，日夜用水將恒定在一個(gè)區(qū)間，隨工作日、非工作日顯現(xiàn)穩(wěn)定波動(dòng)范圍，如某日的日夜比出現(xiàn)突變，則需要結(jié)合園區(qū)運(yùn)行記錄、物業(yè)工作日志，對(duì)當(dāng)日用水狀況異常原因予以溯源，查看是否由于園區(qū)開展重要活動(dòng)、物業(yè)檢修等行為所致，并在分析報(bào)告中予以闡述。

（2）用水功能區(qū)對(duì)標(biāo)分析?？疾旒?xì)分用水功能區(qū)與《上海市用水定額（試行）》（滬水務(wù)〔2019〕1408號(hào)）的對(duì)標(biāo)情況，指標(biāo)包含：辦公用水[m3/(人·a)]、職工生活用水[L/(人·d)]、食堂用水[L/(人·餐次)]、浴室用水[L/(人·d)]，分為通用值和先進(jìn)值兩檔。通過分析了解本單位節(jié)水管理工作水平、量化存在差距。由于各指標(biāo)的單位不統(tǒng)一，所以報(bào)告需根據(jù)月度用水量及各功能區(qū)的規(guī)模進(jìn)行相應(yīng)的折算。圖5 為園區(qū)職工生活用水對(duì)標(biāo)圖例。

圖5 園區(qū)職工生活用水對(duì)標(biāo)圖例

由圖5 可知，該園區(qū)當(dāng)月職工生活用水強(qiáng)度波動(dòng)較大，全月中，3 d 用水量大于通用值，12 d 用水量低于先進(jìn)值，均值為 26.4 L/(人·d)，位于通用值范圍，大于先進(jìn)值 5.6%，節(jié)水工作尚有一定的提升空間。

2.2.3 管網(wǎng)漏損診斷

該主題以漏損診斷為目標(biāo)，采用分級(jí)平衡差、夜間最小流量分析法，盡早識(shí)別園區(qū)管網(wǎng)漏損，防控可能由此導(dǎo)致的浪費(fèi)及安全問題。

（1）分級(jí)水平衡分析。綜合考察分級(jí)水平衡差及管網(wǎng)噪聲監(jiān)聽結(jié)果，為園區(qū)管理者研判園區(qū)漏損狀況的存在、嚴(yán)重程度及大致方位提供支撐。管理者據(jù)此決策是否應(yīng)采取進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)增強(qiáng)檢漏措施，如相關(guān)儀診斷、管道開挖查找等。圖6 為園區(qū)分級(jí)水平衡分析圖例。

圖6 園區(qū)分級(jí)水平衡分析圖例

圖6 體現(xiàn)了園區(qū)逐日水平衡差以及噪聲監(jiān)聽設(shè)備泄漏報(bào)警的變化關(guān)系。若前者出現(xiàn)突增、而后者亦提示泄漏，則管網(wǎng)漏損的可能性非常大，需盡快采取查漏補(bǔ)漏措施。

（2）夜間最小流量（Minimum Night Flow）分析。分析獨(dú)立計(jì)量區(qū)域夜間水量數(shù)據(jù)，對(duì)于探知真實(shí)漏損具有重要意義[2]。由于夜間最小流量大部分時(shí)段出現(xiàn)在凌晨1：00-5：00，此時(shí)，除園區(qū)值守者可能的少量用水外無(wú)其他用水，如果園區(qū)管網(wǎng)存在漏水，則此時(shí)間段內(nèi)的最小用量最接近真實(shí)漏損量。采用比值法可實(shí)現(xiàn)基于 MNF 的漏損分析，即將夜間測(cè)得的最小流量與當(dāng)日平均時(shí)流量比較，如果比值（近似為漏損率）超過某一上限，即可認(rèn)為該區(qū)域管網(wǎng)可能出現(xiàn)異常。

3 結(jié) 語(yǔ)

在當(dāng)前園區(qū)智慧水務(wù)應(yīng)用需求持續(xù)顯現(xiàn)，而相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未形成、工程實(shí)施與運(yùn)維管理缺乏指導(dǎo)的背景下，本文對(duì)智慧園區(qū)智慧水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)行方法進(jìn)行了探討，提出“需求目標(biāo)制定→現(xiàn)場(chǎng)踏勘與現(xiàn)狀分析→計(jì)量方案設(shè)計(jì)→通信與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)→現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施”的五步建設(shè)法以及對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效益至關(guān)重要的計(jì)量方案設(shè)計(jì)“一表兩圖”；在系統(tǒng)運(yùn)行階段，圍繞運(yùn)維保障和數(shù)據(jù)分析兩大任務(wù)，設(shè)計(jì)了對(duì)接智慧水務(wù)系統(tǒng)異常告警的線下閉環(huán)處理流程，以月度運(yùn)行分析報(bào)告為載體，建立了數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估、園區(qū)用水分析、管網(wǎng)漏損診斷的模型與方法；同時(shí)對(duì)噪聲在線檢漏設(shè)備在園區(qū)智慧水務(wù)中的作用與應(yīng)用模式進(jìn)行了討論。

隨著園區(qū)智慧水務(wù)系統(tǒng)的規(guī)?；茝V和不斷深化應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)規(guī)范的編制實(shí)施勢(shì)在必行。本文成果為標(biāo)準(zhǔn)制定提供了必要的基礎(chǔ)支撐與技術(shù)準(zhǔn)備。