從抄表收費到計量管理 －淺談水表在供水行業中的新角色

2010-06-01台灣弓銓企業股份有限公司 黃佑仲董事長

從抄表收費到計量管理 －淺談水表在供水行業中的新角色

黃佑仲 台灣弓銓企業股份有限公司  董事長

摘要
     廿一世紀是水表快速變革的年代。它不僅是電子與通訊技術的引進，更重 要的是，重新定位水表所扮演的管理角色。要有效實施計量管理，首先必須確 保計量的正確性。在此就 流量實驗室、安裝環境、操作使用 三方面進行探討。 其次，在管理方面，建議將各種計量數據導入國際水協所推薦的績效指標系統， 配合績效管理的實施，有效達成管理目標。本文並舉例說明，目前國內普遍採 用的產銷差率指標，可能產生的迷思；並建議參考世界趨勢，改採設施漏損指 標（ILI）。供水行業分為 淨水、輸配水、售水 三部分。就淨水與輸配水而言， 由於供水操作與計量管理對計量需求的差異，造成水表角色扮演的衝突與矛 盾。本文扼要的探討了幾個相關問題。最後，一戶一表，是供水服務的一大進 步，卻也是抄表管理夢魘的開始。為有效降低用戶水表自動讀表的風險，建議 及早制訂水表自動讀表國家標準或用戶計量儀表自動讀表國家標準。不但藉此 協助水表產業在國內外市場的拓展，更能具體展現身為水表大國的思維與格局。

關鍵字：水表，計量管理，績效指標，產銷差率，漏損控制，計量小區，自動讀表

一、前言
     1790 年奧多曼（Woltman）發展出第一只以葉輪轉動計量的水表，至今二
百多年來，除了計量結構上的改善之外，水表所扮演的角色並沒有太大的變革。 近年來，人類終於體悟到水資源永續經營的重要性，加上電子與通訊技術的突 飛猛進。水表由消極被動「抄表收費」的角色，儼然成為「計量管理」的要角。 供水行業可分為「淨水」、「輸配水」、「售水」三部分。雖然淨水廠好 比自來水的生產工廠，而生產工廠對於每日生產多少產品（水量），理應嚴密 控管。但是，反觀我們出水表（production meter）所扮演的角色，似乎以控制 室的供水操作為主；其計量管裡的角色，也是近幾年強調「產銷差率」之後，
才逐漸受到重視。但是，重視並不等於計量問題不復存在。
 
     隨著改革開放的步伐，輸配水管網也越來越綿密複雜。從無到有，需要大
魄力。從有到好，則需要「戒慎恐懼、錙銖必較」的功夫。而水表正是我們落 實績效管理與漏損控制的必備工具。
抄表收費不僅是水司收入的主要來源，更是落實用戶服務的前線工作。一 戶一表，雖然體現了交易公平與服務到家的理念。但隨之而來的，卻是各種抄 表收費的問題。為了提高抄表效率，採用各種電子及通訊手段的「自動讀表（AMR：Automatic Meter Reading）」如雨後春筍般的應運而生。這對水利專 長的供水行業來說，或可說是一種「又愛又怕」的科技衝擊。
     經歷數十年的努力經營，中國不僅成為水表的世界工廠，現在更蓄勢待發， 準備引領全球水表產業，邁向廿一世紀。但是，身為龍頭老大，除了身強體健 之外，更要有老大的思維與格局。作者以拋磚引玉的心情，藉此簡短篇幅，共 同探討水表的現在與未來。

二、從機械邁向電子

     1993 年版 ISO 4064「密閉導管內水流量之量測 - 冷飲水用水表」，只規 範機械感測方式的水表（water meter）。但是，2005 年版 ISO 4064，標準名 稱雖然沒變，卻已經將水表的範圍擴大到「基於電力（ electrical ）與電子 （electronic）原理感測」的計量裝置。表面上，我們又多了幾種型式的水表可 供選擇。實質上，它正宣告著水表電子與通訊時代的來臨。
     雖然時代發生變革，但我們供水行業還是習慣以「流量計」稱呼基於電力
（electrical）與電子（electronic）原理感測的水表，也就是電磁、超聲、渦街 等。 另外，再創造「電磁水表」與「超聲水表」的名詞，用以代表採用電池供電的 流量計。但是，就 ISO 4064、OIML R-49、GB/T 778、JJG 162 而言，不管 是否外接電源，只要用於計量冷飲用水，都稱為水表。反言之，只要用於計量 冷飲用水，就必須符合 ISO 4064、OIML R-49、GB/T 778、JJG 162。符合上 述標準者，統稱為水表。
從上所述，我們必須改變思維。「水表」這兩個字，應該跳脫實體的依附， 轉而成為一種「符合標準」的概念。換句話說，不管電磁、超聲是否外接電源， 只要符合水表標準，它就是水表。至於流量計，是指符合其它工業標準的流量 儀表。水表，是我們供水行業的專有名詞。
 
三、對計量行為的管理
     計量管理分為兩個層面：「對計量行為的管理」與「以計量數據進行管理」。 所謂對計量行為的管理，簡單的說，就是「確保計量準確」的管理措施。就管 理而言，計量數據好比指向管理目標的羅盤。此時，錯誤的資料，比沒有資料 還可怕。要確保計量準確，首先就要「質疑」每一個計量值。而這裡所謂的質 疑，不是無的放矢，而是瞭解計量原則之後，所進行的理性辯證。以下，就 流量實驗室、安裝環境、操作使用 三方面進行探討。
     手錶要準確，必需跟某個「標準時間」進行對時。同樣的，水表要準確， 也要跟某個「標準件（標準量槽）」比對。而此一過程，就在流量實驗室進行。 這裡所謂的流量實驗室，並不僅限於科研單位。它是指一個依據某一合理且嚴 密控管的標準操作程序與環境，及嚴謹的結果展現（報告書）；且其「標準件」 必需是可追溯的。此一原則不僅適用於具有實體建築物的實驗室，也適用於水 表安裝現場的「在線檢驗」。這是，確保水表正確計量的第一步。
水表的計量準確性或多或少，都會受到流場不穩定的干擾。圖一 顯示水流經過連續兩個不同平面  90彎管之後，因為流場的旋轉效應，造成計量誤差與測量不確定度的變化情形（1）。

圖一、流場干擾對計量誤差與測量不確定度之影響

     現今很多水表都已具備瞬間流量的顯示功能。當我們看到瞬間流量值的時候，想當然耳的認為，水流的真實流量應該就是它。關於這點，還是有待商榷。 因為，管路內部水流的行為表現，分為巨觀與微觀兩種尺度。所以，就算在所 謂「穩定」水流的情況下，水表感測信號的微幅擾動在所難免。為了避免瞬間 流量顯示值的頻繁跳動，一般水表廠商會透過某種演算法，取得一個「看似穩 定」的平均顯示值。此一「人工處理」，在流量發生極劇變動的時候就可明顯 看出。圖二 顯示某水表以前五次的流量平均值，以取得顯示上的穩定。但是， 在流量極劇變動時，其瞬間流量顯示值，就無法忠實顯現流量變化的趨勢。
圖三 是瞬間流量另一個重要應用的範例。連續的藍色曲線乃模擬深夜 2:00 到 4:00 之間，計量小區（DMA；District Metered Area）之流量趨勢圖。紅色 方塊（以紅線連接）代表進水口之水表每隔 10 分鐘所紀錄的瞬間流量值。藍色 圓點（以綠色虛線連接）代表每 30 分鐘，以人工抄寫積算值，再以兩次積算值 相減除上時間，以此求得的瞬間流量。圖中可以清楚的看到，對計量小區而言， 瞬間流量的取樣頻率，以及演算法，直接影響我們對夜間最小流量的判定。以 圖三 為例，實際夜間最小流量為 6.5 m3/hr（3:42），而每 10 分鐘紀錄一次的 方式為 7.5 m3/hr（3:00），每 30 分鐘人工抄表一次的方式則為 8 m3/hr（4:00）。

圖二、真實流量與顯示流量

圖三、計量小區（DMA）之夜間最小流量值

四、以計量數據進行管理

     目標管理是管理學之父彼得。杜拉克（Peter Drucker）在 1945 年提出。時 至今日，雖然歷經了六十幾個年頭，依然深為企業各界所推崇。所謂目標管理， 就是先設定目標，再以此決定工作。也就是以目標為企業行動的起點，並透過 不斷查核與修正（PDCA；Plan Do Check Action）的循環過程，終究達成目標。 近年來，尤其重視透過績效指標的運作，以落實目標管理的精神，這就是所謂 的績效管理。
     國際水協（IWA；International Water Association）所出版的 Performance Indicators for Water Supply Services（2），將供水事業的績效指標（Performance Indicator）分成六個群組：水資源（Water Resources），人力資源（Personnel）， 設備（Physical），操作（Operational），服務品質（Quality of Service），經 濟與財務（Economic and Financial）。表一是由 IWA 漏損專案小組推薦，與 漏損控制相關的績效指標（3）。其中設施漏損指標（ILI；Infrastructure Leakage Indicator）是檢視供水系統實質漏損狀況的代表性指標。它不但比產銷差率客 觀，同時也是世界各國所公認，可以作為不同供水系統間相互比較的漏控指標
（圖四）。
 
表一、漏損控制相關之績效指標

圖四、美國及加拿大地區 20 個供水系統的 ILI 值 五、產銷差率的迷思

     1998 年，建設部城市建設司發布一份「關於試行?衎陞咧悀聹ˇP差率?赲?
計指標的通知」。文中特別強調：為加強供水企業考核管理，提高企業管理水 平，增加企業經濟效益  … 決定採用?赲ˇP差率?衎?標對供水企業進行考核。 其中產銷差率的計算方法規定如下：

產銷差率＝（供水量－售水量）÷ 供水量 × 100 % … (1)
 
產銷差率看似簡單明確，但從標準水量平衡表的觀點（4），可以發現其中隱 藏迷思。因為（供水量－售水量）就是標準水量平衡表（表二）的無收益水量
（NRW；Non-Revenue Water），所以公式(1)可改寫為： 產銷差率 ＝  無收益水量 ÷ 系統供給水量 × 100 % … (2) 假設某供水系統因經濟不景氣，日供水量 20 萬 CMD，產銷差率 20 %。
最近景氣復甦，許多工廠相繼加班趕工，日供水量倍增為 40 萬 CMD。在供水壓力不變的情況下，不計費合法用水量及實質漏損變化不大，至於表觀漏損也 是增加有限。就公式(2)而言，在系統供給水量倍增的情況下，無收益水量並未 等同增加。結果就是產銷差率明顯下降。假設不計費合法用水量、實質漏損、 表觀漏損的變化量忽略不計，則產銷差率只剩 10%（表三）。亦即，在供水系 統完全不變的情況下，用水量增加一倍，產銷差率立即減半！
由上例得知，產銷差率僅適用於供水條件變化不大的同一供水系統。對於 不同條件的供水系統（或水公司）之間的績效評估，應審慎考量其恰當性。這 正是國際水協建議以設施漏損指標（ILI），取代其它類似產銷差率這種具爭議 性績效指標的原因。
表二、標準水量平衡表

 
 表三、標準水量平衡表與產銷差率

【說明】MLD 是 Million Litter per Day（百萬公升 / 天）的縮寫。
 1 萬 CMD = 10 MLD

六、水表的新角色 供水行業可分為「淨水」、「輸配水」、「售水」三部分。就淨水廠生產
操作的觀點，水表只是生產製程中以模擬訊號（4-20 mA）輸出的流量傳感器。 至於累計水量乃由（瞬間流量）乘上（採樣時距）計算而得。但是，由模擬訊 號以及取樣頻率所造成的計算誤差，卻也造成計量管理上的困擾。最常見的現 象就是，控制室的積算水量與現場水表的顯示水量，兩者之間存在的差異。
     另外，淨水廠的圖控系統是一個封閉型的區域網路。但是，為了資訊取得 與分享的便利性，計量管理系統經常採用互連網（Internet）資訊平台。因此， 如何將淨水廠的計量資訊，即時正確的提供計量管理系統，又不造成圖控系統 的資通安全威脅，是一項必需克服的問題。
     傳統上，我們對供水管網各種訊息（水質、水量、水壓）的關注，多半停 留在操作面。所以，經常可以看到極為壯觀的控制中心。可是，一旦走出控制 中心，其它單位卻無法得知供水管網的即時訊息。如何讓供水訊息走出控制中 心與各單位共同分享，是落實經營管裡的重要基礎。這方面就有賴於網路資訊 平台的建置。
 
     另外，在供水管網漏損控制方面，目前仍需耗費大量人力，四處稽查可能
漏水的區域。由於漏損的發生難以預測，採逐一盤查的檢漏方式，其作業效率 有待商榷。我們應該善用水表高解析流量分析能力以及網路通訊功能，隨時監 測計量小區（DMA）的用水情況。一旦發現漏水可能，立即透過網路平台自動 回報。
    「一戶一表」是供水服務的一大進步，卻也是「抄表管理」夢魘的開始。 為了提高抄表效率，市場上充斥著各種具備電子及通訊功能的水表產品。但是， 任何新產品的推出，多少都帶著風險。作者長年主持各種技術開發工作，始終 堅信成功屬於「敢於夢想、勇於嘗試」的人。但是，開創之餘，也應具備風險 管理的觀念。因此，不論是水表採購方（水司）或是產品供應商，我們必須思 考以下問題：
（1） 用戶水表檢定有效期限是五年，如果該技術在幾年內就被取代或淘汰， 或是生產廠商發生狀況，該如何處理？
（2） 用戶水表安裝數量龐大，萬一日後發現問題，又該如何善後？ 為了將風險降到最低，在此建議一個斧底抽薪的辦法。就是由國家出面，召集各相關領域具實務經驗的學者專家，共同制訂國家標準。一方面，為製造廠商指引一些有競爭力的發展方向，另一方面，為自來水公司提出一些有利產 品的採購建議。
     身為全球的水表生產大國，此刻該是引領風騷的時後。如果我們能夠制訂 一套完整、可行的水表自動讀表國家標準或用戶計量儀表自動讀表國家標準， 不僅協助水表產業在國內外市場的拓展，更能具體展現水表大國的思維與格局。

七、結論與建議
1. 水表，是供水行業的專有名詞。不論電磁、超聲是否外接電源，只要符合水 表標準，就可稱之為水表。
2. 要確保水表計量準確，必須與「標準件」比對（校正），且其標準件必需是 可追溯的。廠內校驗及在線校驗都是如此。
3. 測量計量小區的夜間最小流量，水表的取樣頻率必須足以掌握用戶用水的瞬 間變化。否則將造成很大程度的錯誤判斷；包括 夜間最小流量值、最小流 量發生時間。
4. 國際水協所推薦的績效指標，是有效實施供水行業目標管理的可行方案。
5. 產銷差率僅適用於供水條件變化不大的同一供水系統。對於不同條件的供水 系統（或水公司）之間的績效評估，應審慎考量其恰當性。本文建議參考世 界趨勢，改採設施漏損指標（ILI）。
6. 計量管理網路系統與圖控系統，彼此分享資訊是未來發展趨勢。但是，如何 確保圖控系統的資通安全以及計量管理系統的即時性，是亟待克服的問題。
7. 供水管網漏損控制，應善用水表高解析流量分析能力以及網路通訊功能，隨 時監測計量小區的用水情況。一旦發現漏水可能，立即透過網路平台自動回 報。
8. 為有效降低實施用戶水表自動讀表的風險，建議及早制訂水表自動讀表國家 標準或用戶計量儀表自動讀表國家標準。不但藉此協助水表產業在國內外市 場的拓展，更能具體展現身為水表大國的思維與格局。

八、參考文獻

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)