分析、预测及验证压力管理效益及其应用的最新发展

培训/辅导机构在压力管理中的作用

摘要：目前配水系统中，压力管理的实证效益已不仅包括渗漏控制，而且还包括节水、减少爆管、有效资产管理与客户服务等。

本文将概述压力管理效益的分析、预测及作用等几方面的最新发展。六年前，国际水协（IWA）水损工作组成员发布了12个国家112个压力管理区域的一组数据，数据显示：主管线与入户管线爆管率的明显降低，推动了通过压力管理控制爆管频率得到国际性关注。一个概念性的解释（压垮骆驼的最后一根稻草），结合主管线与入户管线简单分离爆管指标（BFIs)的计算，证明了，如果降低压力瞬态和/或过量的运行压力，可以快速识别预测爆管，明显降低配水区主管道和/或用户服务管道的爆管。更近期的发展包括一个完善的预测方程，用于独立区域内爆管数量和频率的减少，压力管理对爆管频率季节性变化的影响，以及初步量化延长设施使用寿命带来的经济效益。培训与指导，包括使用专业渗漏软件帮助与支持供水企业的学习过程与知识转化，是帮助水务公司在水损管理领域获得实质性进步的方式方法。本文总结了通过分析、预测与实施压力管理与瞬态分析，降低爆管频率并延长设施寿命的最新发展，并强调了相关的结构化培训与知识转化的优点。

关键词：资产管理、减少爆管、压力管理、压力瞬态、培训、节水

1.简介

很多城市面临的主要挑战是如何处理高位的无收益水（NRW：Non RevenueWater)。尽管并非所有NRW是渗漏导致的，但是配水系统压力的无效管理是众所周知的造成大量本可避免的漏损与爆管、以及其他严重后果如缩短了基础设施寿命的原因。

然而，很多水务公司不断努力地替换和更新老化且低效率的配水网络，以打造一个示范项目案例，而很多监管政策仍未能对注重成本节约来更新或完善管理供水网络所作的努力予以奖励。

压力管理具有巨大潜能去帮助提高水资源利用效率与缓解迫切的水资源短缺现状。事实上，目前压力管理已经被认为是供配水系统优化管理的基础。

三十年前英国和日本开始研究压力管理在配水系统中效益，现在，压力管理的效益已经远不止漏损量的基本控制。如今，压力管理的效益范围正在逐步扩大，不仅包括降低漏损和因素耗水而节约水资源的好处，而且通过降低的爆管率与漏损率也为水务公司与用户带来了很多好处。这些好处包括减少了修护与恢复成本，减少公众责任与不良宣传，减少了主动漏损控制成本，延缓基础设施更新时间，延长了管线与用户接入线的使用寿命，减少了用户接入与用户管道系统方面的问题，总体降低了客户投诉。

2.压力管理策略的最新进展

2003年，IWA水损工作组的压力管理团队（现称为水损专家组，WLSG）开始装订与出版他们的研究成果与他们的相关建议，并鼓励水务公司在国际水损研讨会上分享案例研究。FAVAD（固定与可变区域的流量Fixedand Variable Area Discharges）被推荐作为预测压力的最佳实践概念：漏损流量关系，已在国际上广泛应用。

案例研究表明，压力管理能够减少爆管还未得到广泛认识，并且这并不是水务公司将爆管频率与压力相联系，甚至收集全国不同管材的爆管统计数据时所用的传统做法。因此，除了压力瞬态控制外，只有极少数实践者相信压力管理能够影响爆管频率。当Thornton和Lambert（2006, 2007）公布他们从11个国家收集的112组数据后，这一观点开始逐渐改变，数据表明进行压力管理后，明显降低了爆管频率，与数据一起公布的有：

•一个通用解释的概念（压垮骆驼的一根稻草）

•在主管线上、或用户分接管线处、或两处、或任何一处，快速识别具有明显降低爆管潜力的配水区域的使用方法

降低爆管维修与相关费用的前景和改善资产管理的潜能，引起全球对压力管理的关注。自2007以来，国际上已有数以百计的压力管理计划得到实施，每当在会议上呈现或发表案例研究时，通常会毋庸置疑的应用压力管理的以下效益：

•减少漏损量

•减少主管线与入户管线的爆管频率

•延长基础设施剩余使用寿命

三十年前英国和日本开始研究压力管理在配水系统中效益，现在，压力管理的效益已经远不止漏损量的基本控制。如今，压力管理的效益范围正在逐步扩大，得到广泛认可。

那些希望证明压力管理的水务公司必须能够对这些效益作出预测，这随情况的不同而不同。

Lambert,Fantozzi 和Thornton （2013），总结了大多数压力与爆管关系理解与预测方面的最新研究结论。本文会列举部分例子，但更详细的例子可以从系列论文中找到，网址：www.leakssuite.com

压力管理的其他效益包括降低主动漏损控制成本，降低某些组件耗水，以更少供水中断次数来改善用户服务。如今，压力管理已不仅用于渗漏控制，也用于供水需求管理、节水和资产管理中。

表1是首次用于一个最近的澳大利亚研究项目中的最新表格版本（澳大利亚资产管理项目水服务协会PPS-3，2008-11 2011）和最近增加的“能源”因素（Fantozzi等人，2013），总结了压力管理的各种效益。

表1：压力管理的多项效益

压力：与爆管频率间关系

直到最近，压力管理案例的经济计算，还只是传统地根据降低现有渗漏流量预测的节约成本进行计算。

Thornton 和 Lambert（2006，2007）证明，降低爆管频率高发区域中过量的压力对降低爆管率有实质性影响，且应对主管线与用户入户管线进行分别预测。11个国家的112个研究案例表明主管道爆管平均降低的百分比是管线平均压力降低的1.4倍。

使用当前和最近的主管线爆管频率（每100千米/每年）和用户入户管线（每1000个入户管线/每年），来快速预测压力管理是否会降低主管线以及用户入户管线、或两处任意一处的爆管率、或主管线和入户管线爆管率都不能降低的变得可能。这些简单的定性与定量预测，对那些实施压力管理后可以最快速度反馈投资回报的目标区域定位十分有效。

截止2012年，澳大利亚一些大型减压方案中获得的大量高质量数据，为爆管频率的整体范围开发改善预测项提供了进一步研究机会（Lambert, Thornton&Fantozzi 2013）。图1表明，在独立大区域内的当前平均爆管频率可能变化较大，并且与平均区域点（Average Zone Point）处最大压力无特殊关系。

图1：区域平均夜间压力--大供水区域的主管线爆管频率散点图

图2：平均区域点最大值与独立区域爆管频率间的特征关系（得到WLRandALtd供水允许）

然而，如果压力管理可以应用到这些区域的某些区域，压力与爆管频率的关系渐渐趋于一个基准面，即BFnpd(非压力引起的爆管频率-non-pressuredependent burst frequency）（图2）。由压力变化引起的爆管频率因子BFpd，几乎随AZPmax3变化，因此AZPmax值降低一点能大幅降低爆管频率。

图3显示的是德班中央商务区主管道上的实际与预测的管道维修频率变化，对主管道混合的不同材料（AC、塑料、钢、铸铁），都采用了两种预测方法。爆管频率的季节性变化如何大幅降低。

图3：德班中央商务区压力管理前后的主管道修复频率（得到Ethekwini市同意后公布）

越来越多的国家和地区，采用最新压力与爆管关系方程来对爆管频率的变化进行预测。但是，延期更新管道和延长资产生命，能获得更大的经济效益，如下段落将对此进行具体解释。

延期更新和战略优先次序以及资本支出的分配

进行大规模压力管理后，主管线与入户管线上爆管频率的明显降低，开始对每年更新的管道数量与选择产生影响。一些水务公司根据确定的客户服务标准政策，如“Z年内Y千米发生X次爆管”，可以替换主管线与入户管线，如今，一些本应该替换掉的主管线与入户管线仍被保留继续使用。澳大利亚早期迹象表明：由此带来的资金节省，可能达到年爆管维修成本节省资金的几倍。

通过战略导向投资，使用动态压力管理工具，能够节省大量资金支出。我们需要细致分析来识别配水系统哪些部分在压力管理下受益最多，以及评估压力管理的具体效益。就此而言，对压力管理效益进行分析、预测和验证中实际实施的最近发展进行培训和指导，可以对水务公司实现的结果产生极大影响。

3.培训与辅导的需求

处理水损及其相关方面问题，要求有一个全面的方法。至今为止，关注的焦点主要都放在技术问题的处理方法和技术上，对于为达到期望目标，需要水务公司就产能建设方面做出的重要改变，还没有得到足够重视。Kovac 和Charalambous 2012约定了侧重水损管理其他方面的指导作为一种方法（discipline），同时也适用于压力管理领域。

对于通过改变现实情况，来成功地且可持续地实施压力管理事项，除了理解与领会压力管理技术知识，对其他方面或维度的考虑也十分重要。Rizzo 和Vermersch 2008很好的描述了三维变化的概念，包括以下：操作维度、项目管理维度与变革管理维度。

应对上述变化，对水务公司的管理人员来说是极其严峻与复杂的挑战。应对这一挑战的解决方案主要有两种方法：实现自主变革或者外包必要帮助与指导。水务公司人员是解决方案成功实施的关键因素，若没有适当的培训、协调与协助，方案选择不太可能实现效益最大化。

人们已经认识到，变革管理在世界范围内已经成为一种持续状态，伴随的主要问题有：如何设计所需流程、目标方针的定义，如何实施、如何监控进度与效率，以及变革管理对员工产生的最重要影响（抵制变革，学习新知识的意愿不足、能力不强、动力不足）等。这些都从人类和商业活动的不同领域为市场专家们积累了经验。

现面临的挑战

通过一系列覆盖了许多问题如实践、方法、设备、员工教育、适当技术的使用等综合工作，可以成功实行压力管理。

大部分成功案例表明，外包援助在有效处理上述问题中的重要性。在多数案例中，外包援助是比较合适的，如专用项目、专业咨询服务与基于绩效的项目等。

除了上述所有挑战，必须对水务公司员工教育和培训计划不足的问题予以足够重视。还必须强调如下事实，即：水务公司往往不愿意采用新的战略与技术，同时工作人员由于机构的公共性质而对新的挑战不作回应。若没有连续、具体及专门的教育，对于环境不断变化过程中持续增加的问题，会使水务公司在解决这些问题时更加艰难。

培训/指导会是一个可行方案吗？

显然，仅用压力管理相关知识来确保水务公司改善是不够的。外包可以提供帮助但并不一定总是容易且可以负担的选择。因此，提高水务公司员工的工作能力，对工作事项的成功规划与实施十分重要。

仅仅靠知识转移还不够，且也不能保证获得了这方面知识的员工就知道如何应用知识。通常都缺乏实际指导与应用。通过实际的活动计划（培训）与指导员─雇员式（指导）密切关系转移优点与知识，是实践指导的宗旨。如何呈现学习成果，可以参考以下简化形式（3）：

•对我说...我忘记（典型例子-会议与研讨会）。

•呈现给我...我记得（典型例子- 实际演说）。

•让我做....我明白（指导）。

指导最重要的方面是应用特定教学方式进行能力建设，如下是简化的形式：

•我在做。我在解释。第一步：提出一个新问题

•你在做。我在解释。第二步：通过新知识过渡。

•你在做。你在解释。最后一步：知识转移。

压力管理的培训/指导

指导员对压力管理工作人员而言可以是得力助手。指导员提供的指导对压力管理的各个方面都有帮助。他可以填补现有知识和技能空白，随着时间推移，协助水务公司加强自己的能力建设和独立性建设。

本文各位作者，以及在北美洲、欧洲和澳大利亚的其他同事，向水务公司人员解释如何开始实施系统压力的有效管理时，使用的一种常见方法（兰伯特和范托奇（2008）如下：

步骤1：根据国际最佳实践准则（InternationalBest Management Practice BMP），基于供水类型（重力或泵）、平均压力、出现间歇供水等，评估压力管理的可能性。

步骤2：使用最佳实践方法（bestpractice methodology），在系统单个区段进行研究调查和预测。

步骤3：鉴别达成运行压力经济管理的时机，以减少新漏损点的频率与流动渗漏点的流量。

步骤4：选择压力管理最合适的压力管理类型。使用最新理念将使这个过程更容易完成，更容易评估压力管理机会的可能性，评估系统独立区段可实现的经济效益，及选择最合适的压力管理类型。

对以下压力管理领域，指导员能够提供具体帮助：

•汇编和分析不同区域的主管线维修数据和服务维修，以评估压力管理实施的潜在利益，并确定重点干扰事项。

•识别并减少瞬态与水击

•即使在低压情况下，实现连续供水（24 / 7 政策）

•配水系统的战略分区

•分配系统的独立输水系统

•监控压力、流量、爆管/漏损/维修与客户投诉

•控制配水池水位，避免溢流

•建立子区域（压力管理区域PMA）

•采用智能泵或固定出口减压阀，减少压力

•间歇供水帮助系统控制补给

•  为阀门与泵引进时间或流量的调控

谁可以成为指导员/培训师？

要找到一名合格的指导员并不是一件容易的事情。所有具备卓越压力管理专业知识的人员都是潜在的指导员，但还需要其他方面知识和技能来提供恰到好处的培训服务。指导员必须结合以下基本素质/专长：

•  压力管理

•  变革管理

•  通用管理技能

•  人类行为学与心理学知识

•  沟通技巧和激励性

了解知识的人与需要知识帮助的人之间存在巨大的知识差距，并且如果要见证压力管理领域的快速变革，那么两者间必然进行合作。另一种选择随着改善的可能性降低，一个伴随许多错误的缓慢变革过程可能会发生，这样可能会对组织的活力产生反面影响。

训练/培训作为一门方法，为水务公司改善绩效和建立水务公司管理人员与技术人员的必要技能、能力与工作效率，进而协助他们处理压力管理领域相关问题，提供了机遇。

4.压力瞬变和压力管理的综合训练

输水系统（Water Transferred System）与配水系统（Water Distributed System）中的瞬态现象，导致发生漏损。饮用水需求模型中的正常波动触发水泵运行和阀门动作，引起了瞬态。其他瞬态则归类为偶然或紧急运行，如泵站内供电故障或者外部力量导致管道破裂等事故。

对于正常运行，压力瞬变不仅由水务公司通过自动控制泵站及减压阀和其他设备引发，而且还因为消费者启动与停止他们的用水需求引起；尤其是，大型用水消费者有自己的储水箱，如医院和大型用水企业，他们可能快速切断其进水阀，使得配水系统中产生压力峰值和爆管可能性。

不幸的是，由于多种原因，操作人员对压力瞬态的了解有限。首先，由于中等和高等教育中，课程变得越来越广泛化而不专业化的全球趋势，饮用水的设计人员和操作人员很少接受瞬态现象方面的知识教育。其次，正常运行过程中对压力瞬变了解甚少，是由于瞬态事件持续时间短以及SCADA系统测频持续时间短。一个配水网络水力状态以典型的1分钟或5分钟为时间间隔进行监控，这足够监测时间平均压力和流量分配进展。但压力瞬态快速通过配水网络时，在钢、铸铁、混凝土和AC材质管道内时，速度为大约1000米/秒，在聚氯乙烯（PVC）管道内时，速度约在300至400米/秒。此外，阀门关闭的最后关键阶段只需几秒钟。因此，无法依靠常规 SCADA系统测频来抓取到瞬态事件。第三，大多数操作员没有直接或间接通道接触到瞬态建模工具。这些瞬态模型应该用来测试压力瞬态是否是引起频繁爆管或其他水损事故的原因。因此，水务公司的操作人员与工程师需要接受持续性压力瞬态知识的教育，以支持他们对管网中事故的分析与解释，以及设计和改进控制系统。此外，他们应该有瞬态建模工具来支持和验证事件分析。

对压力瞬态设计指南和教育的需求，不仅出于其对水损的积极影响，同时也因为其对配水系统的安全、经济高效与节能运行有显著贡献。尽管联系实际，只有在少量参考文献用于指导市政水系统的水力分析，以减少或消除压力瞬态的不利影响（Pothof 2001，Boulos 2005，Jung 2009）。直到最近，Pothof和Karney（2012）才总结出了自动控制系统与压力瞬态相互作用的系统性方法。

鉴于人们已经意识到，运行压力瞬态和偶然压力瞬态是导致水损的一个重要原因，就此开设了一门新课程，提供对与泵站、减压阀和水池进水阀运行有关的流体瞬态基础认识，同时，提供压力管理策略最新发展的整体概况。根据IWA水损专项组的压力管理小组开发的最新最佳实践方法，和具有国际经验导师的广泛经验，开设了本课程。课程包括实践、建模问题、风险管理、泵站控制和大型用户减压阀及阀门的操作间的瞬态相互作用。该课程是为任何与处理配水系统运行以及设计此类系统有关的人员准备。包括那些想要更新对压力管理和与压力瞬变理解的工程师、技术与项目经理、控制员。

5. 结论

培训与指导，包括促进和支持水务公司学习过程和知识转移过程中使用的专业漏损软件，都是帮助水务公司在水损管理领域取得实质性进展的重要方式。

通过为水务公司管理层和技术人员建立必要技能、能力和效率，进而提升绩效，并在水损和压力管理的多学科领域处理方面提供帮助。

为降低爆管和延长设施寿命，压力管理与瞬态分析在分析、预测及实施方面的最新国际进展，突出了主题下结构性训练和知识的转移的优点。

通过成功案例，研究了指导和培训在哪些方面为水损与压力管理最佳实践方法的实施提供了支持，并证明了指导和培训在如下方面的有效性和便利性：

•提升水务公司人员的能力和生产力，

•为水务公司的管理提供支持，这些水务公司肩负着识别、理解、定义变革和实施变革以及保证绩效改善等职责。

致谢：感谢IWA水损专家组成员为压力管理组工作所做的贡献。感谢WSAA（澳大利亚）同意在本文中展示表1，同时感谢水损研究和分析公司（Water Loss Research & Analysis Ltd）允许展示图2；EthekwiniWater（南非）允许展示图3。

说明：

1.本文原文从如下链接下载，http://www.leakssuite.com/wp-content/uploads/2012/11/FANTOZZI_marco_article-28-Oct-13-2013M.pdf and http://www.leakssuite.com/wp-content/uploads/2012/11/Fantozzi_IWA-Efficient-2013_presentation-2013N2.pdf 

2.关于压力、渗漏流量与压力及爆管间关系的持续发展可以在LEAKSSuite 网站压力影响模块参考更多信息： http://www.leakssuite.com/influences-of-pressure/ 

3.株洲南方阀门股份有限公司已获得原文作者授权，转载请注明来源。

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