城市排水管網(wǎng)檢測技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

郭 濤

(江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司 江蘇南京 210000)

城市排水管網(wǎng)檢測技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

郭 濤

(江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司 江蘇南京 210000)

排水管網(wǎng)病害的檢測是解決排水管網(wǎng)病害的有效手段，也是管網(wǎng)運(yùn)行管理的關(guān)鍵。文章對排水管網(wǎng)檢測技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，并對傳統(tǒng)排水管網(wǎng)檢測技術(shù)和排水管網(wǎng)在線監(jiān)測技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用分別進(jìn)行了總結(jié)，最后分析了城市排水管網(wǎng)檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。

排水管網(wǎng);檢測技術(shù);在線監(jiān)測;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

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排水管網(wǎng)是城市非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施，排水管網(wǎng)的安全穩(wěn)定對于城市的正常運(yùn)行具有極其重要的作用。但是，諸如城市內(nèi)澇、管道擁堵、管線沉降等排水管網(wǎng)病害問題卻一直影響著城市安全，困擾著城市居民的正常生活。實(shí)踐證明，管道的日常檢測和管養(yǎng)對于排水管網(wǎng)病害的消除、災(zāi)害的減少具有非常重要的意義。發(fā)達(dá)國家對于排水管網(wǎng)的日常檢測非常重視，對于檢測項(xiàng)目和周期也都有著嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，部分城市還實(shí)現(xiàn)了排水管網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和評估[1]。近年來，國內(nèi)很多城市也已經(jīng)充分認(rèn)識到排水管道檢測的重要性，相關(guān)檢測技術(shù)也在快速發(fā)展的過程中。本文通過對城市排水管網(wǎng)檢測技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)分析，探討排水管網(wǎng)檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1 傳統(tǒng)排水管網(wǎng)檢測技術(shù)

城市排水管網(wǎng)主要由排水管道、泵站、雨水口、檢查井及其它一些附屬設(shè)施組成，排水管網(wǎng)的檢測主要就是針對這些設(shè)施進(jìn)行狀態(tài)的評估和分析。傳統(tǒng)的檢測方法主要包括人工檢測及部分儀器檢測方法。

1.1 人工檢測

傳統(tǒng)的人工檢測法即主要依靠檢查人員肉眼或借助簡單設(shè)備觀測的方法，具體有一下幾種：

①目測法:通過人員下井對排水管道內(nèi)部的狀況進(jìn)行觀察，評估管道的狀態(tài)。目測法可以對管道擁堵、管線沉降、管網(wǎng)設(shè)施損壞等病害進(jìn)行直觀的判斷。

②反光鏡檢查:通過簡單的反光鏡，檢查人員對不宜下井區(qū)域的管道堵塞、管道破壞等情況進(jìn)行觀測。該觀測方法對于應(yīng)用環(huán)境、光線、操作人員均具有很高的要求。

③潛水員下管道檢查:對于部分直徑較大的排水管道，在發(fā)生管道事故時(shí)可采用潛水員進(jìn)入管道內(nèi)部進(jìn)行管道病害的檢測和故障的排除。

④量泥斗檢測:量泥斗主要用于對檢查井、雨水口等處的積泥厚度進(jìn)行直觀的測量。

人工檢測方法相對來說比較簡單、方便，但對于檢測人員的經(jīng)驗(yàn)具有很高的要求，在實(shí)際操作過程中也有一定的危險(xiǎn)性，并且對于管道內(nèi)部的很多區(qū)域無法實(shí)現(xiàn)檢測[2]。傳統(tǒng)的人工檢測方法正逐漸被其他檢測方法所取代。

1.2 儀器檢測技術(shù)

近年來，隨著管道檢測儀器的不斷發(fā)展，儀器檢測方法已經(jīng)成為城市排水管網(wǎng)的主要檢測手段之一。常用的儀器檢測技術(shù)有管道閉路電視檢測、潛望鏡、聲納檢測、紅外線溫度記錄分析技術(shù)、透地雷達(dá)等，相關(guān)技術(shù)分述如下。

(1)管道閉路電視檢測系統(tǒng)

圖1 管道閉路電視檢測系統(tǒng)

管道閉路電視檢測系統(tǒng)(CCTV)是目前應(yīng)用最為廣泛，也是較為成熟的管道儀器檢測方法。CCTV管道檢測系統(tǒng)主要由裝有攝像頭的爬行器、數(shù)據(jù)及電源連接線、監(jiān)視和錄像設(shè)備、電源控制設(shè)備、測量設(shè)備等組成[3]。檢測人員在地面通過控制CCTV檢測爬行器在管道內(nèi)的移動對管內(nèi)各部位進(jìn)行攝像，再通過這些影像資料對管道內(nèi)部的狀況進(jìn)行分析評估，檢測過程中需要排空管內(nèi)積水，檢測過程參見(圖1)。CCTV管道檢測技術(shù)在國外已經(jīng)有了很長時(shí)間的應(yīng)用歷史，它也是美國、日本等發(fā)達(dá)國家排水管道的主要檢測方法。近年來北京、上海、南京等城市也已經(jīng)普遍采用檢測系統(tǒng)進(jìn)行管道病害檢測，并且取得了良好的應(yīng)用效果[4]。

(2)潛望鏡

圖2 潛望鏡管道檢測

潛望鏡是一種便攜式的排水管網(wǎng)視頻檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由操作桿、攝像頭、電源和燈光系統(tǒng)、監(jiān)視器等組成。檢測人員通過可以裝有攝像頭的可伸縮操作桿深入檢查井內(nèi)采集檢查井或管道內(nèi)部的視頻影像，通過對相關(guān)視頻資料的分析評估管道內(nèi)的狀況，具體檢測過程參見(圖2)。這種檢測方法相對較為簡便，操作也較為簡單，但是僅適用于對于檢查井附近的區(qū)域進(jìn)行檢測，有較大的局限性。近兩年來在上海市已有多家排水管網(wǎng)管養(yǎng)機(jī)構(gòu)開始應(yīng)用潛望鏡檢測技術(shù)對檢查井周邊管道病害狀態(tài)進(jìn)行檢測[5]。

(3)聲納檢測

圖3 管道聲納檢測成像圖

排水管道聲納檢測技術(shù)指應(yīng)用聲納對排水管道內(nèi)部進(jìn)行掃描，通過計(jì)算機(jī)分析處理被管壁或管道內(nèi)部物體反射回來的聲波形成管道內(nèi)部的橫斷面圖像，如(圖3)所示。排水管道聲納檢測技術(shù)可以較為準(zhǔn)確的反映管道內(nèi)部的狀況，尤其對于管道擁堵和管道變形具有很好的檢測效果，并且檢測過程中不需要排空管道積水，但是聲納檢測系統(tǒng)造價(jià)較高，操作難度也較大，目前該技術(shù)主要在國外應(yīng)用，國內(nèi)的應(yīng)用相對較少，上海長寧區(qū)市政管理部門引進(jìn)了一套聲納管道檢測系統(tǒng)對轄區(qū)內(nèi)排水管網(wǎng)的擁堵病害進(jìn)行檢測[6]。

(4)透地雷達(dá)

圖4 透地雷達(dá)檢測

透地雷達(dá)是近兩年來發(fā)展較快的一種新型管道檢測方法。其主要是通過向需要檢測的管道地下區(qū)域發(fā)射合適頻率和波長的電磁波，電磁波在遇到不同的介質(zhì)時(shí)會發(fā)生發(fā)射，根據(jù)發(fā)射波的波形的特征可以判斷管道及周邊區(qū)域的狀況，透地雷達(dá)可以有效判斷管道附近土壤空洞、管道的形變、管道的滲漏等情況，具體檢測過程參見(圖4)。近年來，我國城市“天坑”現(xiàn)象頻發(fā)，很多城市應(yīng)用透地雷達(dá)對城市地下空間尤其是排水管網(wǎng)的滲漏引發(fā)的地下空洞進(jìn)行探測，也取得了一定的效果，但是這種檢測方法也有很多局限性，比如對于管道內(nèi)部的病害情況識別度較差，且檢測過程和結(jié)果的準(zhǔn)確性對于操作人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高[7]。

(5)紅外線溫度記錄分析技術(shù)

紅外線溫度記錄分析技術(shù)主要是針對排水管道滲漏病害的一種檢測方法，其主要通過紅外線成像技術(shù)得出探測區(qū)域的熱圖像和各點(diǎn)的溫度，再利用管道滲漏點(diǎn)與周圍區(qū)域存在一定的溫度差異的特征判斷管道的滲漏情況。這種檢測方法在地面完成檢測，無需進(jìn)入管道內(nèi)部，但其主要缺點(diǎn)是檢測功能較為單一，并且檢測精度不高，對于檢測人員的經(jīng)驗(yàn)也有很高的要求。

2 排水管網(wǎng)在線監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀

除了傳統(tǒng)的排水管網(wǎng)檢測方法之外，近年來，排水管網(wǎng)的在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展迅速，國內(nèi)外很多城市開展了相關(guān)的研究及應(yīng)用工作。排水管網(wǎng)在線監(jiān)測技術(shù)即通過布設(shè)在排水管網(wǎng)內(nèi)的液位、流量、位移傳感器等對管網(wǎng)實(shí)時(shí)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，采集得到的數(shù)據(jù)通過特定的傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸至管理中心進(jìn)行處理分析，從而實(shí)現(xiàn)對排水管網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、管理。

國外針對排水管網(wǎng)在線監(jiān)測技術(shù)的研究及應(yīng)用起步較早。上世紀(jì)九十年代日本為了解決東京暴雨內(nèi)澇問題，建立了巨型的地下排水系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)用了大量先進(jìn)的計(jì)算機(jī)及自動化監(jiān)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在中央控制室對全系統(tǒng)的全程監(jiān)控和管理[8]。2006年英國也建設(shè)了城市洪水智能監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)通過布設(shè)的微型智能傳感設(shè)備采集易澇點(diǎn)的水位數(shù)據(jù)，從而及時(shí)預(yù)測洪水的發(fā)生，并發(fā)出洪水警報(bào)，以便采取預(yù)防措施減少洪災(zāi)損失。此外，國外排水管網(wǎng)的在線監(jiān)測正在向著更加信息化、智能化的方向去發(fā)展，如全國聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)上發(fā)布、便攜式終端、自動化智能分析與決策以及自動病害處理等?？傊?，應(yīng)用自動化監(jiān)測手段實(shí)現(xiàn)排水管網(wǎng)的管理已經(jīng)成為國外排水管網(wǎng)檢測的主要發(fā)展方向。

國內(nèi)排水管網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)研究起步相對較晚，但近年來相關(guān)的研究及應(yīng)用成果也不斷增多。由山東大學(xué)開發(fā)的排水管線在線監(jiān)測系統(tǒng)在濟(jì)南市排水管理服務(wù)中心進(jìn)行了建設(shè)及應(yīng)用，系統(tǒng)通過布置在檢查井內(nèi)的水位監(jiān)測終端采集管道水位信息，并通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至排水監(jiān)測中心，監(jiān)測中心通過綜合分析管道內(nèi)的水位和管道的空間位置關(guān)系還原出排水管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀況[9]。鎮(zhèn)江排水管理處為加強(qiáng)對城市排水系統(tǒng)的系統(tǒng)性綜合化管理建立了排水系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測和自動控制系統(tǒng),通過在在排水管網(wǎng)和泵站中布設(shè)水質(zhì)和水位傳感器，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測管網(wǎng)、泵站的運(yùn)行狀況以及污水排放點(diǎn)水質(zhì)[10]。除此之外，北京、無錫、天津等城市也都開展了排水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究及建設(shè)工作。

3 排水管網(wǎng)檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)的排水管網(wǎng)檢測方法主要依靠人工或者借助簡單的設(shè)備儀器。在實(shí)際的應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的檢測方法存在諸多缺點(diǎn)：①檢測效率非常低下，很難滿足城市龐大的排水管網(wǎng)系統(tǒng)的檢測需求；②傳統(tǒng)檢測方法經(jīng)常需要人員下井工作，具有很大的危險(xiǎn)性；③傳統(tǒng)檢測方法對于檢測人員具有很高的經(jīng)驗(yàn)要求，檢測結(jié)果主觀性強(qiáng)；④傳統(tǒng)檢測方法只能滿足病害事故后的處理，很難實(shí)現(xiàn)病害和事故預(yù)警。由此可見傳統(tǒng)的排水管網(wǎng)檢測方法已無法滿足排水管網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)發(fā)展需求。其實(shí)市政管線中供水、燃?xì)?、電力等管線早已逐步開始采用自動化監(jiān)測技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工設(shè)備檢測，并且取得了良好的應(yīng)用效果。2014年國務(wù)院印發(fā)的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》中明確提出“要在地下管線中廣泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測和隱患事故預(yù)警等先進(jìn)技術(shù)”。而德國、法國、英國等發(fā)達(dá)國家早提出在城市排水系統(tǒng)中運(yùn)用自動化監(jiān)測手段保障城市排水管網(wǎng)的安全運(yùn)行?？梢灶A(yù)見未來幾年智能化市政將步入快速發(fā)展的周期，在線監(jiān)測技術(shù)將更多地應(yīng)用在我國城市管線建設(shè)中去。

圖5 北京市排水管網(wǎng)管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

排水管網(wǎng)在線監(jiān)測目前的主要應(yīng)用方向是管網(wǎng)病害的監(jiān)測和預(yù)警。濟(jì)南、天津等市建成的排水管網(wǎng)檢測系統(tǒng)主要通過對管道水位的監(jiān)測實(shí)現(xiàn)內(nèi)澇災(zāi)害的預(yù)警功能。未來排水管網(wǎng)在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用還需要向更多的方向進(jìn)行發(fā)展，包括利用數(shù)字化平臺進(jìn)行管網(wǎng)數(shù)據(jù)的規(guī)整，改善傳統(tǒng)記錄分散、不統(tǒng)一、不完整的局面；應(yīng)用在線監(jiān)測系統(tǒng)所采集的大量的管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)指導(dǎo)排水管網(wǎng)的規(guī)劃及設(shè)計(jì)；排水管網(wǎng)監(jiān)測的三維可視化以及與移動終端設(shè)備的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)監(jiān)測的智能化和便攜化。2011年北京市提出了城市排水管網(wǎng)綜合管理系統(tǒng)的建設(shè)方案，系統(tǒng)架構(gòu)如(圖5)所示，系統(tǒng)在管網(wǎng)病害監(jiān)測的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)管網(wǎng)數(shù)據(jù)的集中儲存和管理，系統(tǒng)建成后計(jì)劃通過信息的共享指導(dǎo)排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)施工，優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，防止管道重復(fù)建設(shè)。

需要注意的是，排水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，其涉及設(shè)計(jì)市政管線、傳感器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等多項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域，需要各方面的協(xié)調(diào)配合，這也是排水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展的主要問題之一。當(dāng)然，隨著近兩年物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷普及，以及城市管理者的重視，排水管網(wǎng)在線監(jiān)測技術(shù)迎來一個(gè)良好的發(fā)展時(shí)機(jī)。

4 總結(jié)

針對排水管網(wǎng)病害的檢測手段很多，現(xiàn)有主要是依靠人工以及借助管道閉路電視檢測系統(tǒng)、聲納等設(shè)備進(jìn)行檢測，這些檢測方法對于特定區(qū)域或小范圍的排水管網(wǎng)的病害檢測具有很好的效果，但無法滿足城市龐大的排水管網(wǎng)檢測需求。排水管網(wǎng)在線監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)了排水管網(wǎng)病害的自動化監(jiān)測，提高了檢測效率，實(shí)現(xiàn)了災(zāi)害預(yù)警，在排水管網(wǎng)檢測領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展前景。

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The status quo and development trend of the drainage pipe network disease detection

GUOTao

(Jiangsu Transportation Institute，Nanjing 210000)

Drainage pipe network detection is the effective measure to solve the drainage pipe network diseases,and it is The paper researched the status of the drainage pipe network disease detection, summarized the technical features and application of the traditional and drainage pipe network disease detection and the Drainage pipe network on-line monitoring technology, and Analyzed the development trend of the drainage pipe network detection technology in the end.

Drainage pipe network; Detection technology; On-line monitoring technology; Status quo; Development trend

郭濤(1982.5- ),男,工程師。

2015-02-02

TU992

A

1004-6135(2015)04-0042-04