摘要：随着城市化进程的加快，市政供水管网的密度以及复杂程度不断增加。但由于运维水平低下，管网漏水和供需不平衡现象普遍存在。本文提出利用BIM建模软件Revit建立城市供水管网和供水泵站三维信息模型，通过物联网技术实现对供水管网压力、流量数据的采集，并将供水管网运行数据实时上传到供水管网运维数据库。对管网运行状态进行实时监测。最后通过对管网运行历史数据的精准化分析，提高效率、降低能耗、降低成本，以技术手段健全管理，切实提升供水管网管网运维管理水平。
关键词：BIM；物联网；精确化分析；运维管理
随着城市化进程的加快，市政供水管网的密度以及复杂程度不断增加。但由于运维水平低下，管网漏水和供需不平衡现象普遍存在。当前国内外对供水管网的研究主要集中于前期建设阶段，而在建成后如何安全、高效地运维，如何挖掘供水管网潜力方面研究较少，成为供水管网智慧运维建设的一个短板。现有的供水管网运维系统大多采用“SCADA+GPRS”技术【1】，通讯技术手段仍停留于3G技术阶段，甚至部分地区仍处于2G阶段，传感器采集到的设备状态数据，生产数据和管理数据处于各自隔离状态，无法实现设备、数据和模型的融合统一。
随着全球水资源短缺日益明显，供水管网的被动控制显现出越来越多的弊端，加强管道的泄漏控制减少漏损水量、降低运维成本，确保供水管网的健康运行与可持续发展和水资源保护战略相一致，这也使得对供水管网的漏损进行“智慧控制”己越发成为社会的热点关注问题。因此，从长远的发展角度来说，如何提前预警管道的漏损，减少人工寻漏检漏的时间，节约水资源并降低运维成本，是推进经济可持续发展，创建“节约友好型社会”，推进“智慧城市”的一个重要焦点【2】。
现借助三维可视化仿真分析技术、物联网数据感知技术、数据分析技术实现供水管网智慧运维管理。首先，利用BIM建模软件Revit建立城市供水管网和供水泵站三维信息模型。其设计成果是对供水系统整体的全方位表达，可以根据需要获取不同角度的局部断而以及复杂部位的详细信息【3】。这样可以实现对城市区域地上地下管网进行全景模拟浏览。其次，通过物联网技术实现对供水管网压力、流量数据的采集，并将供水管网运行数据实时上传到供水管网运维数据库。其实，物联网可以看作是互联网的应用延伸，它依托于互联网，通过智能感知技术和通信技术，完成对物体智能化的识别、监控和管理【4】。这样可以对管网运行状态进行实时监测。最后通过对管网运行历史数据的精准化分析，提高效率、降低能耗、降低成本，以技术手段健全管理，切实提升供水管网管网运维管理水平。
1.本课题研究领域国内外研究现状
管网数字化管理技术起步较早。2009年1月28日，IBM首席执行官彭明盛先生提出将传感器设备安装到城市中的各种物体内，并将其连接起来使之形成“物联网”。再运用超级计算机及云计算对其进行整合，使网上数字地球与人类社会及物理系统的链接得以实现。并最终形成“智慧地球”。其中“智慧城市”是“智慧地球”中的重要推广项目，而“智慧管网”则是“智慧城市”中的核心组成部分【5】。
在国外智慧管网领域，系统软件的开发主要基于地理信息系统GIS软件、建筑信息模型BIM软件、数据库软件等，例如美国的ESRI公司、欧特克公司、微软公司等。由于智慧管网的行业特性比较明显，企业大多在各自行业领域内提供专业性的软件产品开发及解决方案服务。
从20世纪80年代开始，我国就开始分析和建设城市地下管网管理系统【6】，目前，我国在智慧管网建设上初步起航，由“数字供水”转向“智慧供水”，并且在有些地方取得初步成效。
2013年1月，由住房和城乡建设部组织召开的国家智慧城市试点创建工作会议所发布的《住房城乡建设部办公厅关于做好国家智慧城市试点工作的通知》（建办科[2013]5号），威海市成为国家智慧城市试点。在威海市的“智慧城建档案”建设中，“智慧管网”建设也成为“智慧城建档案”中不可或缺的一环。
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2、研究内容
现阶段，供水管网运维管理水平虽然不高，但是随着先进理念与技术的引入，供水管网智慧运维管理研究变得越来越重要。供水管网运维系统建设的缺点与“智慧运维”建设的需求，研究内容主要集中在以下几个方面：
（1）供水系统运维可视化技术研究
首先，通过BIM技术对供水管网进行全景三维可视化显示，建立每个仪表的共享参数，通过共享参数可以添加任何我们想要的参数信息并且能被明细表统计。这样可以避免在运维平台上重复开发显示供水中的压力计、流量计、阀门、仪表的基础信息。
（2）供水系统运维数据的物联网感知技术研究
借助物联网感知技术，以华为NB-IOT模组为应用基础，NB-IOT拥有低功耗的特点，NB-IOT拥有更强、更广的信号覆盖，应用NB-IOT智能表对供水管网运行的压力、流量进行实时监测与采集，并传输至服务器。全面掌握管网负荷运行情况和管网自身健康状态，由被动化管理向主动、智能化管理转变，减少和消除安全隐患，有效提升管网安全管理水平，做到管网运维数据的“全程可见”。
（3）智慧管网运维数据分析决策技术研究
通过计算流体力学（Computational Fluid Dynamics CFD）对用户楼的最不利点压力进行计算机数值模拟。结合物联网技术采集到的最不利点压力、流量数据，利用FLUENT软件分析并显示流场中的现象，预测最不利点处管道压力波动原因。
（4）初步搭建供水系统智慧运维平台
搭建供水系统智慧运维管理平台，将不同的功能区域进行分区处理，并在相应的区域界面进行系统开发。首先通过NB-IOT通讯协议并用Node.js重新定义函数在后端搭建一个数据接收与管理的服务器，搭建服务器的意义在于可以将通过物联网技术采集的数据显示在运维管理平台。
3、研究结论
本文顺应信息技术的发展趋势，为优化供水运维管理系统，研究BlM技术和物联网对运维管理的应用价值，为供水管网的运维管理提供一种更加合理的应用方案。
主要得出以下成果：
（1）通过BIM技术对供水管网进行全景三维可视化显示，做到管网运维数据的“全程可见”。
（2）通过物联网技术进行数据的收集，与三维可视化模型进行对接，为模型提供供水官网的实时数据，并在运维管理平台上对数据进行实时监测。
（3）指出现阶段BlM技术和物联网技术在智慧供水运维管理中的主要方向，并为今后研究提供了方向。
参考文献：
【1】[陶建科.基于GIS和SCADA技术的供水管网信息管理系统设计.水利科技与经济2008，14（5）]
【2】[徐强，陈求稳，顾军农.供水管网漏损控制研究进展[[J].中国给水排水，2012，28（24）：5-9.]
【3】[朱栩莹，吴迪，李丹.BIM技术在城市地下管线设计与管理中的应用[J].山西建筑，2016，42（22）：230-232]
【4】【肖婷，庄义庆，糜林，等.物联网传感技术在大棚草毒生产中的应用[[J].江苏农业学报，2014（5）：1185一1187//刘伟.基于短信数据通信的自动抄表系统研究与应用[fDl.武汉：武汉理工大学，2014.】
【5】[高铁军，吴立新.论城市管网智慧管理研究范畴与关键技术[J].地理与地理信息科学，2011，27（4）：19-23.]。
【6】【伍振洋.城市排水管网的信息化建设与使用[J].城市建设理论研究：电子版，2015，5（12）.】
论文作者:王旭朝,安娟,腾非,马恺,叶宏亮,卢颖,刘鹏宵
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：管网论文; 智慧论文; 技术论文; 数据论文; 城市论文; 供水系统论文; 实时论文; 《基层建设》2019年第12期论文;