摘要：本文通过分析国内机场供用水系统存在的共性问题，按照“四型机场”建设要求，结合长沙机场已开展的“智慧水务平台”前期工作，提出我国机场建设“智慧水务”的思路，对建设内容、实现路径与阶段目标提出了相关建议。 

　　关键词：智能  水务  管理 

　　一、国内机场当前水系统管理问题分析 

　　自上世纪90年代，随着我国经济社会高速发展，机场建设一直处于建设高峰期。目前省会级机场第一代、第二代航站楼基本都建设于上世纪90年代至本世纪初，伴随着机场持续扩建，各机场供用水管网规模也持续扩大，支撑起机场的经营和发展，但是，随着供用水系统的快速扩张，也出现了一些亟待解决的问题，通过对国内部分机场的调研，机场供用水系统大致存在以下共性问题： 

　　（一）各机场供水管网存在不同程度的漏损。 

　　深圳机场平均每天用水量为1.71万，总体水损率15.49%；长沙机场T1航站楼航后在无大规模施工和保洁的情况下，有31 M³/H的漏损量，加之飞行区等区域未查明的漏损，管网整体漏损量在20%以上；昆明长水国际机场自2012年投运，管径DN100至DN250给水管发生18次爆管损坏漏水故障，国内机场大多存在水损问题，部分机场水漏损率偏高，分析原因有以下几点： 

　　1、机场供水管网随着机场扩建分期建设，建设前、中期投入运行的管网至今已有10至30年的服役期，管道出现自然老化产生漏损。 

　　2、机场占地面积大，相当一部分机场，特别是南方、沿海地区机场土石方回填区域大，填方工程分层压实质量受到工期紧迫和隐蔽工程双重影响，飞行区和航站楼周边等回填区域受沉降影响明显，地下管道容易出现承插口破损和沉降变形拉裂，从机场日常巡察工作经验来看，管线漏点基本位于管道接口，导致管道漏损量较大，成为各机场存在的通病。 

　　3、机场供水主管一般有混凝土管、球墨铸铁管、UPVC管、HDPE钢骨架塑料复合管、玻璃钢夹砂管等多种管材，其中玻璃钢夹砂管容易出现爆管。 

　　（二）管网资料精度不高。机场范围大，加之缺乏专门的供用水系统规划，随着多次改扩建，建设和使用单位交接不明，档案缺失，零散建设对水网管线的改动没有纳入总图，水务管网竣工图纸不完整、不准确。大多数机场以纸质图纸保存水务管网资料，保存精度低，信息检索不便，不利于数据传送和共享，也无法根据建设情况做到实时更新，无法真实反映出最新的水务管网现状，档案和现状无法保持一致，部分管线走向不明。 

　　（三）表计布置方案不完整。主管网和支管进行多次搭接，使得机场供水系统呈现出一种复杂的拓扑结构，同时国内机场大多仅有流量计量，数据采集不足，大多未形成有效的表计布置方案，供水量与各用水量没有形成闭环，在水系统管理方面无法有效统筹。 

　　（四）水资源管理技术有待提升。部分机场供用水系统工艺老化，水力部件效率较低，系统性的节水优化技术应用不足；管网监测手段落后，无法及时掌握管道安全状况和阀门、水表等运行状况，难以提高对事故的发现和处理速度；管道勘测采用传统手段，数据获取和更新效率低，供水与用水没有形成闭环，总供水量与分用水量数据不一致；缺乏用水数据分析，未形成各功能区的用水标准；数据价值挖掘程度不足。 

　　机场用水性质较为特殊，从用水单元性质而言：既有经营性机构又有公共服务机构，既有流动人员又有长驻人员，既有生活用水又有生产用水；从用水功能而言，则包括生活供水、消防、生产、绿化、景观等用水，机场属于供用水情况、功能较为复杂的区域。囿于国内各机场缺乏准确统计数据，行业水系统漏损率统计数字缺失，可结合目前国内供用水行业整体情况进行初判，自来水供水行业平均管网水力输送效率仅为55%左右，平均漏失率在20%以上，初步认为国内机场供用水系统有较大提升空间。 

　　二、智慧水务平台建设思路 

　　解决国内机场供用水系统共性问题，不能按照传统思路，一个个问题单独解决，不仅费时费力，还会造成问题周而复始重新出现的弊病，治标不治本，应该按照《中国民航四型机场建设行动纲要》总体要求，参照《机场智慧能源管理系统建设指南》，将智慧和绿色融合起来，以新技术、新设备为切入点，搭建“智慧水务平台”，以平台为导引，用整体方案解决单个问题，用系统方案从根源上消除问题隐患。 

　　水系统是保证绿色机场建设的血液，在实际生产中，供用水管网的各种部件会产生大量数据，目前没有对这些数据加以利用，造成数据资源的浪费。在智慧水务平台，数据将可以充分发挥自身的巨大价值，其形成的数据链将成为机场水务管理的信息化变革的基础。 

　　 “智慧水务平台”以不断提升资源节约和综合利用水平、系统解决现有供用水系统系列问题为目标。平台基于GIS下的BIM建模，构建流体版图平台，在数据积累、挖掘、精算的基础上，实现机器学习，建立适用于机场水系统的数学模型。 

　　三、智慧水务平台建设内容与实现路径 

　　智慧水务平台的建设主要有四个阶段，第一是供用水现状诊断；第二是完善及优化硬件及管理体系内容；第三是构建数学模型，进行平台数字结构建设。其建设内容和阶段目标如下： 

　　（一）供用水现状诊断 

　　对现有供用水系统进行诊断是智慧水务前期工作，包括供用水作业流程和器具诊断，工作主要有：用水设备/器具完整性和真实性；计量器具配置情况和准确性；用水量抄表和统计；用水指标核算和考核；用水成本核算；节水技改措施的制订和实施、评价，综合上述诊断工作，形成供用水现状诊断报告。 

　　（二）优化完善硬件并建立水系统管理机制模型 

　　智慧水务平台数据来源于水系统硬件及管理体系，合理划分用水功能分区，对供用水管网完善计量表系统布置，通过实时动态计量表回传的状态数据，对供用水系统进行数据挖掘分析，建立水力及介质数学模型，统筹优化对供用水系统的管控。具体措施及步骤： 

　　1.供用水系统实施独立计量区域管理 

　　将机场用水管网根据实际情况进行分区，一个相对独立的区域由一根主管道供水；其他边界管道和备用管安装隔离阀并关闭；单个分区包含500—3000个末端用水点。 

　　图3-1长沙机场水系统一级分区示意图 

　　形成分区后，各区建立报表机制、独立统计与核算。持续监控流入分区的流量，通过在线不同时间用水曲线，获得各区实际用水量，将理论计算用水量与实际用水量进行比对分析，构建用水模型，分析夜间流量，评估各区域的浪费量或泄漏量，分析潜在的节水区间。分区管理可以对各区进行精细化管理，为机场水力模型及用水模型构建提供支撑。  

　　2.布置计量表和传感系统 

　　表计的布置是一个系统工程，在达到计量精度（完整度）同时能较大节约计量成本。 

　　首先做到独立计量区域入水管、主要用水点支管、干管分叉点、DN100以上管道流量表全覆盖，同时配置压力、振动传感器、次声发生器、矩阵传感器等装置，其中矩阵传感器能够同时测量流量、压力、温度、振动、声强、热能、动能等多种参数，将管网物理信号转换成便于检测、处理的数字信息，借助微型人工智能技术，实现自校核功能，通过内置芯片进行数据分析和机器学习，不必依托云服务平台，不但节省数据中心建设运行费用，同时保证了机场相关数据的隐私性，使数据不离开设备便完成了服务与功能的升级。数据的采集能过无线工业卡的形式完成，开发专门采集协议，保证数据采集精度。 

　　通过完善的传感器的布局，通过复合传感模式，可以准确、快捷实现在线漏点检测，可检测管道漏点、漏量、暗T口等暂未查清的不明用水点，避免目前通过声音或气体的测漏方式带来的重复劳动及不准确性，最重要的是将数据包通过通讯手段上传至数据记录和统计分析系统，给平台形成系统综合解决方案提供基础数据。 

　　3.GIS可视化BIM建模 

　　传统的水务管理基于工控图形式，管线与设备用线条或符号表示，无法直观解决问题，对机场大系统没有扩展性。基于GIS下的可视化BIM建模，设备与管线得到精准定位与建模，可精确标示机场建筑物、水系统管网及控制部件、用水末端位置（经纬度、标高、埋深等）和过流部件参数（水质、流量、压力、温度、振动、能耗等），提供直观数据化图形，水系统版图很容易实现物联网及数据扩展，为整个机场大数据管理提供水务系统的支撑。 

　　图3-2长沙机场GIS可视化BIM模型示意图 

　　（三）建数学模型，进行平台数字结构建设 

　　1. 数据分析及水力模型构建 

　　通过GIS开发平台建立供水管网微观动态水力模型，无论直接还是间接建模,都需要管网信息数据，需要开发设计数据管理、数据选取,数据输入和检查、节点流量分配、水力计算、数据反馈和表达等六个新的功能模块。 

　　水力模型是建立在供水管网上的动态系统，随时间变化需要分时段。建立水力模型首先要进行数据分析，GIS 平台可采取比较通行的ORACLE关系数据库，开发出满足各种需求的优化应用程序，同时开发数据管理模块,用来进行数据处理和分析,建立水力模型相关数据库。下表是数据库结构设计表:  

　　表3-1水力模型数据库结构设计表 

　　通过搭建水力系统数据平台，每十分钟一次对机场用水量进行数据分析。通过一个完整运行周期（一年）后，形成机场用水数学模型。此模型包括流量、压力、水质等变化与调节情况的最优值与报警值，使每一吨水去向，每米水力损失等情况一目了然。通过数学模型指导水系统运行，使水系统管理不再陷入被动，建立机场长效用水机制。 

　　图3-3单体部件建模 

　　2.建立智慧水务平台 

　　基于GIS的BIM建模和水力系统数据平台基础上，集成开发出机场智慧水务平台，适合机场供用水系统特点运行，平台实现供用水系统管网三维建模、水流体部件经纬度和高程精准定位、管道泄露定位与报警、数据共享、能源精细化管理等功能，可掌握系统实时数据，进行集中监控与管理，实现统一平台管理。与传统工控系统不一样，平台可以实现对大数据进行挖掘分析。根据历史运行数据的分析与筛选，提取最优化数据团，从而提高设备运行安全与可靠性，达到检漏、节水、节能、运行优化等系统目标，平台也为智慧机场的实现提供应用系统支撑。 

　　图3-4智慧水务平台拓扑图 

　　四、智慧水务平台应用展望 

　　智慧水务平台可全景式地呈现机场供用水系统的关键节点数据，通过智慧化分析水平衡状态，能够有效治理机场供水损耗居高不下的痼疾，实现资源节约、智慧发展、降耗增效的综合效果。 

　　（一）预期效果 

　　1.智慧水务平台通过分区管理、压力优化、水力平衡监测和调整，使机场供水系统保持稳定安全的运行状态，降低输水能耗，减少供水系统运行的成本。 

　　2.实现数字化供水管理，实现分层用水，清理无效益供水，优化用水结构，为管网整体运行提质增效。 

　　3.平台发现供用水管网漏点的时间将由以天计缩短为10分钟以内，并精确确认漏损位置，避免管网漏损查找和开挖，减少供水漏损。 

　　4.大幅提升机场水务管理工作效率，人员的职能从管网巡检、水表抄录和统计的基础工作转变为管线检修和供用水项目管理，机场水务管理部门整体效能显著提升。 

　　5.机场各功能区域的人均用水量及对应的变化量目前国家及行业没有相关标准，智慧水务平台的实施，可较为准确核算机场行业平均用水标准及变化系数，有助于为全国机场供用水运行管理提供参考标准，为政策制定及新机场的设计建设提供依据。 

　　（二）试点实践 

　　2019年长沙机场启动“智慧水务平台”建设，今年年底初步完成并投入运行，是全国机场首个应用智慧水务平台实现对水力进行全要素监测和控制的案例，建设目标为水系统输送效率达到78%以上，泄漏率降到9%以下，对提升机场现有供用水设施的效能水平发挥积极试点作用，提高水系统整体资源利用效能，实现机场水务系统智慧化，并进一步探索国内机场智慧水务平台（系统）行业标准。 

　　在国内机场构建和推广“智慧水务平台”，可完善机场数字基础设施，推进数据资源整合，作为“数字机场”的一部分完善智慧机场架构体系。智慧水务平台将借鉴国际国内绿色机场、智慧机场的典型成果，将机场水务管理水平提升到新的高度。（作者：王海生 湖南机场） 

　　参考文献： 

　　[1] 中国民用航空局.《中国民航四型机场建设行动纲要（2020-2035年）》 [Z] .2020 

　　[2] 中国民用航空局.《民用机场智慧能源管理系统建设指南》(MH/Ｔ5043—2019) [S]. 2019