AQUIS Operation成功案例分析：雪兰莪州自来水管网供水效率解决方案

AQUIS Operation成功案例分析：雪兰莪州自来水管网供水效率解决方案

一直以来，过低的供水效率是发展中国家供水事业面临的主要挑战之一。根据世界银行的报告显示，2006年，发展中国家每天有将近4500万立方米的水在供水网络中由于泄漏而损耗，足够为2亿人口提供生活用水。类似的，有3000万立方米的水成功供给用户，但是却因为偷水，贪腐或水表等不同问题没有办法收回水费。 中国平均供水产销差率为18%，这一点上与大多数发展中国家相比要好很多。然而世界银行2007年中国水业分析报告指出，如果按照城市规模分类，中小型城市的漏损率在30%到40%之间。另一方面，如果将漏损量用管线长度量化，那么中国每公里管线的日漏损量达到54m3，是英国5 m3的11倍，与供水技术相对落后的巴西42.3m3相比仍然高出28%。造成这一现象的主要因素是高密度，难于监控的复杂管网结构。 在中国，随着供水行业的信息和自动化水平日益提高，利用先进的技术手段和管理方式来进一步改善供水效率，已经成为不可错失的机遇和挑战。国内城市可以借鉴海外的一些成功经验，寻找适合自身特色的解决方案。本文选取马来西亚的雪兰莪州过去十年来用于改善供水效率的前后两种解决方案进行案例分析，希望为国内供水行业提供有参考价值的经验教训。
背景介绍
马来西亚的供水状况对于中国大型城市来说具有一定的可比性。一直以来，马来西亚的供水系统具有以下特点：
1. 快速增长的自来水需求
马来西亚全国的年供水量，在1990年至今，平均年增长率为6.6%，并且预计2010年间实现10%的年均增长率，计划在2010年实现年供水量74亿立方米。

2. 供水效率非常低下
在2002年，马来西亚大学的研究表明，马来西亚全国平均供水产销差率达到40.6%，其中泻漏损耗占16%至30%，水表误差造成的产销差占3%到7%，偷水高达8%。 吉隆坡所在的雪兰莪州占地面积近8000km3，是马来西亚的制造业中心。该地区长期以来的经济水平和水资源消耗量位居全国第一，供水效率低下与水资源稀缺的矛盾最为突出。在这些条件的驱动下，雪兰莪州成为马来西亚在供水效率改善方面起步最早的地区之一。


案例分析
早在1998年，该州的供水公司(SYABAS)就开始在改善供水效率方面作出一系列尝试。最初的解决方案是将以定量减少供水产销差为目标的供水优化项目作为一次性合同由海外顾问公司负责管理和执行。尽管该方案最终被证明存在硬性缺憾，但是方案的执行过程为雪兰莪州提供了宝贵的经验教训。在此基础上，该州于2007年选择了一套全新的供水效率解决方案，其试点项目在2007年取得成功。新的解决方案由此得到全面铺开，预计在2015年前将建成世界领先的大型供水管理系统。


方案一：雪兰莪州供水产销差递减项目
雪兰莪州供水产销差递减项目是1998年开始实施的第一个解决方案，同时也是全球该类解决方案中规模最大的一个。该项目由供水顾问公司承包，利用供水产销差分析软件，由海外专家对项目进行直接管理，指挥当地测漏和维修团队，对雪兰莪州的供水网络进行维修，优化、和管理，以期达到供水产销差的长期定额递减计划。以下是根据该项目的文档资料 节录的项目要点。
项目的硬件和软件的使用：
1. 三遥系统的硬件和软件
2. 泄漏检测仪器
3. 水管，阀门和水表等备件
4. 电子地图，如MapInfo
5. 供水产销差分析软件BABE
项目的任务和行动：
1. 减少物理漏耗计划
a.水力专家根据电子地图选取并建立供水产销差控制区域
b.在控制区域安装流量计以测量该区域的总输入量
c. 由测漏和维修团队进行测漏和维修工作
d.使用分析软件评估施工效果
2. 水表更换计划
a.水力专家分析历史数据，选取需要更换的水表
b.施工团队完成水表更换工作
项目实施的效果：
18个月的一期项目在雪兰莪州建立了29个产销差控制区，更换了15000个水表，实现与项目实施之前相比，产销差减少20898m3/d。 其后的二期项目历时6年。二期项目到2006年底为止，共建立了222个产销差控制区，修复了11000个泄漏点，安装了大量的减压阀，更换了119000个水表，实现与项目实施前相比，产销差减少了117000 m3/d。 该项目于2006年完成了项目总目标，因此终止。
项目的分析：
从试点项目的完成上看，这类解决方案对短期内局部区域的产销差的控制效果是迅速的。比如马来西亚大学的案例分析显示 ，1个供水量为3000 m3/d的控制区经过三个月的项目实施，检测到并修复了37个泄漏点，同时对水压进行了优化，最终实现将区域每日总供水量减少11.9%。 然而，该项目的长期运行结果显示出，这类解决方案是不可持续的。试点项目的29个控制区在完成验收后的三年内，供水产销差迅速回升，最后供水公司不得不将这些区域划入二期项目的内容，重新进行施工。 这种不可持续性的具体表现如下：
1. 控制对象缺乏长期的比较意义。该项目的控制对象是控制区域的供水产销差在项目实施前后的变化量，其测量方式是用实施前后一段时间内的区域流入量和可回收用水量的平均值进行计算。这样的测量方式仅能体现项目实施后一段时间内的供水效率的改善水平，但是由此假设此后长时间内该区域的供水效率将保持在这一水平而不加以监控是不恰当的。设备的老化，城市的扩张，供水规模的扩大，以及周边区域的变化都会直接影响到供水产销差的绝对值，所以这样的控制对象从长期来看是缺乏意义的。
2. 孤立的区域控制无法整合整个网络的效率水平。分区对管网的供水效率进行控制被证明是成功的，但是孤立的分区无法互相整合，对于整体网络的效用难以评估，也无法体现出供水公司自身的最大利益。比如某孤立区域的供水效率经过项目实施后得以改善，但是与该区域相邻的区域没有获得监管，因此难以评估控制区域的改善对相邻区域的影响。而实际上，控制区域的输入压力不恰当的减小，虽然能显著降低该区域的漏损率，但是往往会造成邻近区域的漏损率提升。
3. 资源密集型的控制方式难以持续。这类解决方案是资源密集型的工作。据统计，整个项目共需要海外供水专家750个人月，同时还需要马来西亚当地工程师，技术员工等共超过15000个人月。项目还需要更换大量的管道，水表，并安装大量的减压阀和流量计，所有这些均推高项目成本。以试点项目为例，其一次性投资达450万美元，实施期18个月后计得平均每日节水20898立方米。按照当时水费每立方米0.33美元计算，假设供水效率在未来保持不变，仍需要22个月才能收回成本。而实际上，由于试点项目实施后没有持续的投入并加以维护，供水效率快速下降，很快回复到之前的水平。
4. 专家顾问的过度依赖导致知识和经验难以累积和传递。项目中，大到控制区域的选取，供水效率的分析计算，小到管材，阀门和水表的选型，均依赖于顾问公司的专家的指导。事实证明，供水效率的控制技术，需要深厚的专业知识和长期的经验进行指导。供水公司在外包项目结束后仍无法及时地培养出能替代顾问公司的专业人才，导致回收后的控制区域均因为缺乏合理的管理而逐步回到原有水平。
在分析以上问题后，可总结出以下经验：
1. 在技术层面上，正确、及时、全面地理解供水网络至关重要。
a.用供水产销差的前后差值作为项目的目标是不恰当的，供水产销差与供水总量的百分比能够更好的反应供水效率。供水公司需要实时，并且长期的对这一指标进行监控，才能真正达到优化供水效率的目的
b.不能孤立地考虑区域的供水问题。供水公司需要全面掌握整个网络的情况，并且在改建和扩建管网的时候做好统筹规划，才有可能保持，并且不断提高整个管网的效率水平
c. 尽管更换老旧管道，提高水表的精确率等可以迅速减少产销差，但是提高供水效率的重心应该放在长期的管网优化和防止泄漏等工作上。比如，压力控制对于减少泄漏有十分积极的影响。过高的水压会造成水管裂痕扩大，漏水量增多，以及增加爆管频率。在日常运营过程中根据用水需求不断优化供水压力，是高效低成本的提高供水效率的方法之一。
要做到以上三点，供水公司需要在技术层面上有所突破，做到正确、及时、全面地理解自己的供水网络。
2. 在管理层面上，供水公司需要高效的信息和管理自动化系统。在这个项目中，高度密集的人力资源和对高技术水平的专家的需求是普通供水公司难以承受的。由于供水效率的提高往往涉及到设计，施工，调度和维护等各个部门，以及覆盖城市区域的大量网络设施数据，项目的规模往往超过传统管理方式的掌控范围。只有借助数字信息化的管理系统，才有可能完成公司全面的信息共享，减少管理成本，提高执行效率，积累知识和经验。

方案二：AQUIS供水网络管理系统
2006年，雪兰莪州供水公司在总结了上述经验之后，选择了另外一种不同的解决方案。该方案致力于建立一个高效的管网管理系统，为自来水公司提供可持续的供水效率优化平台。以下是该解决方案的要点：
系统要求：
1. 地理信息系统
2. 收费系统
3. SCADA系统
4. AQUIS管网管理系统
系统结构：
该系统利用AQUIS软件从地理信息系统和账单系统获取信息，对整个州的供水网络进行建模，并从SCADA系统获取网络的实时信息进行实时模拟，从而实现对全网络的实施掌控。模型被划分为1000个控制区域，用以进行供水产销差的分析和管理。供水公司的各个部门得以从AQUIS提供的管理平台上方便快捷地获取信息，利用AQUIS提供的分析结果对网络进行工程设计，运营管理和优化等各种工作，从而达到长期提升供水效率水平的目的。
系统规模：
该系统将覆盖整个雪兰莪州的供水网络。其供水总量达到3800000m3/d，管道总长达到24,000 km。并有超过1000个蓄水池。

系统的功能特点：
1. 覆盖雪兰莪州供水网络的管网模型，让决策者和实施者能清晰地了解各种变化对全局与局部的影响。
2. 利用夜间流量分析和整合流量分析对超过1000个泄漏控制区进行泄漏检测，从而使供水产销差能够更精确地定位和测定。
3. 根据来自收费系统不断更新的用水量记录，进行需求预测，从而能够对水泵组合和蓄水池组合进行优化调整，将供水压力调整到满足需求的最低水平，从而减少供水产销差和供水能耗
4. 实时的SCADA信息读取与模型计算，配合报警设置，能够快速地定位突发事件，并提供专业的分析报告
5. 清晰，全面的信息管理系统，让企业从管理人员，工程设计人员，施工团队，到客户服务人员，均能便捷地获得满足自身需要的信息资源，从而摆脱了过去对拥有高级别专业知识的外聘顾问的依赖。
6. 将检测，设计，模型管理，泄漏管理，调度，施工维护，信息管理和专家系统等各职能进行整合，形成适合供水企业日常运营的全面高效管理平台。
与前一个解决方案相比，该解决方案最大的不同在于，它不再是为孤立地实现某个产销差控制目标而设立的专门项目，而是利用先进的软件技术和信息技术，构建出适用于自身供水业务的管理平台，将提升供水效率作为一项长期的任务，实现高效，可持续的全新供水业务方式。
目前的实施情况：
目前雪兰莪州供水公司用自己的员工组建了10人的水力模型部门。从2006年至今，已成功建立了雪兰莪州全区域的主干管模型以及10个主要城区的精细模型，建立了600个控制区，实现了全区域主干管的实时监测和模拟运行。供水产销差从2005年末的37.3%减少至2006年末的34.8%，并在2007年上半年达到32.7%，实现年均减少产销差8.2%，预期投资回报周期仅为18个月。而之前的产销差递减项目从2000年至2005年仅实现年均减少产销差2.3%。 雪兰莪州预期在2015年实现全区域精细模型，建立1000个控制区，最终将产销差减少至15%。 目前，雪兰莪州的成功经验已经在马来西亚产生巨大的影响。马来西亚的11个州中已经有7个采用了 AQUIS供水网络管理系统解决方案.
总结
经过比较分析雪兰莪州的两个供水效率解决方案，本文总结出以下经验：
1. 提高供水效率，减小供水产销差，对于供水企业来说具有实质性的经济意义。

2. 泄漏的排查和修补是一项资源密集型工作。单纯依靠这类工作提升供水效率，对于普通自来水公司来说是不可持续的。
3. 正确、及时、全面地理解供水网络至关重要。优秀的水力模型能够随时满足各部门对理解供水网络的不同需求，从而摆脱对水力专家和其他外聘顾问的长期依赖性。
4. 基于对供水网络的全面理解，供水公司能够长期，实时地对供水网络进行优化管理，从而大幅减少管网建设的浪费，以及因不合理的结构和压力造成的泄漏问题，并为泄漏的牌车和修补工作给出指导信息，大幅提升整个企业的供水效率。
5. AQUIS管网管理系统是雪兰莪州解决方案的最终选择，也是在技术和管理层面上满足上述条件的关键因素。