1. 供水管网建模工程化管理的必要性随着供水企业管理水平的日益提高、科技投入的力度日益增强、企业信息化的建设日益成熟供水管网建模即建立供水管网水力模型为行文方便以下文中简称管网模型作为管网深度管理、信息技术高端应用的一项综合型的技术也越来越受到供水企业的高度重视。尤其近年来智慧水务的呼声日益高涨管网模型在供水企业中更是担任了不可或缺的重要角色。过去一、二十年我国的研究机构及供水企业在供水管网建模实施方面作了大量有益的尝试、探索与实践获得了许多宝贵的经验解决了一系列实际问题为供水行业管网建模工作开辟了前进的道路。但通过多年的实践也发现了一些问题也造成了一些困惑。导致建模效果不尽如人意的因素有很多如1受到计算机软、硬件技术的制约2受到基础资料缺失的制约3受到企业信息化程度的制约4受到企业缺乏专门管理人才的制约5受到认识上的盲目性的制约但还有一个很重要的因素是建模工作缺乏工程管理的思想使得项目预期目标不能或不能完全实现。供水管网建模是一项系统工程。将一个城市庞大而复杂的供水管网转化成一个精密而有效的数学模型除了要有充足的资料、细致的工作与科学的方法还要有一整套工程管理的规范与标准要有工程实施的组织与控制能力才能保证建模工程的最终质量。本章节就几个重要的方面对供水管网建模工程管理进行初步的探讨。这些方面是供水管网建模工程的目标管理供水管网建模工程的精度管理供水管网建模工程的数据管理、供水管网建模工程的组织管理。2. 供水管网建模工程的目标管理理论上来说一个管网模型应该可以模拟管网中的任何一种工况。但实际应用中可以发现模型并不是万能的。特定的模型在解决特定的问题时可以得到满意的方案而超出模型本身的能力去解决问题时却很难得到预想的结果。这是因为在建模时管网结构资料及配套数据的完整性和准确性等因素决定了模型所能达到的精度而这些问题又都受制于公司当时的管理、科技、信息的发展程度。因此如何根据模型的应用目的及企业现有的条件恰当地界定管网建模的目标充分地评估项目执行的可行性是提高建模成功率的重要手段。管网模型根据其应用目的大致可以分为如下五类第一类规划设计供水管网的中长期规划新供水系统的设计新水厂、水库、增压泵站的安排第二类管网评估分析现存供水管网系统的工况并给出相应供水特性的评估根据评估结果提出管网改造的方案第三类工程管理确诊管网中的异常情况处理供水系统中的突发事故分析工程或事故对管网的影响第四类供水调度指导日常管网供水调度优化运行成本制作节假日、事故时的调度预案第五类水质分析管网中余氯消耗过程分布污染物质扩散过程模拟管网水质的总体评估。实际上以上的分类是模糊的、并非是严格的只是指出了一些典型应用并表达了目标提升的一种梯度关系以及从后向前的包容关系。这五类应用对管网模型的精度要求是不同的、资金与资源的投入也是不同的。因此在制定管网建模项目计划前对建模的目标有全面的认知就可以避免建模的盲目性提高项目的可执行度保证建模的成功率。并且还可以预留模型成长空间在企业发展的同时逐步提高模型的精度来扩展模型应用的范围。另外还必须指出在实际应用时一个管网可能需要多个不同类型的模型以便能针对性地解决问题求得最佳方案。3. 供水管网建模工程的精度管理管网模型是通过一定的数学方法从真实世界中抽象出来的。为了计算的可行需要对真实的管网做一些简化与近似不仅是结构如管线合并、删除也牵涉到算法含有经验的成分以及采集的数据如节点的水量更需要对无法查清楚的真相做一些估计甚至猜测如管道的摩阻系数。这就是模型的特质。模型相对于真实是一种近似所以误差是不可避免的。关键是只要这种误差在模拟真实时是可以被接受或忽略不计的那么这个模型就是有效的、可用的。对于同一个管网根据不同的需要可以建立不同的模型其简化与近似的程度是不同的对数据支持的要求是不同的对模型校验的强度是不同的那么模型的精度也是不同的。那是不是精度越高越好?这个问题当然不是可以简单回答的。要清楚精度越高的模型需要投入的建设成本也就越高甚至在条件不具备时即便投入大量的人力物力也是做不到的。前面提到了管网模型有五大类的应用规划设计、管网评估、工程管理、供水调度、水质分析。这五大类的应用对模型精度的要求是逐级增高的。作为规划设计特别是中长期的规划设计模型可以粗糙些精度可以低些一般来说是可以满足要求的。但若用于水质分析则对模型精度的要求是很高的。因为所模拟的对象如余氯其本身的量值就很小余氯在管网水体中不断反应消耗后其量值更是越来越小。如果模型的精度特别是流量精度太低由于余氯的消耗是对于流量敏感的那就很难模拟出合理的结果。根据不同的目标要求以及实际条件来确定模型要达到的精度预期是在项目开展前必需要认识清楚的。根据国外的一些标准同时根据我们长期的实践经验从工程管理的角度上来看只有一个笼统的标准是不够的。解决办法是把这样一个笼统的标准分解为若干个等级。如果把规划设计所需要的模型精度定位Ⅰ级那么管网评估、工程管理、供水调度、水质分析的模型精度应该分别是Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。级别越高就意味着需要的条件就越苛刻投入的成本就越高、投入的人力就越多、建设的周期也就越长、维护的难度就越高。这并不是要将建模工作视为畏途而是只有清楚地认识到这些问题才能明白无误地确定建模的目的性才能避免进入期望值超出预期的的误区才能少走弯路使得建立的模型真正能解决当前迫切需要解决的实际问题。一般说来可以采用恰当定位、循序渐进的方法来制定建模策略。如可以根据企业的现状和条件将模型的应用定位于管网评估和管网改造那么这类等级的模型建设起来条件相对容易满足也较容易取得成功而且实际应用的价值也很高。可以使得企业的管网管理部门运用模型的模拟功能充分有效地了解管网的当前工况诊断管网存在的容量、能量、质量等方面的问题合理地制定管网改造方案提高供水的合理性、可靠性和安全性。使得模型建设的性价比最高效益达到最大化。随着企业信息化程度及管理水平的不断提高各种条件渐渐成熟就可以考虑模型的升级来扩展模型的应用范围充分发挥模型的增值效应。4. 供水管网建模工程的数据管理怎样才能使得模型建设达到预期目标怎样才能保证模型达到必须的精度答案是明确的就是通过数据管理的手段充分有效地收集数据、整理数据、运用数据、维护数据。可以说数据是管网建模工程的生命线直接关系到建模工程的成败。这如同建筑工程中的材料各种建材的种类、质量、数量只有都达到标准才能保证建筑物的总体质量。怎样才能做好数据的管理工作首先要从供水管网建模工程对数据的要求以及企业数据存在方式的层面去认识4.1 数据需求的范围广、数量大、要求高、实时性强建模所涉及的数据如下1管网数据管网结构2管道数据材料、年代、摩阻、位置、标高3水量数据节点水量用水模式、漏损水量4泵站数据泵站布局、水泵类型、效率曲线、开停状态5水池数据形状、容量、液位6压力数据实时采集的管网压力7阀门数据管网中阀门开闭状态、开度大小4.2. 数据对信息系统的依赖性强以上数据牵涉到的信息系统有1管网GIS系统2营业收费系统3大客户管理系统4管网SCAD系统5阀门管理系统6水厂自动化系统可以说建模工程的实施实质上是对企业信息化建设的一个全面检验同时也是信息系统集成应用的范例。4.3.数据存在的方式较为复杂由于企业管理体制的与发展进程的问题这些数据分布在各部门由各部门进行管理。因此数据分布就存在以下特征1存储的分散性即便是集中存放在同一个数据服务器中数据之间并没有任何关联性2系统的异构性不同时期采用不同技术由不同开发商开发的信息系统很难采用同一种系统构造3管理的多头性 由于管理部门各司其职对数据的保管、修正、使用各有规章制度因此加强建模工程的数据管理是项目实施过程中的头等大事。在建模工程中要做好如下几点1理顺数据采集渠道2落实数据管理人员3制定数据标准格式4建立数据管理文档前两个方面属非技术因素主要取决于领导的决心和意志后两个方面属技术因素主要依靠技术人员的责任性与技术标准的完善性。5. 供水管网建模工程的组织管理对于供水管网建模这样复杂的系统工程工程的组织管理显得尤为重要所有的工作最终是要靠人去完成。为了工程的顺利进行应当建立各种不同职能的小组共同保障建模工程的实施5.1.专职领导小组要组成一个集给排水专业、信息专业、自动化专业、档案管理等各种人才以及跨管网管理、营业收费、信息中心、调度中心、水厂设备管理、阀门管理等多个部门为一体的项目专职小组并配以相应的管理机制如定期例会、专题研讨会等来领导、协调、督促建模工程的实施。5.2. 专业管理小组由于模型具有一定的生命周期所以建模不是一次性工程。模型应该根据管网具体状况定期不定期地对模型进行维护、校验、更新。因此有必要建立一支长期稳定的队伍来负责这项工作。这个小组的成员必须是由对模型具有深刻认识、具备模型校验能力的专业人才组成。同时这个小组要负担起模型的校验工作、日常模型使用的指导工作以及模型应用的开拓工作。5.3. 现场测试小组在远程自动监测系统不能完全覆盖采集数据的种类如管道流量、大用户24小时用水状况、数量如测压点不足够或无法采用监测系统采集的数据如管道摩阻系数、水泵效率曲线的情况下仍有大量数据需要通过现场测试的方式取得组织一支阶段性工作的现场测试小组是非常必要的经过适当训练的工作人员可以熟练地、可靠地、准确地采集现场数据以保证数据的质量。具体的组织形式当然要视企业的具体情况而定有些工作也可以通过委托有资质的乙方的方式来实施。但无论如何如果建模工程在企业中没有放到全局的地位上来考量与组织有可能导致建模工程的短寿或流产。6. 工程实施逻辑总结以上所讨论的问题我们可以看到了建模工程实施过程中的几个关键问题。但在建模工程立项阶段首先是要确定建模的目标其逻辑关系的表述是图 6.1在建模工程开始实施后工程管理的逻辑关系是图 6.2目标取决于精度精度取决于数据数据取决于组织这一逻辑就是供水管网建模工程管理的核心价值。上面提到的《建模工程标准》全称是《供水管网建模工程标准》,是正在编写的一个企业内部的标准化文件总结了国内外建模经验以及多年来在建模项目实施过程中遇到的实际问题所形成的一种工程化管理的理念而推行的标准化管理体系。该标准分为标准流程、精度标准、数据标准、测试标准、验标准、验收标准、标准文档等多个子标准。希望借此标准的制定对我国供水界管网模型建设的工业化、标准化能贡献一点微薄的推动力。