从抄表收费到计量管理 －浅谈水表在供水行业中的新角色

2010-06-01台灣弓銓企業股份有限公司 黃佑仲董事長

从抄表收费到计量管理 －浅谈水表在供水行业中的新角色

黄佑仲 台湾弓铨企业股份有限公司  董事长

摘要
     廿一世纪是水表快速变革的年代。它不仅是电子与通讯技术的引进，更重 要的是，重新定位水表所扮演的管理角色。要有效实施计量管理，首先必须确 保计量的正确性。在此就 流量实验室、安装环境、操作使用 三方面进行探讨。 其次，在管理方面，建议将各种计量數据导入国际水协所推荐的绩效指针系统， 配合绩效管理的实施，有效达成管理目标。本文并举例說明，目前国内普遍采 用的产销差率指标，可能产生的迷思；并建议參考世界趋势，改采设施漏损指 标（ILI）。供水行业分为 净水、输配水、售水 三部分。就净水与输配水而言， 由于供水操作与计量管理对计量需求的差異，造成水表角色扮演的冲突与矛 盾。本文扼要的探讨了几个相关问题。最后，一户一表，是供水服务的一大进 步，却也是抄表管理梦魇的开始。为有效降低用户水表自动讀表的风险，建议 及早制订水表自动讀表国家标准或用户计量仪表自动讀表国家标准。不但藉此 协助水表产业在国内外市场的拓展，更能具体展现身为水表大国的思维与格局。

关键词：水表，计量管理，绩效指标，产销差率，漏损控制，计量小区，自动讀表

一、前言
     1790 年奥多曼（Woltman）发展出第一只以葉輪转动计量的水表，至今二
百多年來，除了计量结构上的改善之外，水表所扮演的角色并没有太大的变革。 近年來，人類终于体悟到水资源永续经营的重要性，加上电子与通讯技术的突 飞猛进。水表由消极被动「抄表收费」的角色，俨然成为「计量管理」的要角。 供水行业可分为「净水」、「输配水」、「售水」三部分。虽然净水厂好 比自來水的生产工厂，而生产工厂对于每日生产多少产品（水量），理应严密 控管。但是，反观我们出水表（production meter）所扮演的角色，似乎以控制 室的供水操作为主；其计量管裡的角色，也是近几年强调「产销差率」之后，
才逐渐受到重视。但是，重视并不等于计量问题不復存在。
 
     随着改革开放的步伐，输配水管网也越來越绵密复杂。从无到有，需要大
魄力。从有到好，则需要「戒慎恐惧、锱铢必较」的功夫。而水表正是我们落 实绩效管理与漏损控制的必备工具。
抄表收费不仅是水司收入的主要來源，更是落实用户服务的前线工作。一 户一表，虽然体现了交易公平与服务到家的理念。但随之而來的，却是各种抄 表收费的问题。为了提高抄表效率，采用各种电子及通讯手段的「自动讀表（AMR：Automatic Meter Reading）」如雨后春笋般的应运而生。这对水利专 长的供水行业來說，或可說是一种「又爱又怕」的科技冲击。
     经歷數十年的努力经营，中国不仅成为水表的世界工厂，现在更蓄势待发， 准备引領全球水表产业，迈向廿一世纪。但是，身为龍头老大，除了身强体健 之外，更要有老大的思维与格局。作者以抛砖引玉的心情，藉此简短篇幅，共 同探讨水表的现在与未來。

二、从机械迈向电子

     1993 年版 ISO 4064「密闭导管内水流量之量测 - 冷饮水用水表」，只规 范机械感测方式的水表（water meter）。但是，2005 年版 ISO 4064，标准名 称虽然没变，却已经将水表的范围扩大到「基于电力（ electrical ）与电子 （electronic）原理感测」的计量装置。表面上，我们又多了几种型式的水表可 供选择。实质上，它正宣告着水表电子与通讯时代的來臨。
     虽然时代发生变革，但我们供水行业还是习惯以「流量计」称呼基于电力
（electrical）与电子（electronic）原理感测的水表，也就是电磁、超声、涡街 等。 另外，再创造「电磁水表」与「超声水表」的名词，用以代表采用电池供电的 流量计。但是，就 ISO 4064、OIML R-49、GB/T 778、JJG 162 而言，不管 是否外接电源，只要用于计量冷饮用水，都称为水表。反言之，只要用于计量 冷饮用水，就必须符合 ISO 4064、OIML R-49、GB/T 778、JJG 162。符合上 述标准者，统称为水表。
从上所述，我们必须改变思维。「水表」这兩个字，应该跳脱实体的依附， 转而成为一种「符合标准」的概念。换句话說，不管电磁、超声是否外接电源， 只要符合水表标准，它就是水表。至于流量计，是指符合其它工业标准的流量 仪表。水表，是我们供水行业的专有名词。
 
三、对计量行为的管理
     计量管理分为兩个层面：「对计量行为的管理」与「以计量數据进行管理」。 所谓对计量行为的管理，简单的說，就是「确保计量准确」的管理措施。就管 理而言，计量數据好比指向管理目标的羅盘。此时，错误的资料，比没有资料 还可怕。要确保计量准确，首先就要「质疑」每一个计量值。而这裡所谓的质 疑，不是无的放矢，而是了解计量原则之后，所进行的理性辩证。以下，就 流量实验室、安装环境、操作使用 三方面进行探讨。
     手表要准确，必需跟某个「标准时间」进行对时。同样的，水表要准确， 也要跟某个「标准件（标准量槽）」比对。而此一过程，就在流量实验室进行。 这裡所谓的流量实验室，并不仅限于科研单位。它是指一个依据某一合理且严 密控管的标准操作程序与环境，及严谨的结果展现（报告书）；且其「标准件」 必需是可追溯的。此一原则不仅适用于具有实体建筑物的实验室，也适用于水 表安装现场的「在线检验」。这是，确保水表正确计量的第一步。
水表的计量准确性或多或少，都会受到流场不稳定的干扰。图一 显示水流经过連续兩个不同平面  90弯管之后，因为流场的旋转效应，造成计量误差与测量不确定度的变化情形（1）。

图一、流场干扰对计量误差与测量不确定度之影响

     现今很多水表都已具备瞬间流量的显示功能。当我们看到瞬间流量值的时候，想当然耳的认为，水流的真实流量应该就是它。关于这点，还是有待商榷。 因为，管路内部水流的行为表现，分为巨观与微观兩种尺度。所以，就算在所 谓「稳定」水流的情况下，水表感测信号的微幅扰动在所难免。为了避免瞬间 流量显示值的频繁跳动，一般水表厂商会透过某种算法，取得一个「看似稳 定」的平均显示值。此一「人工处理」，在流量发生极剧变动的时候就可明显 看出。图二 显示某水表以前五次的流量平均值，以取得显示上的稳定。但是， 在流量极剧变动时，其瞬间流量显示值，就无法忠实显现流量变化的趋势。
图三 是瞬间流量另一个重要应用的范例。連续的藍色曲线乃仿真深夜 2:00 到 4:00 之间，计量小区（DMA；District Metered Area）之流量趋势图。红色 方块（以红线連接）代表进水口之水表每隔 10 分钟所纪錄的瞬间流量值。藍色 圆点（以綠色虚线連接）代表每 30 分钟，以人工抄写积算值，再以兩次积算值 相减除上时间，以此求得的瞬间流量。图中可以清楚的看到，对计量小区而言， 瞬间流量的取样频率，以及算法，直接影响我们对夜间最小流量的判定。以 图三 为例，实际夜间最小流量为 6.5 m3/hr（3:42），而每 10 分钟纪錄一次的 方式为 7.5 m3/hr（3:00），每 30 分钟人工抄表一次的方式则为 8 m3/hr（4:00）。

图二、真实流量与显示流量

图三、计量小区（DMA）之夜间最小流量值

四、以计量數据进行管理

     目标管理是管理学之父彼得。杜拉克（Peter Drucker）在 1945 年提出。时 至今日，虽然歷经了六十几个年头，依然深为企业各界所推崇。所谓目标管理， 就是先设定目标，再以此决定工作。也就是以目标为企业行动的起点，并透过 不断查核与修正（PDCA；Plan Do Check Action）的循环过程，终究达成目标。 近年來，尤其重视透过绩效指标的运作，以落实目标管理的精神，这就是所谓 的绩效管理。
     国际水协（IWA；International Water Association）所出版的 Performance Indicators for Water Supply Services（2），将供水事业的绩效指标（Performance Indicator）分成六个群组：水资源（Water Resources），人力资源（Personnel）， 设备（Physical），操作（Operational），服务质量（Quality of Service），经 济与财务（Economic and Financial）。表一是由 IWA 漏损项目小组推荐，与 漏损控制相关的绩效指标（3）。其中设施漏损指标（ILI；Infrastructure Leakage Indicator）是检视供水系统实质漏损狀况的代表性指标。它不但比产销差率客 观，同时也是世界各国所公认，可以作为不同供水系统间相互比较的漏控指标
（图四）。
 
表一、漏损控制相关之绩效指标

图四、美国及加拿大地区 20 个供水系统的 ILI 值 五、产销差率的迷思

     1998 年，建设部城市建设司发布一份「关于试行?衎升咧悀聍ˇP差率?赲?
计指标的通知」。文中特别强调：为加强供水企业考核管理，提高企业管理水 平，增加企业经济效益  … 决定采用?赲ˇP差率?衎?标对供水企业进行考核。 其中产销差率的计算方法规定如下：

产销差率＝（供水量－售水量）÷ 供水量 × 100 % … (1)
 
产销差率看似简单明确，但从标准水量平衡表的观点（4），可以发现其中隐 藏迷思。因为（供水量－售水量）就是标准水量平衡表（表二）的无收益水量
（NRW；Non-Revenue Water），所以公式(1)可改写为： 产销差率 ＝  无收益水量 ÷ 系统供给水量 × 100 % … (2) 假设某供水系统因经济不景气，日供水量 20 万 CMD，产销差率 20 %。
最近景气復苏，许多工厂相继加班赶工，日供水量倍增为 40 万 CMD。在供水压力不变的情况下，不计费合法用水量及实质漏损变化不大，至于表观漏损也 是增加有限。就公式(2)而言，在系统供给水量倍增的情况下，无收益水量并未 等同增加。结果就是产销差率明显下降。假设不计费合法用水量、实质漏损、 表观漏损的变化量忽略不计，则产销差率只剩 10%（表三）。亦即，在供水系 统完全不变的情况下，用水量增加一倍，产销差率立即减半！
由上例得知，产销差率仅适用于供水条件变化不大的同一供水系统。对于 不同条件的供水系统（或水公司）之间的绩效评估，应审慎考量其恰当性。这 正是国际水协建议以设施漏损指标（ILI），取代其它類似产销差率这种具争议 性绩效指标的原因。
表二、标准水量平衡表

 
 表三、标准水量平衡表与产销差率

【說明】MLD 是 Million Litter per Day（百万公升 / 天）的缩写。
 1 万 CMD = 10 MLD

六、水表的新角色 供水行业可分为「净水」、「输配水」、「售水」三部分。就净水厂生产
操作的观点，水表只是生产制程中以仿真讯号（4-20 mA）输出的流量传感器。 至于累计水量乃由（瞬间流量）乘上（采样时距）计算而得。但是，由模拟讯 号以及取样频率所造成的计算误差，却也造成计量管理上的困扰。最常見的现 象就是，控制室的积算水量与现场水表的显示水量，兩者之间存在的差異。
     另外，净水厂的图控系统是一个封闭型的区域网路。但是，为了信息取得 与分享的便利性，计量管理系统经常采用互連网（Internet）信息平台。因此， 如何将净水厂的计量信息，实时正确的提供计量管理系统，又不造成图控系统 的资通安全威胁，是一项必需克服的问题。
     传统上，我们对供水管网各种讯息（水质、水量、水压）的关注，多半停 留在操作面。所以，经常可以看到极为壮观的控制中心。可是，一旦走出控制 中心，其它单位却无法得知供水管网的实时讯息。如何让供水讯息走出控制中 心与各单位共同分享，是落实经营管裡的重要基础。这方面就有赖于网路信息 平台的建置。
 
     另外，在供水管网漏损控制方面，目前仍需耗费大量人力，四处稽查可能
漏水的区域。由于漏损的发生难以预测，采逐一盘查的检漏方式，其作业效率 有待商榷。我们应该善用水表高解析流量分析能力以及网路通讯功能，随时监 测计量小区（DMA）的用水情况。一旦发现漏水可能，立即透过网路平台自动 回报。
    「一户一表」是供水服务的一大进步，却也是「抄表管理」梦魇的开始。 为了提高抄表效率，市场上充斥着各种具备电子及通讯功能的水表产品。但是， 任何新产品的推出，多少都带着风险。作者长年主持各种技术开发工作，始终 坚信成功属于「敢于梦想、勇于尝试」的人。但是，开创之余，也应具备风险 管理的观念。因此，不論是水表采购方（水司）或是产品供货商，我们必须思 考以下问题：
（1） 用户水表检定有效期限是五年，如果该技术在几年内就被取代或淘汰， 或是生产厂商发生狀况，该如何处理？
（2） 用户水表安装數量庞大，万一日后发现问题，又该如何善后？ 为了将风险降到最低，在此建议一个斧底抽薪的办法。就是由国家出面，召集各相关領域具实务经验的学者专家，共同制订国家标准。一方面，为制造厂商指引一些有竞争力的发展方向，另一方面，为自來水公司提出一些有利产 品的采购建议。
     身为全球的水表生产大国，此刻该是引領风骚的时后。如果我们能够制订 一套完整、可行的水表自动讀表国家标准或用户计量仪表自动讀表国家标准， 不仅协助水表产业在国内外市场的拓展，更能具体展现水表大国的思维与格局。

七、结論与建议
1. 水表，是供水行业的专有名词。不論电磁、超声是否外接电源，只要符合水 表标准，就可称之为水表。
2. 要确保水表计量准确，必须与「标准件」比对（校正），且其标准件必需是 可追溯的。厂内校验及在线校验都是如此。
3. 测量计量小区的夜间最小流量，水表的取样频率必须足以掌握用户用水的瞬 间变化。否则将造成很大程度的错误判断；包括 夜间最小流量值、最小流 量发生时间。
4. 国际水协所推荐的绩效指标，是有效实施供水行业目标管理的可行方案。
5. 产销差率仅适用于供水条件变化不大的同一供水系统。对于不同条件的供水 系统（或水公司）之间的绩效评估，应审慎考量其恰当性。本文建议參考世 界趋势，改采设施漏损指标（ILI）。
6. 计量管理网路系统与图控系统，彼此分享信息是未來发展趋势。但是，如何 确保图控系统的资通安全以及计量管理系统的实时性，是亟待克服的问题。
7. 供水管网漏损控制，应善用水表高解析流量分析能力以及网路通讯功能，随 时监测计量小区的用水情况。一旦发现漏水可能，立即透过网路平台自动回 报。
8. 为有效降低实施用户水表自动讀表的风险，建议及早制订水表自动讀表国家 标准或用户计量仪表自动讀表国家标准。不但藉此协助水表产业在国内外市 场的拓展，更能具体展现身为水表大国的思维与格局。

八、參考文献

1.  D. W. Spitzer, Flow Measurement – Practical Guides for Measurement and
Control, Instrument Society of America (1996)
2.  Alegre, H., Baptista, J. M., et al., Performance Indicators for Water Supply
Services, IWA Publishing (2006)
3.  IWA Water Loss Task Force, Best Practice Performance Indicators for Non-Revenue Water and Water Loss Component：A Practical Approach, Water 21 (2003)
4.  IWA Water Loss Task Force, Assessing Non-Revenue Water and its
Components：A Practical Approach, Water 21 (2003)