2016年6月21日，福建省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會、福州市人民政府、華為技術(shù)有限公司與福水智聯(lián)有限公司簽訂四方合作備忘錄，四方同意在產(chǎn)品研發(fā)、業(yè)務(wù)試點等方面進(jìn)行合作，共同打造福建窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（NB-IOT）應(yīng)用的樣板點，將其打造成具有特色性、示范性、引領(lǐng)性、標(biāo)志性的全國新興產(chǎn)業(yè)前沿基地。為貫徹落實福州市政府與華為公司的四方協(xié)議精神，加快NB-IOT落地福州，以福州市城市供水漏損治理作為國內(nèi)首個NB-IOT規(guī)模商用的承接項目，福州市自來水有限公司與福水智聯(lián)有限公司（節(jié)水服務(wù)企業(yè)）同意按合同節(jié)水管理模式就福州市城市供水漏損治理項目進(jìn)行專項節(jié)水服務(wù)。這標(biāo)志著全國首個窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)城市治理項目正式落地實施。
一、項目背景
供水行業(yè)中管網(wǎng)漏失普遍存在，資料顯示，全國城市供水年漏損量近100億m3。我國供水管網(wǎng)的實際漏水情況比國外發(fā)達(dá)國家要嚴(yán)重得多，水司產(chǎn)銷差普遍在40%左右，高的達(dá)到60%。
福州市城市管網(wǎng)漏損治理合同節(jié)水管理模式采用節(jié)水效益分享型。城市供水管網(wǎng)漏損治理項目所需的投資全部由福水智聯(lián)公司承擔(dān)，初步估算7873萬元（保本收益8629.99萬元），投資回報以節(jié)約的水量按照1.7元/立方米作為項目投資的回收和獲益，節(jié)水收益款按約定期限進(jìn)行結(jié)算，合同期限為54個月，合同期限內(nèi)節(jié)水服務(wù)企業(yè)若仍未收回保本收益，則回收期相應(yīng)延長，總合同期不超過72個月。項目實施過程中，為確保節(jié)水效果可監(jiān)測、可報告、可核查，甲乙雙方聘請福建省計量科學(xué)研究院作為第三方檢測評估機構(gòu)。
二、主要做法
該合同節(jié)水管理項目為城市供水漏損治理提供一站式服務(wù)：平臺、智能計量設(shè)備、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)分析、運行維護(hù)、漏點測定、漏損分析、后繼措施、漏損情況持續(xù)監(jiān)測等。核心解決了2個問題：管網(wǎng)供水去了哪里（正常用水、非法用水、漏失），把丟失的水找回來。也適用于城鄉(xiāng)供水一體化，公共機構(gòu)、高校、高耗水企業(yè)的節(jié)水治理。
1.治理理念
當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)大量的數(shù)據(jù)無處可去，而全國各地又都在進(jìn)行大數(shù)據(jù)的研究卻沒有數(shù)據(jù)，在這樣的市場環(huán)境下，福建省節(jié)水辦將二者情況相結(jié)合，聚焦于水行業(yè)，通過NB-IOT及過程控制技術(shù)，對收集到的水資源數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析管控，按照“水到哪兒去—把丟失的水找回來—持續(xù)關(guān)注水的狀況”三步走的方式，對水效進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而提高水資源的利用效率。對水效的監(jiān)控更可以對污水進(jìn)行監(jiān)控，為國家生態(tài)文明建設(shè)貢獻(xiàn)一份力量。
2.治理范圍
該合同節(jié)水試點項目為整個福州市的城市供水漏損控制，首期以老倉山（蓋山西路以東）區(qū)域為漏損治理試點區(qū)域，邊界范圍為81.5km2（見圖1），該區(qū)域年供水量約為8000萬t。片區(qū)范圍內(nèi)用水結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，包括城市居民用水戶、農(nóng)村用水戶、工業(yè)區(qū)用水戶等，管網(wǎng)漏損率約為37%。合同治理目標(biāo)是到2020年將管網(wǎng)漏損率下降到12%。
3.實施內(nèi)容
主要內(nèi)容包括更換智能遠(yuǎn)傳水表、智能壓力變送器、智能遠(yuǎn)傳超聲波流量計，NB-IOT網(wǎng)絡(luò)基站建設(shè)。通過NB-IOT，建立智慧漏損分析系統(tǒng)及實時監(jiān)控平臺，實時監(jiān)測供水情況及發(fā)現(xiàn)漏損點，通過節(jié)水工程實施及漏損治理減少漏損量，提高供水效率。
4.治理方式
該項目采用合同節(jié)水管理模式。通過合同節(jié)水管理模式，一方面為自來水公司提供專業(yè)化的漏損治理服務(wù)，實現(xiàn)漏損治理效果與績效掛鉤；另一方面也可以對漏損治理項目建設(shè)資金提供支撐保障；自來水公司則可以將精力更多地投入到終端用水戶的服務(wù)等方面，最后助力節(jié)水單位智慧水務(wù)建設(shè)提升。
5.采用的關(guān)鍵技術(shù)
該項目采用的關(guān)鍵技術(shù)有：
（1）融合華為窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（NB-IOT）。NB-IOT具有覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低、架構(gòu)優(yōu)等特點，可以大面積、快速建立管網(wǎng)撿漏治理關(guān)鍵節(jié)點的監(jiān)測設(shè)備部署。福水智聯(lián)自主研發(fā)的融合了NB-IOT的智能傳感器設(shè)備，在沒有外接電源的情況下，可獨立正常連續(xù)工作6年以上。
（2）構(gòu)建可視化、具有大數(shù)據(jù)處理能力的智慧漏損治理平臺。福水智聯(lián)自主研發(fā)的“禹之水”智慧漏損治理系統(tǒng)是基于NB-IOT、智能傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和自主創(chuàng)新的樹型結(jié)構(gòu)、VMA（Virtual Memory Area）分區(qū)計量監(jiān)測等技術(shù)的水治理大數(shù)據(jù)分析管理平臺。該平臺支持在線、離線地圖（城市地圖、衛(wèi)星）及管網(wǎng)GIS系統(tǒng)接入，可以持續(xù)高效地監(jiān)測城市管網(wǎng)漏損情況，靶向漏損區(qū)域，分析漏損類別，進(jìn)而采取針對性措施進(jìn)行城市供水管網(wǎng)漏損治理，降低漏損率。
（3）數(shù)字化技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。智慧漏損治理平臺的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于項目中安裝部署的大量智能表具，這些表具產(chǎn)生了海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)。使用大數(shù)據(jù)技術(shù)，獲取、存儲、管理、分析這些數(shù)據(jù)，具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、快速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類型和價值密度低四大技術(shù)特點。大數(shù)據(jù)為人工智能學(xué)習(xí)機提供了自我學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)樣本。
（4）自主研發(fā)網(wǎng)絡(luò)化 DMA（Direct Memory Access）分區(qū)結(jié)合樹型結(jié)構(gòu)、VMA分區(qū)計量監(jiān)測技術(shù)。針對“DMA分區(qū)技術(shù)”存在的分區(qū)計量獨立，適合小片區(qū)計算、各DMA之間無法聯(lián)動分析的弊端，福水智聯(lián)自主研發(fā)了DMA結(jié)合樹型結(jié)構(gòu)、VMA分區(qū)的一種計算模型，解決了“DMA分區(qū)技術(shù)”分析面狹小，無法大面積大規(guī)模運用的問題。
DMA結(jié)合樹型、VMA分區(qū)計量檢測模型建立后（圖1、圖2），不僅可以根據(jù)各分區(qū)的泄露水平?jīng)Q定治理的先后順序，還可以監(jiān)測每個樹形結(jié)構(gòu)和虛擬計量節(jié)點VMA的流量和壓力情況，靶向漏損區(qū)域，分析非法用水和物理漏失，識別是否是新的漏點，實現(xiàn)持續(xù)有效監(jiān)測城市管網(wǎng)漏損情況。
（5）漏點定位技術(shù)。通過DMA結(jié)合樹型結(jié)構(gòu)、VMA分區(qū)計量監(jiān)測模型和“禹之水”水治理大數(shù)據(jù)分析管理平臺的大數(shù)據(jù)分析，靶向漏損區(qū)域、分析漏損類別和漏損情況，綜合運用漏點定位技術(shù)（圖3）：示蹤氣體檢漏、負(fù)壓波檢漏、漏水相關(guān)儀及漏水噪音聽漏等各種探測方法對漏點進(jìn)行高效精確地定位，漏點定位精度可控制在1㎡以內(nèi)。
圖3綜合運用漏點定位技術(shù)
（6）智能傳感器技術(shù)。在管網(wǎng)檢漏模型的建立過程中，采用的智能遠(yuǎn)傳水表、智能壓力變送器等是福水智聯(lián)自主研發(fā)的基于NB-IOT的創(chuàng)新產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品采用基站側(cè)授時，應(yīng)用時間切片技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，提供精細(xì)化管理手段。
6.治理效果
該項目分14個片區(qū)，針對分區(qū)進(jìn)行逐一治理，截至2019年12月底，已累計找到并維修了1366個漏點，梳理并整治廢棄管網(wǎng)155根。經(jīng)測算，節(jié)約水量約1600萬m3/a。
（1）居民小區(qū)治理案例——世紀(jì)藍(lán)景城居民小區(qū)。世紀(jì)藍(lán)景城未治理前監(jiān)測到夜間最小流最高達(dá)到28.3m3/h，測算漏失水量約為1.9萬m3/30h。治理后夜間最小流由28.3m3/h合計降至2.7m3/h，累計降低25.6m3/h，減少漏損約：1.84萬m3/30h，22.1萬m3/a。
（2）市政區(qū)域治理案例——三叉街拆遷區(qū)域。三叉街拆遷區(qū)域未治理前監(jiān)測到夜間最小流最高達(dá)到：329.4283m3/h，測算漏失水量大于23.6萬m3/30h。治理后夜間最小流由329.4 m3/h合計降至1.3m3/h，累計降低328.1 m3/h，減少漏損約：23.6萬m3/30h，283.4萬m3/a。
三叉街拆遷區(qū)域治理前后供水曲線對比情況見圖4。
圖4三叉街拆遷區(qū)域治理前后供水曲線對比