Caracteristici ale solutiei software de modelare hidraulica Bentley WaterGems, o solutie exceptionala ce raspunde si celor mai exigente cerinte.

 

O solutie software eficienta, de modelare hidraulică trebuie să permită inginerilor, proiectanților și personalului de exploatare a sistemelor de distribuție a apei să analizeze performanța și operațiunile sistemelor de apă potabilă și sistemelor (combinate) de canalizare şi ape pluviale. Acest document prezinta capabilitatile solutiei software Bentley WaterGems, deosebit de utila pentru a putea modela astfel de sisteme:

Cross-platform – platforme interoperabile

Bentley WaterGems utilizeaza datele ce provin din diferite sisteme CAD sau GIS, in vederea construirii si sincronizarii datelor cu modelul hidraulic, functionand ca o solutie de sine statatoare (standalone) pe orice platforma Windows (32 sau  64 biti) si care de asemenea poate fi integrata in interfata celor mai cunoscute platforme CAD si GIS, cum sunt de exemplu AutoCAD, MicroStation sau ArcGIS. Utilizatorii au la indemana flexibilitatea de a utiliza oricare dintre aceste platforme si pot face tranzitia in mod facil intre aceste platforme, fara a pierde datele de modelare hidraulica sau rezultatele obtinute. Licenţa include posibilitatea importării topologiei rețelei cel putin în următoarele formate: DWG, DXF, SHP, bază date Microsoft ACCESS , MSSQL, DGN si importa surse de date adiţionale cum ar fi Oracle DB, Geospatial DB, Excel, ODBC conforme. Solutia software Bentley WaterGems include funcționalitatea necesară pentru a sincroniza sursele de date de la baza proiectului cu modelul hidraulic (rețele de apă).

Bentley WaterGems  include suport pentru diverse fundaluri topografice si fundaluri multiple în formate: DXF, SHP, SID, JPG, TIFF, fotografii zonale, orto-fotografii, hărți Google, diverse hărți de fundal, layere în diferite formate.

Managementul scenariilor

Bentley WaterGems  ofera utilizatorului controlul complet pentru a configura, rula, evalua, vizualiza și compara un număr nelimitat de scenarii într-un singur fișier de proiect. Utilizatorii pot să analizeze design-uri multiple, planificări, analize și scenarii operaționale pentru a lua decizii corecte privind infrastructura de distribuție a apei. Bentley WaterGems  include posibilitatea de manipulare a elementelor prin împărțiri, modificări și grupări, interogări, selecţii, editări pentru orice elemente de reţea sau grup de elemente. Utilizatorii pot configura ușor un număr nelimitat de scenarii de modelare pentru a analiza și compara alternativele de reabilitare pentru mai multe orizonturi de planificare și strategii de control si programare ale pompei, având în vedere operațiuni de economisire a energiei sau alternative de spălare de urgență în caz de contaminare. Solutia permite optimizarea performanțelor pompelor dotate cu transmisie cu frecvență variabilă. Transmisia cu frecvență variabilă regleaza continuu viteza de rotație a arborelui de antrenare a pompei pentru a menține cerințele de presiune și debit într-o rețea în timp ce îmbunătățiesc eficiența energetica și alte caracteristici de funcționare ca: minimizarea presiunilor excesive și consumul de energie; programarea flexibila a pompei, îmbunătățirea utilizarii peste valorile de vârf a energiei; control al ciclurilor de scurgere și umplere rezervor; reducerea fenomenelor tranzitorii produse atunci când pompele pornesc și opresc; performanța îmbunătățita a sistemului în timpul evenimentelor de urgență la utilizarea apei, cum ar fi incendiile și pauzele principale; simplificarea procedurilor de control al debitului, astfel ca aceste functii sunt de un real ajutor.

 

 Simplificarea modelului 

Bentley WaterGems include capabilităţi automate de simplificare a rețelei prin scheletizare, folosind diferiți algoritmi, creand o rețea hidraulică echivalentă simplificată, fără a compromite rezultatele hidraulice. Poate efectua  curățarea datelor pentru a înlătura automat nodurile singulare și elimina conductele bazate pe criterii definite de utilizator, cum ar fi lungimea și diametrul. Bentley WaterGems include capabilitati pentru scurtarea ramificațiilor, astfel ca poate să înlăture segmentele de țeavă scurte, inclusiv capete, conexiunile de servicii și capete hidrant. Operațiunea de scurtare a ramificațiilor permite stabilirea numărului de nivele de scurtare putand astfel să transfere automat cerințele scoase la nodul aflat în amonte. Criteriile de scurtare sunt complet personalizabile și includ criterii de înlăturare pentru diferite combinații de țevi şi noduri de joncțiune. Cu Bentley WaterGems, utilizatorul poate să efectueze îndepărtarea țevilor în serie, putand să elimine automat segmentarea țevilor inutile prin desființarea nodurilor interioare bazate pe orice combinație de conducte definite de utilizator și condiții de joncțiune. Operațiunea de îndepărtare a țevilor în serie permite stabilirea numărul maxim de nivele de înlăturare, indica criteriile dominante ale conductelor, specifica echivalenţa hidraulică, selecteaza diferite strategii de redistribuire a sarcinii si indica acțiunile care trebuie întreprinse, cu pierderi minore. Bentley WaterGems poate efectua îndepărtarea țevilor paralele: Consolidarea conductelor paralele într-o singură țeavă echivalentă hidraulic. Opțiunile de îndepărtare a țevilor paralele permit utilizatorului sa specifice nivelul maxim de îndepărtare țevi bazat pe sensibilitatea buclei, sa stabileasca criteriile pentru țevi dominante, să poata indica metodele de conducte echivalente și strategii pentru pierderi minore, și să poata defini criterii personalizate pentru îndepărtare țevi.

Construcția modelului

 Bentley WaterGems face o proiectare automatizată și include posibilitatea de reabilitare a sistemelor de distribuție a apei. Prin specificarea constrângerilor hidraulice, a dimensiunilor admisibile ale conductelor, a costurilor unitare asociate și funcția obiectiva, sistemul poate evalua multiple strategii de proiectare- de ordinul sutelor de mii – reabilitare ale sistemului de distribuție a apei. Obiectivele de proiectare și / sau reabilitare pot si astfel definite pentru: minimizarea costurilor si maximizarea beneficiilor (hidraulice, calitatea apei, performanța energetica și a scurgerii) și multi-obiectiv (compromisuri).  Bentley WaterGems  include instrumente care permit utilizatorilor să folosească cele mai comune surse de date pentru procesul de construire a modelelor. Utilizatorii pot introduce date de elevație, folosind în mod automat caracteristici 2D şi 3D CAD, modele digitale de creștere și creșteri la fața locului; Bentley WaterGems permite utilizarea desenelor/ datelor CAD pentru a crea în mod direct modele conectate hidraulic; importa topologia și datele din GIS și creaza conexiuni persistente, bidirecționale între bazele de date geospațiale, bazele de date (OLEDB), foi de calcul și model, are posibilități de corecție automată a datelor, conectarea elementelor neconectate și crearea elementelor lipsă după variabile definite de către utilizator.

Urmatoarele caracteristici sunt de asemenea incluse:

·         Conversia poliliniilor în conducte din fișiere de tip DXF

·         Import zilnic, săptămânal, lunar şi modele suprapuse

·         Încărcare în funcție de zonă, număr, descărcare de gestiune, și pe bază de populație

·         Încărcare cerere pe baza lungimii conductei

·         Extragere elevație din formate CAD, fisiere shape și desene sub formă de tabel

·         Simplificare conducte în serie

·         Simplificare conducte paralele

·         Simplificare curățare conducte

·         Conexiuni baze de date sincronizate bidirecțional

·         Conexiuni foi de calcul, baze de date și ODBC

 

 

Prezentarea rezultatelor

Soluția de modelare include:

·         Cartografiere tematică

·         Profilare dinamică, cu mulți

parametri şi multe scenarii

·         Construcție grafică

·         Conturare

·         Profilare

·         Raportare tabelară

·         Cod de culori pe bază de proprietate și simbolistică

·         Adnotare pe bază de proprietate

·         Posibilitatea de a  identifica și raporta diferențele dintre scenariile salvate

·         Posibilitatea de a face analiza diferențele dintre intrările de model, rezultatele și setările modelului pentru diferite scenarii de proiecte și alternative.

 

 

 

 Date contor utilizator

Consumul de apă este forța motrice din spatele dinamicii hidraulice care apare în sistemele de distribuție a apei. In timpul simularii acestor dinamici în modelul de distribuție a apei, o reprezentare exactă a cererilor de sistem este la fel de importanta ca și modelarea exacta a componentelor fizice ale modelului. Bentley WaterGems  include posibilitatea de a vizualiza contoarele utilizatorilor în model, legate la nodurile modelului. Bentley WaterGems poate conecta acest tip de elemente la datele din bazele de date ale contoarelor externe, dacă este necesar. Deosebit de importante sunt instrumentele pentru gestionarea cererilor inclusiv interogare spațială, filtrare și editare globala care sunt de asemenea incluse; modul pentru estimarea, alocarea și proiectarea cerințelor (folosind diferiti algoritmi spațiali) pe baza datelor GIS: date măsurate geocodate, informații cu privire la densitatea cererii, dezvoltarea urbană, date de utilizare a terenurilor și date de recensământ sunt de asemenea la dispozitia utilizatorului. 

Instrumentul de coerența topologie

Bentley WaterGems  ofera instrumente dedicate pentru detectarea incoerențelor topologice asociate cu greșeli comune găsite în surse de date care sunt importate în timpul procesului de construire model. Mai multe tipuri de interogări sunt disponibile:

Revizuire rețea·     

Nodes In Close Proximity – identificarea nodurilor cu o toleranță specifică.

·         Crossing Pipes – identificarea ţevilor care se intersectează una cu alta fără joncțiune la intersecție.

·         Orphaned Nodes – identificarea nodurilor care nu sunt conectate la o conductă în model.

·         Orphaned Isolation Valves – identificarea valvelor de izolare care nu sunt conectate la o conductă în model.

·         Dead End Nodes – identificarea nodurilor care sunt conectate la o singură conductă.

·         Dead End Junctions – identificarea racordurilor care sunt conectate la o singură conductă.

·         Pipe Split Candidates – identificarea nodurilor lângă o conductă care poate fi destinata a avea noduri de-a lungul conductei.

·         Pipes Missing Nodes – identificarea țevilor cărora le lipsesc fie unul fie ambele noduri.

·         Duplicate Pipes – identificarea situațiilor în model în care o țeavă împarte  ambele noduri de capăt cu altă conductă.

Urmărire rețea

 Bentley WaterGems  include elemente de rețea apă care pot fi importate și prelucrate: conducte, joncțiuni, vane, hidranți, cisterne, bazine, pompe, rezervoare, elemente de contorizare pentru clienți, dispozitive de protecție și multe altele, utilizând instrumente specifice. Pot fi incluse reprezentări textuale și grafice, ambele cu mărimi și culori variabile. ·

Find Connected – pentru a  localiza toate elementele legate de elementul selectat în rețea.

·         Find Adjacent Nodes – pentru a localiza toate elementele nodului legate în amonte sau în aval de elementul sau elementele selectate.

·         Find Adjacent Links – pentru a  localiza toate elementele de legătură legate în amonte sau în aval de elementul sau elementele selectate.

·         Find Disconnected – pentru a localiza toate elementele deconectate din rețea prin raportarea tuturor elementelor care nu sunt conectate la elementul selectat.

·         Find Shortest Path – pentru a selecta un nod de start și un nod de oprire. Interogarea solutiei software sa raporteze automat calea cea mai scurtă dintre cele două noduri bazate pe numărul ce mai scurt de muchii.

·         Trace Upstream-  pentru a localiza toate elementele conectate în amonte de elementul din aval selectat.

·         Trace Downstream – pentru a localiza toate elementele conectate în aval de elementul din amonte selectat.

·         Isolate – pentru a selecta un element care trebuie reparat. Sa poata executa interogarea pentru a localiza cele mai apropiate vanele de izolare. Pentru a repara elementul, poate identifica unde se află punctele de oprire și vanele de izolare.

·         Find Initially Isolated Elements – pentru a localiza elementele care nu sunt conectate sau care nu pot fi atinse de nici o condiție de limitare.

Cerințe modelare hidraulică Calibrarea

Rezultatele de simulare exacte depind de precizia calibrarii modelului, care presupune efectuarea de ajustări ale parametrilor pentru a asigura coerența între valorile modelate și valorile de câmp observate (de exemplu presiunea de joncțiune și fluxurile din conducte). Astfel, calibrarea este de o importanţă vitală si este inclusa in Bentley WaterGems. Bentley WaterGems  include instrumente automate de calibrare si optimizare care permit modelatorului să calibreze un model de distribuție a apei în condiții practice, inclusiv combinarea și agregarea parametrilor modelului, condițiile multiple ale cerințelor de încărcare, diferitele condiții ale limitelor sistemului, și reglare manuală, analiza de sensibilitate a soluțiilor de calibrare  cat si calibrarea rugozitatii conductelor, cererile nodale și altele, statutul elementelor (supape, conducte, etc.) si în cele din urmă automate de detectare a pierderilor prin calibrare. O abordare integrată este inclusa, pentru a permite modelatorului să selecteze orice combinație de trei tipuri de model, parametrii rugozitate conductă, cerere de joncțiune și statut link (țevi și/sau valve). Functia de calibrare ofera utilizatorilor flexibilitatea necesara pentru a putea sa faca specificatii asupra tolerantelor si acuratetii de calibrare.

 Managementul zonei de presiune

Bentley WaterGems  include un instrument pentru identificarea elementelor care se află într-o zonă de presiune pe baza limitărilor zonei. Acesta poate efectua calcule de echilibru debit pentru orice zonă de presiune, cod de culoare din zona de presiune și informații de export pe elemente într-o zonă.

Analiza segmentării

Bentley WaterGems poate evalua un sistem de distribuție a apei și poate  identifica cele mai importante elemente în cadrul rețelei. Soluția de modelare poate efectua o analiză de întrerupere automată pentru fiecare segment și poate raporta o varietate de indicatori pentru fiecare întrerupere, inclusiv deficit de debit, deficit de volum sau deficit de presiune în sistemul de distribuție pentru întreruperea pe fiecare segment. Cu Bentley WaterGems, utilizatorul poate studia efectul izolării rețelei folosind supape de izolare și orice alte tipuri de supape, poate calcula segmentele critice și consecința izolării segmentelor.

Modelarea în timp real si integrarea cu sistemele SCADA

Bentley WaterGems  poate fi automat conectata la orice sistem existent Scada cat si la alte fluxuri de date: direct la nivelul bazei de date sau prin intermediul OPC layer. Soluția de modelare include posibilitatea de a rula modele programate, de a importa și gestiona date în timp real, de a pregăti rapoarte pentru elemente importante / critice în rețea și de  a genera rapoarte (XLS, PDF, hărți) pentru operatorii și managerii de rețea. Bentley WaterGems  poate publica rezultatele catre Scada HMI, astfel incat operatorii sa poata utiliza rezultatele modelarii ca suport pentru deciziile operationale si raspuns de urgenta. Acest instrument, de conectare automata la sistemele SCADA, a fost conceput pentru a elimina necesitatea de a transfera manual de date între sistemele SCADA și modelul hidraulic si este deosebit de important.

Sistemul de detectare a scurgerilor/ pierderilor

Bentley WaterGems  poate estima locația și nivelul scurgerilor/ pierderilor ascunse în țevi subterane. Aceasta poate identifica în mod automat punctele de scurgere (numar si locatii) prin simularea scurgerilor în model și compararea cu datele din teren existente. Modulul pentru detectarea pierderilor de apa este capabil sa gaseasca cele mai importante puncte de scurgere/ locatii, cu o toleranta cuprinsa intre 50 si 100 metri si poate sa identifice prin coduri de culoare locatiile cu cele mai mari pierderi, pentru a se putea putea interveni rapid in locatiile in care sunt cele mai mari pierderi. În plus, solutia software poate fi integrata cu datele Scada, pentru a putea face detectarea pierderilor în timp real.

Identificarea și rezolvarea anomaliilor de funcționare – valve închise

Bentley WaterGems poate face o verificare a statusului supapei și a coerenței intre setarea valvei în model și pe teren.  

Reabilitare și Design

Bentley WaterGems ajuta inginerii să planifice eficient și să proiecteze un sistem de distribuție a apei, furnizand utilizatorului instrumente necesare pentru a calcula un scor ponderat pentru fiecare țeavă în funcție de ce aspecte alege utilizatorul (vârstă, materiale, istorie spargere țeavă, altele) si pentru a determina conductele critice ale sistemului, astfel ca acestea să fie primele în lista de reabilitare. Bentley WaterGems  poate realiza combinația și agregarea dimensionării noilor conducte și reabilitarea țevilor vechi, condițiilor de încărcare cu multiple cereri, și diferite condiții ale limitelor sistemului. Soluția este capabilă să optimizeze fie un sistem întreg de apă, fie o porțiune a sistemului cu costuri minime și beneficii maxime. Designul eficient și/sau soluția de reabilitare fiind determinată de cel mai mic cost, beneficiul maxim, sau compromisul între costuri și beneficii.

Analiza fluxului de incendiu

Bentley WaterGems furnizeaza evaluarea capacității de luptă împotriva incendiilor. Aceasta poate stabili dacă sistemul poate asigura volumul necesar de apa pentru stingerea incendiilor, păstrând diverse constrângeri de presiune. Fluxurile de incendiu pot fi astfel calculate pentru un orice hidranti si jonctiuni, pentru un singur nod, un grup de noduri selectate, sau pentru toate nodurile din sistem, pentru a calcula volumul necesar de curgere pentru incendiu cât și presiunile necesare pentru a lupta contra incendiilor.

Spălarea

Bentley WaterGems poate furniza evaluarea strategiilor de spălare (normale sau unidirecționale) pentru a ajuta utilizatorul să determine cele mai eficiente strategii de spălare.

Analiza energiei

Bentley WaterGems poate determina costurile operaționale cu energia ale sistemului în ceea ce privește pomparea, solutia software fiind capabilă să programeze cele mai bune momente de funcționare ale pompei (timpii optimi de functionare) pentru a maximiza eficiența și pentru a reduce costurile de operare, tinand totodata cont de cererile de apa de la clienti, de constrangerile hidraulice, de stocarea si de capacitatea de pompare cat si de tarifele energiei electrice. Bentley WaterGems permite simularea pompelor de viteză variabilă (bazată pe model, cap fix sau viteză fixă) și analiza detaliată a curbelor simple sau combinate ale pompei si include capabilitati pentru managementul energiei, putand calcula diferiti indicatori de performanta privind utilizarea energiei pentru sistemul de apa, cum ar fi KWh, pretul/ m3, volumul de apa transportat, utilizarea energiei si costurile asociate, emisiile de CO2, monitorizarea performantelor zilnice si lunare pentru alti parametri relevanti pentru eficienta energetica. Rezultatele pot fi transpuse in grafice, harti tematice, tabele si rapoarte. Bentley WaterGems permite simularea pomparilor cu viteza variabila (pattern, cap fix sau viteza fixa) si de asemenea analiza detaliata a curbelor de pompare simple sau combinate. Bentley WaterGems este capabila sa simuleze bateriile de pompare – pump batteries- (seriale sau in paraled de viteza variabila) cat si combinatiile acestora.

Evaluarea calității apei

Bentley WaterGems  poate efectua analiza constituenților (de exemplu clor), vârstei apei, amestecului din rezervoare și analiza sursă-urme pentru a dezvolta programe complete de clorurare, pentru a simula evenimente de contaminare,  inclusiv cu bacteria e-coli, stații modelare staţii flux-ritm şi masă-rapel, și pentru a vizualiza zone de influență pentru fiecare sursă de apă.

Analiza loviturii de berbec 

Bentley WaterGems utilizeaza Metoda Caracteristicilor, acesta fiind standardul de referință și fără îndoială, algoritmul cel mai riguros și robust pentru analiza fluxului tranzitoriu hidraulic. Bentley WaterGems este capabila să simuleze cu exactitate o gamă completă de fenomene tranzitorii, inclusiv unele situații dintre cele mai solicitante de calcul precum cavitatia, formarea buzunarelor de vapori și de separare coloane. O suita cuprinzatoare de dispozitive de control suprapresiune poate fi inclusa, astfel ca utilizatorul poate selecta din peste 20 de dispozitive și efectua un număr nelimitat de scenarii de exploatare pentru a dezvolta strategia cea mai potrivită pentru atenuarea suprapresiunilor.

Viteza de rezolvare si analiza:

Motoarele numerice incluse in solutia de modelare hidraulica sunt optimizate complet in cod C++, în ceea ce priveste eficiența și utilizarea puterii calculatorului. Bentley WaterGems poate rula chiar si pe un simplu calculator desktop (cu procesor Pentium / AMD normal si minim 512 MB RAM) . Viteza de procesare pentru calculele starilor de echilibru și EPS pentru rețele de dimensiuni medii (10-50 000 de țevi) se măsoară în secunde, iar modele de mari dimensiuni (peste 100 000 de țevi) pot fi soluționate rapid. Include algoritmi de optimizare.

 

Gabriela Catana
Senior Sales Consultant | INAS SA
 

 http://www.inas.ro