От технических проблем к успешному внедрению: хроника реализации проекта городской сети трубопроводов
С 18,6% до 9,3%: опыт реализации проекта DMA-районирования и учета в высокотехнологичном районе одного из городов
Компания Yicai Technology недавно, изучив исполнительную документацию по завершенному проекту DMA-районирования и учета водопроводной сети в высокотехнологичном районе одного из городов, установила, что проект охватывает 42 кв. км площади водоснабжения, 286 км трубопроводов и 128 тыс. абонентов.
Благодаря созданию трехуровневой системы районирования, совершенствованию граничного учета и мониторинга давления уровень утечек в водопроводной сети района снизился с 18,6% до 9,3% на момент приемки, а годовое сокращение потерь воды составило около 15,06 млн куб. м. Этот случай показывает, что DMA — это не просто установка расходомеров, а результат синергии контроля утечек в сети, районирования, учета, управления данными и механизмов эксплуатации и обслуживания.
1. Контекст проекта: устаревшая сеть и высокий уровень утечек
Высокотехнологичный район расположен на востоке города. Система водоснабжения была построена в начале 2000-х годов; материалы трубопроводов включают серый чугун, высокопрочный чугун, оцинкованные стальные трубы и полиэтиленовые трубы, а условные диаметры варьируются от DN100 до DN800.
За три года до начала проекта среднегодовой объем подачи воды составлял около 162 млн куб. м, однако объем реализованной воды долгое время оставался ниже 135 млн куб. м. Разница между поданной и реализованной водой поддерживалась на уровне около 15,8%, а уровень утечек в сети составлял около 18,6%. В среднем в год происходило 37 аварийных разрывов трубопроводов, из них 46% — в ночное время или рано утром; многие из них обнаруживались только после жалоб абонентов.
В ходе полевых обследований проектная группа выявила, что границы зон давления размыты, на разводящих трубопроводах отсутствует или корродировала запорная арматура, часть байпасов не была заглушена, а условия монтажа точек учета были неудовлетворительными. Старые реестры сети существенно отличались от фактических условий эксплуатации; примерно 23% разводящих трубопроводов в ГИС требовали уточнения местоположения.
До начала проекта водоснабжающая компания в основном полагалась на ручное акустическое обнаружение утечек и аварийно-восстановительные работы по устранению разрывов, системные данные отсутствовали. Один разрыв трубопровода DN600 затронул 32 тыс. абонентов, а аварийно-восстановительные работы длились 31 час, что выявило проблему чрезмерно больших зон отключения и трудно контролируемого масштаба воздействия из-за отсутствия границ районирования.
2. Технические сложности: герметизация границ и качество данных
Герметизация границ
Первая техническая сложность связана с герметизацией границ. DMA требует, чтобы каждая зона имела относительно независимые гидравлические границы, однако существующая сеть высокотехнологичного района в основном представляет собой смешанную древовидно-кольцевую структуру; на предполагаемых границах вторичных зон находятся 573 врезки разводящих трубопроводов.
Часть врезок расположена под коммерческими помещениями, школами, больницами и основными транспортными магистралями; при выполнении работ необходимо согласовывать зоны отключения воды, схемы организации дорожного движения и ночные окна работ. В итоге команда применила принцип «возможность перекрытия, возможность мониторинга, возможность прослеживаемости»: для каждой граничной задвижки были проведены испытания на открытие и закрытие, а на участках, не удовлетворяющих требованиям перекрытия, были установлены временные байпасы или выполнены инженерные доработки.
Качество данных учета
Вторая сложность связана с качеством данных учета. В зонах с малыми диаметрами в период ночного минимального водопотребления расход часто оказывается ниже нижней границы диапазона измерения расходомера; если прибор выбран неправильно, погрешность может усиливаться. На границах с большими диаметрами в часы пикового потребления из-за недостаточной длины прямых участков может возникать возмущение потока.
В проекте в итоге использовали комбинацию электромагнитных расходомеров, ультразвуковых расходомеров и счетчиков воды с дистанционной передачей данных; класс точности ключевых граничных приборов контролировали на уровне ±2%, а для микро-DMA с малым расходом дополнительно применяли высокоточные счетчики и совместную поверку давления и расхода.
3. Решение: трехуровневое районирование и интеграция с платформой
Решение основано на трехуровневой архитектуре районирования:
- Первый уровень: делит весь район на 4 блока управления давлением.
- Второй уровень: включает 18 зон DMA.
- Третий уровень: в ключевых жилых комплексах, больницах, школах и промышленных парках установлено 32 микро-DMA.
На границах смонтировано 126 расходомеров; на границах DN300 и выше преимущественно использованы электромагнитные расходомеры, а в микро-DMA с DN150 и ниже применены ультразвуковые расходомеры и счетчики с дистанционной передачей данных. Всего установлено 318 точек мониторинга давления, охватывающих магистральные и разводящие трубопроводы, границы и конечные точки потребления абонентов; 26 точек мониторинга качества воды используются для одновременной оценки рисков разрывов, промывок и вторичного загрязнения.
Автоматизация процессов:
Передача данных реализована по смешанной схеме NB-IoT и 4G DTU: граничные данные о расходе и давлении передаются каждые 15 минут, а ночной минимальный расход в микро-DMA измеряется непрерывно. Если ночной минимальный расход в одной зоне DMA в течение трех подряд циклов опроса превышает базовый уровень на 15%, система автоматически формирует заявку о предполагаемой утечке.
4. Процесс реализации: от моделирования до строительно-монтажных работ
Срок реализации проекта составил 18 месяцев. Первые 3 месяца были отведены на полевые обследования и проверку документации: были выполнены сплошное обследование сети на площади 42 кв. км, сверка диаметров абонентских подключений у 128 тыс. абонентов и повторная геодезическая съемка 286 км трубопроводов.
С 4-го по 9-й месяц выполнялись проектирование и построение гидравлической модели; с помощью модели типа EPANET было выполнено моделирование границ зон, режимов работы задвижек и распределения давления, были определены границы 18 зон DMA. С 10-го по 18-й месяц велись строительно-монтажные работы, пусконаладка и пробная эксплуатация; за этот период были выполнены 237 реконструкций трубопроводов, построены 18 камер задвижек, установлено 126 комплектов приборов учета и подключены 318 точек мониторинга давления.
На этапе строительства применялась последовательность «сначала моделирование, затем раскопки, после — проверка». На транспортных магистралях использовались ночные окна работ с 22:00 до 5:00 следующего дня; информация об отключении воды абонентам передавалась за 48 часов. Для больниц и школ были организованы временные точки водоснабжения и байпасные трубопроводы.
Организация персонала также была ключевым фактором внедрения проекта. Проектная команда включала 12 специалистов на площадке и работала в координации с администрациями микрорайонов, транспортными, коммунальными службами и управляющими компаниями. За период строительства было опубликовано 428 объявлений об отключении воды, организовано 17 временных точек водоснабжения, а среднее время ответа на обращения абонентов составляло менее 2 часов.
5. Платформа мониторинга: переход от трудного обнаружения к локализации
Анализ данных после ввода в эксплуатацию показал, что эффективность локализации утечек заметно повысилась. На примере зоны B-06 DMA, которая обслуживает 16 тыс. абонентов, граничный расходомер за две ночи подряд зафиксировал рост ночного минимального расхода с 3,8 куб. м/ч до 9,6 куб. м/ч, прирост составил более 150%. С учетом изменений на точках давления платформа сузила предполагаемую зону до участка разводящего трубопровода DN300 длиной около 420 м.
После акустического обследования на площадке и секционных испытаний задвижек аварийная бригада в течение 26 часов выявила трещину на кольцевом участке; после ремонта ночной минимальный расход снизился до 4,1 куб. м/ч.
Эффективность реагирования
- Среднее время обнаружения утечек сократилось с 4,7 до 1,2 дня.
- Среднее время ремонта снизилось с 26 до 6,5 часа.
- Количество ночных жалоб на разрывы уменьшилось на 62%.
Замкнутый процесс
Проектная группа создала цикл: аномалия расхода — аномалия давления — жалоба абонента — повторная проверка на месте. Данные стали основанием для определения приоритетов дальнейшего обновления сети.
6. Итоговые результаты: экономия и социальный эффект
Отчет о приемке в эксплуатацию показывает, что уровень утечек в водопроводной сети района снизился с 18,6% до 9,3%, разница между поданной и реализованной водой уменьшилась с 15,8% до 11,4%; при годовом объеме подачи около 162 млн куб. м сокращение потерь воды составило около 15,06 млн куб. м.
| Показатель | Значение |
|---|---|
| Прямая экономия воды (при 1,8 юаня/куб. м) | ~27,10 млн юаней/год |
| Общая годовая экономия (вкл. ремонт, жалобы) | ~31 млн юаней |
| Инвестиции в проект | ~42 млн юаней |
| Статический срок окупаемости | ~3,2 года |
Результат был достигнут не одномоментно. На начальном этапе в части микро-DMA наблюдались колебания данных из-за неисправностей абонентских счетчиков и других факторов. Проектная группа в течение трех месяцев очищала базовые данные, улучшая правила выявления аномального потребления.
С точки зрения социальных и экологических выгод ежегодное сокращение потерь на 15,06 млн куб. м эквивалентно годовому бытовому потреблению около 50 тыс. семей из трех человек. По расчетам проекта сокращение бесполезной подачи воды также снизило энергопотребление насосных станций; годовая экономия электроэнергии составит около 5,27 млн кВт·ч.
7. Перспективы: долгосрочная эксплуатация и глубокая интеграция данных
На примере этого случая ключевым фактором контроля утечек в сети является не простое увеличение числа приборов, а формирование замкнутого цикла районирования, учета, управления давлением и аварийно-восстановительных работ. DMA обеспечивает наличие локализуемых единиц сети; только при реально управляемых границах, надежном качестве данных и своевременном реагировании на заявки снижение уровня утечек становится устойчивым.
В перспективе водоснабжающие предприятия могут интегрировать данные DMA с ГИС, гидравлическими моделями, цифровыми двойниками и предиктивной аналитикой на основе ИИ, переводя контроль утечек от реактивного аварийного ремонта к упреждающему предотвращению.
Следующие шаги включают: построение моделей прогнозирования утечек по зонам на основе исторических данных, выявление участков с высоким риском; расширение управления давлением от границ зон до конечных точек потребления абонентов, снижение среднего рабочего давления; включение аномалий учета в единую базу проектов обновления сети, реконструкции задвижек и замены счетчиков. Компания Yicai Technology считает, что ценность проектов DMA в конечном счете проявляется в долгосрочных эксплуатационных возможностях, а не в краткосрочных показателях на момент завершения строительства.
