智慧海綿監測控制系統的實現

張拓

（中冶南方城市建設工程技術有限公司，湖北武漢430223)

0 引言

海綿城市是新一代城市雨洪管理概念，指的是城市像海綿一樣，在適應環境變化以及應對雨水帶來的自然災害等各個方面具有良好的彈性，下雨時對雨水進行蓄水、吸水、滲水、凈水，需要時將蓄存的水釋放并加以利用。目前海綿城市已在全國范圍內得到了普遍推廣。

海綿城市是一種水資源管理策略和方法，且需要對整個系統進行全過程的監視和控制，并不斷優化管控，推進智慧海綿建設成為了必然趨勢。本文以中冶南方大廈海綿系統為例，詳細介紹了大廈智慧海綿系統的實現［1］。

1 工藝流程

本寫字樓為中冶南方大廈，地上部分由23 層A座辦公樓、17 層B 座辦公樓及4 層裙樓組成。建筑地下部分相互連接，形成3 層地下停車庫。本樓的海綿系統包括建筑紅線內的室外雨水排放管線、海綿透水鋪磚下的雨水滲管、雨水回用管、室外景觀給水管線及屋頂花園景觀給水管線。具體的工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 工藝流程

根據工藝流程圖［2］的要求，大廈智慧海綿監控系統需要實現如下功能：

（1）草地雨量瞬時量及累積量、排水總管流量瞬時量及累積量、雨水收集池液位瞬時量、雨水收集池SS瞬時量、環境溫濕度、環境PM2.5值、滲管總管流量瞬時量及累積量的實時檢測和記錄，并在中控平臺及戶外顯示屏中顯示狀態。

（2）排污泵、回用水泵、紫外線消毒器、自清洗過濾器、電動閥的狀態顯示和集中控制。

（3）實現雨水收集池液位集中自動控制功能，根據液位值聯鎖泵、閥動作。

（4）智慧海綿集中監控平臺：與一體化回用設備控制系統（PLC）通信，在集中監控平臺上能夠顯示雨水流向，如雨水從地面流入下沉式綠地，下滲進入滲管，再進入雨水收集池，然后回用，帶動畫的動態顯示。顯示各種儀表的數據，部分數據需經過公式計算顯示，如將雨量計數據換算成徑流量、液位計數據換算成容積等。數據需要具有在線數據實時查看、歷史數據查看、分段累計數據查看以及各種圖標形式查看等功能。

2 硬件設計

2.1 總體硬件系統［3］設計

系統拓撲圖如圖2 所示。

2.2 主要設備明細及規格

主要設備明細及規格如表1 所示。

2.3 主要設備性能及安裝工藝

（1）流量計。本工程采用多普勒超聲波流量計，其工作原理為：在超聲波多普勒流量測量方法中，超聲波發射器為一固定聲源，隨流體一起運動的固體顆粒起到與聲源有相對運動的“觀察者”的作用。發射聲波與接收聲波之間的頻率差，就是由于流體中固體顆粒運動而產生的聲波多普勒頻移。由于這個頻率差正比于流體流速，所以測量頻差可以求得流速，進而可以得到流體的流量，因此適用于雜質含量較多的臟水和漿體的測量，如城市污水、污泥等。本工程流量計都安裝于管道內。

（2）SS 計。SS 計全稱為濁度懸浮物固體濃度傳感器，其工作原理為組合紅外吸收散射光技術。傳感器內部包含一個紅外LED 和2 個光電探測器，紅外LED 發射出的紅外光在傳輸過程中經過被測物體時會發生散射。在一定范圍內，散射光光強和濁度以及懸浮固體的濃度成正比關系，在傳感器內部設置2 組散射光接收光電探測器，90°散射光接收光電探測器用于測量低量程，135°散射光接收光電探測器用于測量高量程。其內部自帶參考光路，用于抵消光強變化等造成的測量誤差。

（3）液位計。本工程選用壓力式液位計，其工作原理為：測量水壓力，推算水位。它的特點是不需建靜水測井，可以將傳感器固定在池底，用引壓管消除大氣壓力，從而直接測得水位。本工程設備安裝在雨水收集池內。

（4）雨水回用設備?；赜帽煤团盼郾冒惭b在雨水收集池的最低處，排污泵比回用泵安裝高度略低。在收集池側壁預埋有防水套管，溢流主管與地面管線聯通，排污泵主管連接至下游雨水井、回用泵主管和沖洗主管連接至收集池旁邊的地埋式成品設備間。地埋式設備間內安裝有全自動自清洗過濾器、紫外線消毒器和電動蝶閥。具體雨水回用安裝圖如圖3所示。

圖3 雨水回用設備安裝示意

3 軟件設計

3.1 組態軟件

在現場就地控制有PLC 組態軟件，可以遠程控制回用泵、排污泵的啟停，顯示電磁閥的工作狀態。且所有PLC內部各設備的運營數據都要上傳到智慧海綿控制平臺上，如圖4 所示。

圖4 組態軟件主界面

3.2 智慧海綿控制平臺

智慧海綿控制平臺［4］主要用來呈現中冶南方大廈海綿城市相關設施設備的整體景觀及其布局，如圖5 所示。通過該畫面，用戶可以漫游整個三維場景，對大廈的整體布置進行全面了解，也可以查看每個設施設備的實時參數，了解海綿城市功能如何構成和運作。

圖5 大廈海綿整體三維景觀

在設備安裝的集中區域，例如：點擊高亮顯示的雨水收集池模型，鏡頭將自動移動到雨水收集池附近，同時旋開設施上方覆蓋的地面及其蓋板，還將顯示這個設施內部的所有檢測設備和詳細數據，如圖6所示。

圖6 雨水收集池及管路三維模型

此時，用戶可以自由拖動三維場景，查看雨水收集池周圍的各種設施，并可以查看目前雨水收集池的實時水位，如圖7 所示。

圖7 雨水收集池內三維模型

4 結論

智慧海綿城市是全球信息化、數字化發展到一定階段的必然要求［5］。隨著計算機和信息技術的快速發展，智能化技術在建筑電氣工程中的應用向集成化發展。在新形勢下，海綿城市是推動綠色建筑建設、低碳城市發展形成的創新表現，是新時代特色背景下現代綠色新技術和環境、人文等各種因素的有機結合。海綿工程智能化發展的前景將越來越廣闊，也必將有著更加廣闊的市場。