摘 要

给水管网是管网系统中极其重要的一环，是城市基础设施的重要组成部分，是城市赖以生存和发展的物质基础，是保障城市正常、高效运转、保证城市经济、社会健康可持续发展的重要条件。

随着我国城市化进程不断提高，面对人口、资源和环境的巨大压力，为确保国民经济的可持续发展，我国政府在逐年加大对城市基础设施的投入。城市市政管网建设得到快速发展，近几年每年新铺设和更新改造的市政管网长度超过10万公里。

我国的管网建设尽管投入巨大，仍存在很多亟待解决的问题，如管网老化、管材低劣、施工技术落后以及管网在非正常工况下运行带来的损失和安全，资产隐患。针对后一种情况，本文以武汉某电气公司的水道系统为研究对象，本文研究内容如下：

受数字孪生概念的启发，通过利用三维建模软件Solid works，3DMax和工程引擎Unity建立起管网运行监控系统，辅以智能化的硬件，以数据库为交流通道，实现对管网系统的实时监控和紧急工况预警，报警的功能。除了建立PC客户端，还能将监控系统部署到网页端，实现C/S,B/S多方式运行。

本文的研究结果比较令人满意，能比较好的完成实时监控任务，给企业的生产生活用水提供指导，节省了大量时间和经费，提高了水资源的利用率。

关键词：水路管网；监控系统；多方式运行

Abstract

Water supply network is an extremely important part of the pipe network system. It is an important part of the urban infrastructure. It is the material basis for the survival and development of the city. It ensures the normal and efficient operation of the city, keeps the economic development and the social health.

As China's urbanization process continues to increase, with tremendous pressure from population, resources, and the environment, to ensure the sustainable development of the national economy, the Chinese government has increased investment in urban infrastructure every year. The construction of urban municipal pipe network has been rapidly developed. In recent years, the newly laid and renewed municipal pipe network has exceeded 100,000 kilometers in length every year.

In spite of huge investment in the construction of China's pipeline network, there are still many problems to be solved, such as the aging of the pipeline network, poor pipe materials, backward construction technology, potential capital loss and danger caused by the operation of the pipeline network under abnormal operating conditions. For the later situation, this paper takes the waterway system of an electric company in Wuhan as the research object, and the major work of this paper are as follows:

Inspired by the concept of digital twin, the research established a pipe network operation monitoring system via 3D modeling software Solid works, 3DMAX and the engineering engine Unity. Asisted by intelligent hardware, with the database as the channel, eventually the paper builds the real-time monitoring of the pipe network system with the function of predicting emergency and warning. In addition to establishing a PC client, the monitoring system can be deployed to web pages to reach C/S and B/S multi-mode operations.

The research result of this article are relatively satisfactory, it can undertake the real-time monitoring tasks and provide guidance for the water use for production and living of enterprises, thus saving much time and funds. As consequence, improves the utilization of water resources.

Keywords：Water supply network; monitoring system; multi-mode operations

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1管网老化、管材低劣、施工技术落后 1

1.1.2供水管网非正常工况运行 1

1.2 国内外研究现状分析 2

1.3 论文主要内容及组织结构 3

1.3.1 主要研究内容 3

1.3.2 论文组织结构 3

第2章 系统方案设计 4

2.1 系统功能需求分析 4

2.2 系统总体方案 5

第3章 软件设计与开发 7

3.1 系统硬件选择 7

3.2 系统软件功能设计 8

3.1.1 实时水表读数展示 8

3.1.2 历史用水量查询 10

3.1.3 多形式观测模型 11

3.1.4 多方位查看模型 12

3.1.4 智能阀门的数据展示和双向控制 13

3.3 结构设计 14

3.4 交互界面设计 15

第4章 监控系统实现及实例运行 17

4.1 系统运行环境 17

第5章 总结与展望 19

5.1 全文总结 19

5.2 未来工作展望 19

5.2.1 不足之处 19

5.2.2 改进方法 20

参考文献 20

致谢 21

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

给水管网 （water distribution system ）给水工程中向用户输水和配水的管道系统，由管道、配件和附属设施组成。附属设施有调节构筑物（水池、水塔或水柱）和给水泵站等。

给水管网是管网系统中及其重要的一环，是城市基础设施重要组成部分，是城市赖以生存和发展的物质基础，是保障城市正常、高效运转、保证城市经济、社会健康可持续发展的重要条件。随着我国城市化进程不断提高，面对人口、资源和环境的巨大压力，为确保国民经济的可持续发展，我国政府在逐年加大对城市基础设施的投入，城市市政管网建设得到快速发展，近几年每年新铺设和更新改造的市政管网长度超过10万公里。

给水管网建设尽管每年投入资金巨大，却仍有很多问题亟待解决。主要原因如下：

1.1.1管网老化、管材低劣、施工技术落后

现有供水管网中，超过使用年限的管网达到20%左右，由于早期铺设的管网，使用管材低劣、施工技术落后，造成管网严重老化。并且现有供水管网中，灰口铸铁管在很多城市占50％以上，个别城市甚至达90％。大多数灰口铸铁管质量不符合现行国家标准的要求，而且管网配件质量差，接口技术落后，导致管网抗压强度低，爆漏事故频繁发生。此外，普通水泥管和镀锌铁管也占有相当比例，材质差、抗冲击和抗腐蚀能力差。在严重老化的管网中，主干管占59％、其它管网占41％；在材质低劣的管网中，主干管占58％、其它管网占42％；施工技术落后的管网中，主干管占58％、其它管网占42％。

1.1.2供水管网非正常工况运行

一些城市将不同时期或不同地区使用的供水管进行联网供水，出现了管材混杂的情况，承压标准较低的管段处于超负荷运行状态，爆管事故增多。一些城市中心区或局部地区供水管径偏小，供水压力明显不足，用水高峰时，断水现象时有发生。 一些城市由于新建水源工程，将地下水源更换为地表水源，或增大地表水源比例，为弥补被替代的补压井的压力损失，提高了管网压力，超出原设计标准，一部分管道破损，管网漏损严重。

由于二十世纪八十年代以前铺设的市政管网约20万公里，其中：供水管13万多公里，排水管2万多公里，燃气管3万多公里，供热管1.8万公里，其中很多已到使用年限，造成城市供水管网漏水、爆管事故率频发，全国每年因供水管网漏损和爆管造成的损失达几亿元；城市排水管网因年久失修、接头开裂，渗水、漏水现象较为普遍，严重污染城市地下水和周围环境。虽然“十五”和“十一五”期间，各地先后对部分市政管网进行了更新改造，取得了显著成效，有效地扼制了市政管网跑、冒、滴、漏问题，但仍有大量市政管网亟待更新改造，因此，今后一段时间，我国城市市政管网更新改造任务非常艰巨。

给水管网在城市基础设施建设中占了很大比重，与人民生活息息相关。管网的正常运行和有效监控关系着市民生活，工业生产能否有效进行，而国内在监控管网运行这一方面做的还不尽如人意。大多数的监控系统由于客观条件的限制，如大部分管道都是多年前建设的，难以实现准确监控，或者管道材料的限制，都存在采集数据较为简单且数量不足的缺陷，因而不能有效反映管网整体的情况。

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