一种建筑供水系统管网在线监测和漏失管理的方法 |
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| 申请号 | CN202311845942.5 | 申请日 | 2023-12-28 | 公开(公告)号 | CN117927877A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 中国建筑设计研究院有限公司; | 发明人 | 林建德; 沈晨; | ||||
| 摘要 | 一种建筑供 水 系统管网在线监测和漏失管理的方法，属于建筑供水综合运维系统技术领域。本方法主要包括(1)建筑供水系统管网设计、(2)远传设备、(3) 云 存储 服务器 以及(4)信息化监控平台四部分；远传设备安装在建筑供水系统管网中；信息化监控平台与远传设备电连接或 信号 连接，信息化监控平台用于对远传设备数据的远程监测、管网漏失的预警报警和 阀 门 的远程控制等功能；云存储服务器与信息化监控平台电连接或信号连接，用于分析漏失情况。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种建筑供水系统管网在线监测和漏失管理的方法，其特征在于，主要包括(1)建筑供水系统管网设计、(2)远传设备、(3)云存储服务器以及(4)信息化监控平台四部分；远传设备安装在建筑供水系统管网中；信息化监控平台与远传设备电连接或信号连接，信息化监控平台用于对远传设备数据的远程监测、管网漏失的预警报警和阀门的远程控制等功能；云存储服务器与信息化监控平台电连接或信号连接，用于分析漏失情况。 |
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| 说明书全文 | 一种建筑供水系统管网在线监测和漏失管理的方法技术领域背景技术[0002] 根据发展需求全国城市公共供水管网漏损率力争控制在9％以内；对供水设施运行状态和水量、水压、水质等信息进行实时监测，精准识别管网漏损点位，进行管网压力区域智能调节，逐步提高城市供水管网漏损的信息化、智慧化管理水平。当前国内供水行业漏损率普遍在12～18％之间，2021年全国供水管网漏损率约为12.68％，大部分城市将城市管网漏失率控制在12％左右就无法再进一步提高了。有研究表明，城市供水管网80％的漏失发生在建筑与小区内。因此，只有控制好建筑与小区内的管网漏失，才有可能实现全国城市公共供水管网漏损率力争控制在9％以内的目标。尽管《绿色建筑评价标准》(GB/T5038‑2019)对建筑供水管网的分级计量均有明确要求，但长期以来工程中往往出现远传水表设置分散维护困难，仪表故障也无法得到及时维护，数据整理逻辑混乱，工况监测数据无法得到有效利用形成数据孤岛，最终导致计量节水形同虚设，管网漏失始终未能得到有效控制。 因此，需要有更加先进的技术手段对建筑给水的系统的运行和漏失进行优化管理。 [0003] 传统的独立计量分区(district meter area，以下简称“DMA分区”)，一般用于市政供水管网的分区管理，主要是将市政供水管网系统划分为若干个较小的、有永久性边界的子系统(分区)，每个分区均安装有计量进、出区域流量的流量计或水表，能够单独计算每个分区的供水量、出水量(即用水量)和漏损率。市政供水管网建立DMA分区准则主要包括以下几点：①DMA分区的大小(主要依据各区域面积，地势等因素)；②隔离DMA分区必须关闭的阀门数量；③用来计算DMA分区内流入流出水量的水表数量；④DMA内地面高程及压力变化情况；⑤利用清晰明确的地形特征作为DMA分区边界，如河流、排水渠、公路、铁路等。如图1所示。DMA分区技术在近似平面的市政供水管网分区管理中已有较为成熟的应用，与市政供水管网相比，建筑供水管网供水分区理论一直未受到关注，同时随着公共建筑用水功能愈加复杂，更多高层和超高层建筑的出现，同时根据建筑区内生活需求需要时不时的额外增加建筑用水功能，仅靠现有《建筑给水排水设计标准》GB50015的压力分区和《绿色建筑评价标准》GB/T5038的按不同功能、用途安装水表，已无法满足当下对建筑供水系统运维和漏失管理的需求，因此结合建筑竖向管网的系统特点和发展的需求，提出建筑供水系统管网在线监测和漏失管理的方法。同时提供远程管理办法。 发明内容[0004] 本发明提供一种建筑供水系统管网在线监测和漏失管理的方法，本方法主要包括(1)建筑供水系统管网设计、(2)远传设备、(3)云存储服务器以及(4)信息化监控平台四部分；远传设备安装在建筑供水系统管网中；信息化监控平台与远传设备电连接或信号连接，信息化监控平台用于对远传设备数据的远程监测、管网漏失的预警报警和阀门的远程控制等功能；云存储服务器与信息化监控平台电连接或信号连接，用于分析漏失情况。 [0005] (1)系统设计包括建筑供水系统管网DMA分区。 [0006] 结合建筑的永久性边界将建筑给水管网划分为若干个DMA管理分区，DMA分区原则考虑楼座和楼层之间的隔离，即永久性边界的选择；包括：①不同楼座的分区；②建筑的地上、地下楼层的分区，如考虑建筑的地上、地下楼层且兼顾不同压力供水形式的分区；③将多楼层均匀地划分为多个不同的分区；④横向平面空间之间的分区，如横向平面空间较大且功能复杂的楼层，还可以考虑同一楼层内不同功能用水的分区；等。 [0007] 每个分区内的管网采用环状布置，每个分区前后均安装有计量进入区域流量的远传水表，能够单独计算每个分区的供水量、出水量(即用水量)和漏损率，为开展管道漏失管理和监测提供技术条件。 [0008] 所述的环状布置为：有一个管路连接环状管路作为环状管路的进水管(进水管与环状管路的两个支路同时连接同时供水)，环状管路上根据需求可以设置多个出水口供下一级用，在同一环状管路上可以根据需求设置或后期改造增减不同数量的出水口，也就可以增减不同数量的下一级用水；通过管网的环状布置，使得该区域形成一个封闭的管网。 [0009] 形成的建筑供水系统管网包括如下：在主建筑供水管上连接多个一级分支单管路，每个一级分支单管路上连接多个二级分支单管路或/和环状布置的管路，每个二级分支单管路上连接多个三级分支单管路或/和环状布置的管路，每个三级分支单管路上连接多个四级分支单管路或/和环状布置的管路，依次类推；同时环状布置的管路上还根据需要连接嵌套的一级分支单管路，进一步的嵌套的一级分支单管路上再连接多个二级嵌套分支管路或/和环状布置的管路，依次类推；并对各分支单管路和各环状布置的管路进行编号。 [0010] 所述的建筑供水系统管网根据需求设计不同级的分支单管路；环状布置的管路上根据需求可以连接不同级的嵌套分支管路；尤其具体用水末端即各家用户的具体用水器具划分到DMA管理分区的环状布置的管路上。 [0011] 所述的建筑供水系统管网上设置有阀门等。 [0012] 远传设备(2)包括智能远传水表、压力传感器和远程电控阀门等，安装于建筑供水系统管网的建筑给水管道上(尤其在DMA管理分区的环状布置管前后进水管口)采集流量和压力变化等数据，对智能远传水表、压力传感器和远程电控阀门等进行编号；用于云存储服务器(3)分析管网漏失状况，当发生大量漏水(损害漏水)事故时，可以通过夜间流量、短时流量的持续增加，以及压力骤降等确认漏水事故发生，然后通过信息化监控平台(4)的远程控制联动机制，远程关闭对应给水管段的阀门来控制漏水事故的进一步恶化。 [0013] 云存储服务器(3)为信息技术的重要组成部分，用于汇集远传设备采集的工况数据，为信息化监控平台开展远传监控和数据分析提供数据存储上的支撑。 [0014] 信息化监控平台(4)包含工况数据的远程监测、管网漏失的预警报警和阀门的远程控制等功能；其中工况数据的远程监测功能主要是通过统计曲线的形式展示管网流量和压力的变化趋势，管网漏失的预警报警主要是通过监测管网夜间流量、日间持续流量(一般正常的话日间大于夜间流量)、管道压力骤降等数据识别管网的漏失，并发出对应区域管网漏失的预警和报警提示，阀门的远传控制主要指当管网发生漏失或爆管事故时，系统通过漏失联动及时关闭对应区域或管段的远传控制阀门，快速处置漏水事故，以减少水资源浪费，并避免二次灾害事故进一步发生。 [0015] 管道漏失监测和管理的方法包括以下步骤： [0016] 1)选用能够滴水计量(始动流量0.002m3/h)的远传水表，基于DMA分区方法安装远传设备并建立管网在线监测系统，与各用水器具供水支管连接的DMA分区管道按环状布置，形成封闭的供水管道，即DMA分区所有接出的用水支管均在DMA分区对应的远传水表监测范围内，且正常情况下进水水表读数等于各供水支管水表读数之和； [0017] 2)对远传水表进行编号，将DMA分区内具有上、下级从属关系的水表，建立逻辑导图关联系统并逐级进行关联，当其中一个水表数据出现异常(管网漏水、爆管以及用水器具损坏等)时，在线监测系统将对该水表所关联的DMA分区和相关联的上一级水表进行提示和报警，进而实现逐级报警并快速锁定异常区间； [0018] 3)查看各管路夜间(凌晨2:00‑4:00时段)、日间(7:00‑19:00时段)等时段流量和压力变化，筛选并确立正常工况下的变化曲线，即标准曲线； [0019] 4)通过信息化监控平台设定系统报警的阀值；渗漏时，夜间流量超出对应时间段3 标准值的x％(可根据需要设定)如某管段夜间内出现流量持续大于0.002m/h的情况；爆管时，24小时内出现5分钟以上实时流量远大于本管段所有用水器具最大流量之和的流量(远大于可根据不同管路不同需求有可能出现的流量差自行界定)，同时出现供水在线监测压力骤降且持续时间较长(即异常流量，持续时间较长可根据不同管路不同需求有可能出现的时长自行界定)；如用水器具损坏时出现10分钟以上监测流量等于用水器具的额定出流量，即可报警并通过逻辑导图的预设关联系统逐级向上一级水表传递异常数据信息并生产报表； [0020] 5)报表的内容应包括时间、地点(楼层或具体功能房间)、DMA分区编号、出现异常数据的水表编号、异常状态初判结论(渗漏、爆管或卫生器具阀门损坏等)，以及实时监测生产的流量、压力变化曲线；检修人员根据报表去实际进行维修。 [0021] 本发明的优点： [0022] 长期以来工程中往往出现远传水表设置分散维护困难，仪表故障也无法得到及时维护，数据整理逻辑混乱，工况监测数据无法得到有效利用并形成数据孤岛，DMA分区的最小单元内的管网呈环状布置，通过DMA分区将庞大的竖向管道系统有规律地划分成多个较大的管理单元，每个水表都有对应的区域标签，便于在使用过程中进行梳理、统计、查找和划片区管理，数据的整合和管理方面，水表按一定规则进行上、下级设置，数据分析时可逐级累加，逻辑性更强，且不易出现因为上、下级水表规格相差较大，出现较大的仪器误差。环状管网所在DMA分区内所有用水出流都在计量设施的监控范围内，能够更加细致、准确地察觉管网的跑冒滴漏现象，快速响应爆管、器具漏水等事故，实现用水的精细化管理。在实际应用中，考虑到工程建设的经济性，可不在环状管网的支管接出处设置水表，只需设置DMA分区水表即可，当DMA分区出现漏水报警时，工作人员前往管理区域，可通过逐层排查找出漏水点位。但是，建筑供水系统多为隐蔽性工程，单靠人工巡查较难发现，因此是否需要在环状管网支管接管处设置远传水表来辅助明确更准确的漏水点位，各有利弊，应依照具体项目的经济条件和建筑工程的重要性等级来确定。 [0023] 逻辑导图一方面是辅助管理人员识别判断漏水部位，另一方面是配合信息化系统的可视化界面来指示具体的管理区域，在运维管理的实操上，DMA分区所体现的逻辑性和整体性更强。上、下级水表通过逻辑导图关联，是由于整体造价和经济性的问题，远程控制阀门是与DMA分区水表配套设置的，环管支管出的水表处不设远程控制阀门，当DMA分区内用水端出现漏水时，由DMA分区水表处的远程控制阀门负责关闭该区域供水。因此，如用水支管处设置了远传水表，应将漏水信息通过逻辑导图传递至DMA分区水表，由DMA分区水表指挥远程控制阀门的启、闭。关闭阀门的动作一般用于节假日(含周末)、或无人值守且对室内环境涉水控制要求较高的区域，避免当漏水时室内水量过大，造成地面积水、建材泡水、电路短路甚至引发火灾等。附图说明 [0024] 图1市政供水管网DMA分区示意图； [0025] 图2为实施例1建筑给水管网布置图。 [0026] 图3DMA分区逻辑导图 [0027] 图4为实施例1采用统计曲线的形式展示管网流量变化趋势. [0028] 图5为实施例1压力随流量的变化趋势统计曲线。 [0029] 图6对应图1中的具体的DMA2‑1‑1的一个应用。 具体实施方式[0030] 结合附图对本发明的实施方式做具体说明，但本发明并不限于以下实施例。 [0031] 实施例1：以地上8层、地下1层的建筑给水管网布置为例(图2) [0032] (1)本方法主要由系统设计、远传设备、云存储服务器以及信息化监控平台四部分组成。 [0033] (2)参看图2，通过系统设计对建筑给水管网进行DMA分区，并不同分区的水表按照对应分区进行编号：首先按照不同压力供水形式将建筑给水管网分为DMA1(市政直供，一级水表)和DMA2(二次加压，一级水表)两个管理分区，；其次按照地上和地下的边界关系将DMA1分区进一步细化分成DMA1‑1(二级水表)和DMA1‑2(二级水表)两个分区(如更多DMA分区，依次进一步分级编号，直至出现连接用水器具的供水支管，便不再分级)；同理，二次加压供水的部分，按照不同楼层的管理需求，以三层为一个管理分区，均匀地将楼层分成两个管理分区，并在分区管理单元的起端处安装远传水表，且水表应具备滴水计量的精度，即计3 量始动流量精确到0.002m/h；同时对应的管理分区安装压力传感器和远程控制阀门，压力传感器主要是通过压力骤降的变化，联合流量变化数据对分区内的漏水事故进行识别，当确认漏水事故发生时便联动远程控制阀门关闭该DMA分区供水；另外，按照建筑的不同用途、付费或管理单元等计量要求，还应在DMA分区内对应连接的用水点增设远传水表(三级水表)，从而进一步确认细分功能和区域的管网漏失情况。 [0034] (3)参看图2、图3，按照建筑的不同用途、付费或管理单元设置供水支管，并对供水供水支管直接连接用水器具，除DMA分区进行编号外，还应对远传水表进行编号，远传水表编号格式为：DMA分区编号+水表编号，如DMA1‑1‑WM1、DMA1‑2‑WM1等，以此类推；将DMA分区内具有上、下级从属关系的水表，建立逻辑导图(图3只是一个举例说明书)并逐级进行关联，当其中一个水表数据出现异常(管网漏水、爆管以及卫生器具阀件损坏等)时，在线监测系统将对该水表所关联的DMA分区和相关联的上一级水表进行提示和报警，进而实现逐级报警并快速锁定异常区间； [0035] (4)云存储服务器主要作为在线监测数据存储的载体，用于汇集远传水表和压力传感器等远传设备采集的实时工况数据，为信息化管理平台的监管提供实时工况数据传递的功能。 [0036] (5)参看图4、图5、附表1，信息化监控平台是实时工况数据的可视化工具，包含工况数据的远程监测、管网漏失的预警报警和阀门的远程控制等功能；其中工况数据的远程监测功能主要是通过统计曲线的形式展示管网流量变化趋势(图4)，以及压力随流量的变化趋势(图5)，管网漏失的预警报警主要是通过监测管网夜间(凌晨2:00‑4:00时段)流量、日间(7:00‑19:00时段)持续大流量等数据识别管网是否存在漏失，从而发出管网漏失的预警和报警提示，以管网中仅存在洗手盆和水龙头为例，通过图和附表1的流量监测对照，便可判断当出现流量数据时，是哪种卫生器具在使用。阀门的远传控制主要指当管网发生漏水事故时，系统通过联动控制机制可及时关闭对应区域或管段的远传控制阀门。漏水一般包括管道的跑冒滴漏、爆管或连接件断裂，以及卫生器具止水阀门的损坏等。 [0037] (6)参看图2、图4、图5、附表1，不同分区内的用水按照不同功能和用途从各自的环管内接出，并安装远传水表，以DMA1分区供水支管对应水表DMA1‑1‑WM3下游管段发生漏水事故为例，假设某管段上安装有3个洗手盆(感应龙头)，2个普通水龙头，该管段水龙头同时3 使用的最大出流量应该为1.35m /h；首先应记录管道正常工作状态下的流量和压力变化曲线：1)附图2凌晨2:00‑4:00时段的流量，在无人用水的情况下并未出现均匀、持续、稳定的流量；2)附图4在0:00‑6:00时段，供水压力呈现均匀变化，未受到用水出流的影响产生剧烈波动；3)如图4日间7:00‑19:00时段，供水压力在日常用水的作用下呈现间歇性地波动；4)附图4在14:00时段(红框所示)，集中的用水时段造成压力在短时间内持续下降，但很快又有所反弹。通过上述流量和压力曲线的变化，我们获得了正常流量下的流量、压力变化曲线。在当发生漏水事故时，信息化监控平台将迅速发映出异常信息：1)凌晨2:00‑4:00时段 3 将出现持续稳定的流量变化曲线(大于0.002m /h的稳定变化曲线)；2)供水压力将随着持 3 续大流量的输出(远大于1.35m /h)，并出现泄压(即压力降低)的情况，因漏水量较大压力的下降趋势更显著；3)如短时间内流量持续增大且超过5分钟以上时，压力也随之骤降，并在持续较长时间内不会恢复。通过上述机制，信息化系统对应供水支管的DMA1‑1‑WM3水表将触发流量数据异常报警，报警信息通过信息化系统的关联机制传依次往上一级水表DMA1‑1、DMA1传递，并发出警报信息，最终由信息化管理系统生成警报信息和系统导图，提示为地下一层某功能区域的用水管段发生漏水事故，并快速锁定用水点位，在短时间内指引管理工作人员到达现场进行处置。在实际应用中，管网的跑冒滴漏一般较为隐蔽，需要对夜间流量进行多次排查才能最终确定，而爆管、止水阀损坏等事故工况，可通过流量、压力等异常数据的急剧变化，在短时间内便可确定。 [0038] 表1：卫生器具流量参数表 [0039] [0040] 注：①由现场勘察和产品质检报告获知，现场安装的洗手盆配置感应水龙头且为3 节水型器具，用水效率等级为1级，额定流量为0.09m/h。 [0041] ②普通快开龙头的实际出流量与供水压力和开启度密切相关，通过监测数据研究表明，其实际出流量普遍大于设计额定出流量。 |
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