城市快速施工裝配式智能排水裝置

摘 ?要：一個城市的排水能力是衡量其現(xiàn)代化程度重要指標(biāo)，如何采取經(jīng)濟(jì)可行的方式來改善城市排水狀況，提升其排水能力，進(jìn)而有效防治城市內(nèi)澇的問題，引起社會與有關(guān)部門的廣泛關(guān)注，為此提出了一種裝配式排水管道。

關(guān)鍵詞：裝配式排水管道;無軸推進(jìn)器;PID算法

中圖分類號：TU992 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?????文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0引言

最近十幾年，中國城市暴雨洪水呈多發(fā)、重發(fā)態(tài)勢，從南到北，從沿海到內(nèi)陸，無不受到城市內(nèi)澇的侵?jǐn)_，其嚴(yán)重破壞了城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，給人民群眾的生產(chǎn)生活造成了極大的影響，使生命財產(chǎn)遭受極大損失^[1]，由于多年來我國城市化對經(jīng)濟(jì)型建筑的重視。在雨水多發(fā)期，更易出現(xiàn)交通要道積水，阻塞交通，對市民的生活帶來極大的影響，并且長時間的積水，易導(dǎo)致路面、樓房地基侵蝕，對城市安全帶來不小挑戰(zhàn)。在已經(jīng)規(guī)劃好的城市內(nèi)，一些住房和交通設(shè)施等已經(jīng)建設(shè)完成，所以重新對排水管道進(jìn)行設(shè)計和施工難上加難，因此需要一個解決城市中心道路在雨季積水問題的辦法。

1增壓排水裝置的設(shè)計

本產(chǎn)品的管道采用可裝配式設(shè)計，分為輸水管與進(jìn)口管道兩部分組成，將無軸推進(jìn)器安裝于輸水管的內(nèi)部，目的是借助推進(jìn)器形成的推進(jìn)力來平衡由在管道內(nèi)部的流動污水產(chǎn)生的水利坡降，增加順?biāo)较蛩^，加快流水速度。

無軸渦輪增壓器具有安全可靠，體積小，工作效率高等優(yōu)點，多用作船只的動力裝置，本裝置創(chuàng)新地采用無軸推進(jìn)設(shè)備來實現(xiàn)對污水的增壓助推，利用具有較高推進(jìn)效率的第一推進(jìn)器來抵抗水利坡降。在較理想狀態(tài)下，推進(jìn)器能夠具有較高的轉(zhuǎn)速，并且經(jīng)過合理優(yōu)化后的進(jìn)水口和管道系統(tǒng)會產(chǎn)生較明顯的效果，效率一般會在85%～90%之間。第二其抗空泡能力強(qiáng)。無軸推進(jìn)器在輸水道中的水泵葉片比管道中其他設(shè)備具有抗氣蝕的優(yōu)點。通過對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，可以有效的防堵塞，穩(wěn)定水流。此外無軸推進(jìn)器的使用使排水系統(tǒng)具有更高的排水量與效率。

2排水裝置中智能控制的實現(xiàn)

在豎直管道內(nèi)布置水壓傳感器，在其外布置信號裝換器，通過控制芯片中的PID算法將輸入的電信號信息，經(jīng)過負(fù)反饋調(diào)節(jié)，輸出控制信號來對裝配式排水管道的執(zhí)行器即推進(jìn)器進(jìn)行控制，進(jìn)而穩(wěn)定調(diào)節(jié)控制排水。芯片中PID算法的具體參數(shù)在實驗室中經(jīng)過大量模擬工況實驗來進(jìn)行確定?？刂菩酒€可以將數(shù)據(jù)及時反饋給工程或搶險隊員，方便其盡快部署應(yīng)急方案。

系統(tǒng)通過下面兩種方式實現(xiàn)控制（1）采用無軸加壓器調(diào)節(jié)污水流速。（2）采用超聲波傳感器來測量水位與水位上升速度。

本系統(tǒng)為位置式PID調(diào)節(jié)算法，通過實時水位h（t）與理想標(biāo)定水位（t）的比較，將兩項差值e（t）=（t）- h（t）作為整個系統(tǒng)的輸入，通過PID算法計算后得到輸出控制信號即，而u（t）信號借助外部電路實現(xiàn)其功率放大后，通過控制渦輪增壓電機(jī)的啟動設(shè)備來改變其運(yùn)動參數(shù)如轉(zhuǎn)速等，進(jìn)而控制井筒水位的高低。

u（t）作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出和被控對象（即井筒水位）的輸入，所以其控制規(guī)律為

由于水位控制調(diào)節(jié)中的取樣器即超聲波測距模塊采集過程中，收集并發(fā)送給單片機(jī)的數(shù)據(jù)是離散的，因此要將水位調(diào)節(jié)的控制規(guī)律的表達(dá)式做些許調(diào)整，即下式

其中， ?k—— 采樣序號 ?????????????????????????——比例系數(shù)

——第k次采樣時刻的輸出值 ???????????——積分系數(shù)

——第k次采樣時刻輸入的偏差值 ??????——微分系數(shù)

——第k-1次采樣時刻輸入的偏差值

3建筑工程造價動態(tài)管控的相關(guān)有效措施

通過對裝配式自控排水系統(tǒng)的設(shè)計，解決排水管道的增壓排水問題，以此減少在城市要道的施工時間、減少排水裝置的占地面積、增加排水量，實現(xiàn)城市高效排水，避免城市路段大量積水，最大限度地發(fā)揮城市排水的作用，切實減少城市內(nèi)澇帶來的損失。

（1）本裝置易于施工，安裝簡單可靠，其本身可以自由應(yīng)對多種復(fù)雜多變施工情況。對城市排水裝置的改進(jìn)與設(shè)計，應(yīng)用前景巨大，具有良好的市場前景，貼近生活，服務(wù)社會。

（2）在道路防水施工的過程中，防水材料的選擇相當(dāng)重要，合適的防水材料既提高了工程質(zhì)量又可以降低成本，起到優(yōu)良的防水效果。同時，因為道路對材料的要求較高，采用剛性和柔性相結(jié)合的防水材料設(shè)計，通過將柔性防水材料涂于管道內(nèi)側(cè)和外側(cè)，以減緩接縫處鋼管的銹蝕，極大地提升裝配式結(jié)構(gòu)整體的防水效果。不僅能提高防水質(zhì)量，更能簡化施工工序，降低后期維護(hù)的難度，降本增效。

（3）裝配式自控排水系統(tǒng)可以對排水裝置進(jìn)行輸出功率的科學(xué)自動調(diào)整，其自動調(diào)節(jié)所依據(jù)的參數(shù)為城市的降雨量及其城市所產(chǎn)生的污水量，采用這種方式，大大節(jié)約了整個排水系統(tǒng)的耗電量，達(dá)到了節(jié)能的目的。通過傳感器傳輸出的數(shù)據(jù)可以使搶險維修人員很方便的了解掌握水位及其他有用信息，以利于對城市排水的統(tǒng)籌規(guī)劃以及險情預(yù)報。

（4）通過設(shè)計裝配式排水管道，使管道自由布置，借助推進(jìn)器形成的推進(jìn)力來平衡由在管道內(nèi)部的流動污水產(chǎn)生的水利坡降，增加順?biāo)较蛩^，加快流水速度。假設(shè)一條排水管道長度2km，在沿著路程配設(shè)2個推進(jìn)器進(jìn)行加壓排水，管道為直徑為40cm的鋼管水平，在有無推進(jìn)器工作條件下進(jìn)行排水能力的比較。經(jīng)過計算在自然情況下排水量流速為0.53米每秒，在有推進(jìn)器情況下滿載工作時流速為4.7米每秒，我們這套排水設(shè)備的工作效率為自然情況下管道排水能力的8-9倍。在解決已經(jīng)完成規(guī)劃和施工的主要城市的內(nèi)澇問題上，局部配設(shè)該裝配式排水管道是尤為必要的。

4結(jié)語

暴雨過后凸顯出的城市內(nèi)澇問題，使我國城市現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)入瓶頸期，做好城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害防治與應(yīng)急刻不容緩^[2]。隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，這種為解決城市內(nèi)澇問題而設(shè)計的裝配式排水管道將會很快普及，相信城市內(nèi)澇在不久以后將會在很大程度上得到改善。

參考文獻(xiàn)

[1]?錢樹芹，高秋霖，張麗.淺議我國城市暴雨洪災(zāi)內(nèi)澇原因及對策[J].人民珠江，2012，33（06）：61-63.

[2]?胡平.基于Landsat 8的成都市中心城區(qū)城市熱島效應(yīng)研究[D].成都理工大學(xué)，2015.

收稿日期：2019-05-19

作者簡介：謝石璞（1998—），男，山東濟(jì)寧人，本科在讀，研究方向：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化。

Urban Rapid Construction Assembled Intelligent Drainage Device

XIE Shi-zhen

（Shandong University of Science and Technology， Taian ?Shandong ?271000）

Abstract： The drainage capacity of a city is an important indicator to measure its modernization degree. How to adopt an economically viable way to improve urban drainage and improve its drainage capacity， so as to effectively prevent urban infighting problems， and cause widespread concern of the society and relevant departments. This proposes a fabricated drainage pipe.

Keywords： assembled drainage pipe; shaftless propeller; PID algorithm