初探管網(wǎng)全生命周期評估建設(shè)

錢吉洪

（上海城投水務(wù)集團(tuán)供水公司，上海 200002）

建設(shè)背景：

管道全生命周期評估是上海城投水務(wù)集團(tuán)“十四五”規(guī)劃中，在管網(wǎng)運(yùn)行中提出的發(fā)展目標(biāo)。上海城投水務(wù)集團(tuán)在落實(shí)上?！笆奈濉币?guī)劃中，依據(jù)《上海市城市總體規(guī)劃（2017-2035）》、《上海市供水和排水專業(yè)規(guī)劃》、《上海城投水務(wù)（集團(tuán)）“十四五”發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃綱要》等要求，在加強(qiáng)水務(wù)全產(chǎn)業(yè)鏈一體化運(yùn)營管理中，針對產(chǎn)業(yè)鏈中間環(huán)節(jié)的管網(wǎng)管理率先提出建設(shè)強(qiáng)化管網(wǎng)運(yùn)行全生命周期建設(shè)目標(biāo)，即通過開展管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測，加大管網(wǎng)監(jiān)測感知點(diǎn)密度，加強(qiáng)管網(wǎng)狀態(tài)評估，為管網(wǎng)改造提供決策依據(jù)；增強(qiáng)管網(wǎng)預(yù)警作用，建設(shè)管網(wǎng)態(tài)勢感知狀態(tài)，提高預(yù)防性維護(hù)效率，打造管網(wǎng)全生命周期評估體系。

管理現(xiàn)狀：

上海城投水務(wù)集團(tuán)自2014年10月成立并組建供水公司，主要承擔(dān)管網(wǎng)輸配、運(yùn)營管理、抄表收費(fèi)、對外服務(wù)等供水主體業(yè)務(wù)。公司在“兩降一升”（降低產(chǎn)銷差、降低成本、提高服務(wù)水平）目標(biāo)為導(dǎo)向，產(chǎn)銷差由25.4%降為15.9%，供水成本有效精準(zhǔn)受控，服務(wù)水平穩(wěn)步提升。與此同時(shí)，城市供水管網(wǎng)建設(shè)發(fā)展也得到極大提升，持續(xù)改善城市供水管網(wǎng)的運(yùn)維質(zhì)量，優(yōu)化道路管網(wǎng)輸配，降低供水風(fēng)險(xiǎn)隱患，服務(wù)城市發(fā)展需求，也持續(xù)改善客戶水質(zhì)、水壓、水齡滿意度。

供水管網(wǎng)年代分布表：

供水管道材質(zhì)分布表：

改革初始兩年里，改造老舊管網(wǎng)只有94公里，其中城市供水道路管網(wǎng)為31公里。2017年根據(jù)國務(wù)院“水十條”《水污染防治行動計(jì)劃》、上海市水務(wù)局《高危管線改造三年行動綱要》，供水公司依照管網(wǎng)改造“三年行動計(jì)劃”加快推動老舊管網(wǎng)改造。期間適逢發(fā)生四平路（市中心主干道）DN1200鑄鐵管發(fā)生爆管事故，造成虹口區(qū)、楊浦區(qū)大范圍交通堵塞，雖搶修及時(shí)于次日清晨恢復(fù)供水，暢通交通，創(chuàng)造了上海速度，也加大了政府對城市老舊管網(wǎng)改造的支持力度。公司重點(diǎn)實(shí)施消除服役50年以上管齡（115公里高危管網(wǎng)）為主的落后管網(wǎng)改造，改造公里數(shù)由當(dāng)年187公里/年，遞增至2019年321公里/年，道路管網(wǎng)改造達(dá)到106公里/年，基本完成高危管網(wǎng)改造計(jì)劃?，F(xiàn)全年改造基本維持在300公里/年，已累計(jì)改造1159公里，順利完成管網(wǎng)改造“三年行動計(jì)劃”，保障城市安全供水運(yùn)營，切實(shí)降低了城市供水管網(wǎng)爆管風(fēng)險(xiǎn)。

附件表格：管網(wǎng)改造資料（2015年-2021年，改造不同類型）

上海水務(wù)集團(tuán)供水公司結(jié)合楊樹浦路綜合改造工程，同步實(shí)施楊樹浦水廠百年出廠管給水管改造排管工程，即對全線長達(dá)10公里的楊樹浦路沿線管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化改造。出廠管DN2000口徑管道是上海市最大口徑輸水管道，標(biāo)志著供水管網(wǎng)布局的進(jìn)一步完善以及供水服務(wù)保障能力的進(jìn)一步提高，使楊浦、虹口、靜安、普陀等地區(qū)的300萬居民用上更清澈、更優(yōu)質(zhì)的飲用水。

管網(wǎng)改造案例：2021年完成楊樹浦水廠出廠管

楊樹浦水廠出廠管DN2000施工坑

DN2000出廠管采用新型無縫鋼管

回顧管網(wǎng)改造歷程，就現(xiàn)狀管道的質(zhì)量評估來分析，存在以下五方面問題需要關(guān)注；一是改造重點(diǎn)在灰口鑄鐵管，尚有2982公里鑄鐵管、水泥管仍在服役，同時(shí)存在球墨管（接口）、鋼管（焊縫）等漏水，管網(wǎng)安全運(yùn)營隱患尚在。二是改造后廢棄的某些管道材質(zhì)強(qiáng)度、防腐內(nèi)襯等依然較好，還存在繼續(xù)運(yùn)行價(jià)值。三是近幾十年年來敷設(shè)管道，受材質(zhì)質(zhì)量、管壁強(qiáng)度、路面承壓、埋設(shè)環(huán)境、局部節(jié)點(diǎn)（修復(fù)、開梯）等因素，造成運(yùn)營質(zhì)量下降，依舊存在城市供水安全風(fēng)險(xiǎn)。四是運(yùn)用管道動態(tài)檢測技術(shù)，對管道內(nèi)外運(yùn)營狀態(tài)有了更加真實(shí)、全面、客觀了解，拓展了供水管道管理的視野。五是在配合城市管道搬遷或廢除，以年份、材質(zhì)為主的管網(wǎng)資產(chǎn)方式評估不全面，尚需增加多維度的評估依據(jù)，有效維護(hù)供水企業(yè)利益。為此供水企業(yè)要從自身管理需求出發(fā)，完善管理技術(shù)手段，建立管道全生命周期評估平臺，提升管網(wǎng)管理水平，體現(xiàn)保障城市供應(yīng)市政管網(wǎng)運(yùn)行的針對性、有效性、科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈一體化的中間運(yùn)營管理。

建設(shè)供水管道全生命周期技術(shù)措施

對在役供水管道的研究，做出客觀公正的評價(jià)，“變管理由被動為主動，變事后響應(yīng)為事前預(yù)判”，曾經(jīng)基于歷史條件下缺乏有效方式。供水管線評估主要以GIS信息平臺為主，采集管線運(yùn)維數(shù)據(jù)，僅限于靜態(tài)數(shù)據(jù)（如管齡、材質(zhì)、維護(hù)記錄、管線事故等）維度進(jìn)行管網(wǎng)管理。如果使用單純的數(shù)理統(tǒng)計(jì)的概念，因現(xiàn)有的評估資料只是來源于靜態(tài)的數(shù)據(jù)，而對于正處于運(yùn)營管線限于埋地、受內(nèi)外壓等條件制約，無法采集時(shí)時(shí)動態(tài)數(shù)據(jù)，而通過這些現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)積累進(jìn)行換算，建立評估模型，顯然存在局限，無法提升到管道運(yùn)行生命周期管理層面。

廢舊管段現(xiàn)場圖

某些局部管段依舊存在使用壽命

上海水務(wù)集團(tuán)供水公司自2018年起，在管網(wǎng)動態(tài)管理技術(shù)上，進(jìn)行了有益的探索，采用管道內(nèi)檢測，噪音監(jiān)測儀，管壁強(qiáng)度檢測等技術(shù)，收集匯總在役管網(wǎng)不停水運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)，對正在運(yùn)營中的市政供水管網(wǎng)在帶壓狀態(tài)下，管道內(nèi)外質(zhì)量進(jìn)行健康體檢，收集相關(guān)影像、數(shù)據(jù)資料，真實(shí)反映管道質(zhì)量，有效填補(bǔ)動態(tài)數(shù)據(jù)。在管網(wǎng)建設(shè)中將此動態(tài)數(shù)據(jù)作為管網(wǎng)更新判定的前置條件，結(jié)合水利模型對管道輸配優(yōu)化、改造提供決策，為確定無法直埋選定管道內(nèi)襯修復(fù)工藝提供數(shù)據(jù)支撐。

管道內(nèi)檢測：通過視頻可視管道最真實(shí)的狀況，對管道內(nèi)部受損狀況、管壁剩余強(qiáng)度等管道狀況進(jìn)行檢測，了解管道內(nèi)部實(shí)際受損狀態(tài)、管壁剩余強(qiáng)度等，采集異常情況；漏水、氣囊、裂縫、異物、非法接管等，定位管道中異常處的位置，確定管道中異常處尺寸或級別大小，提供管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損狀態(tài)分析匯總 (內(nèi)涂襯脫落、腐蝕、管瘤等)，并集成所有檢測數(shù)據(jù)來量化綜合管況。

P-CAT管壁強(qiáng)度檢測：即逆向瞬態(tài)管線狀態(tài)評估。通過壓力波的釋放和收集對管道進(jìn)行分段波速分析，用高精度掃描技術(shù)采集管壁狀態(tài)，管壁剩余強(qiáng)度檢測及壁厚變化，鑒定管壁剩余有效強(qiáng)度及管壁厚度。分析內(nèi)、外管壁因腐蝕和損傷所造成的材質(zhì)變薄，管道口徑和材質(zhì)改變而產(chǎn)生管壁強(qiáng)度（厚度）和管徑的變化，單點(diǎn)的故障定位，如阻塞、氣囊、溶解氣體，未知的管網(wǎng)變化，未做記錄的閥門、支管、管道口徑變化及閥門密封狀態(tài)檢測，來綜合檢測與評估分段管道的管壁剩余強(qiáng)度及管壁厚度。

噪音監(jiān)測儀：通過安置在管網(wǎng)及附屬設(shè)施上漏損監(jiān)測設(shè)備，對在線管網(wǎng)漏損監(jiān)控普查。其可利用高靈敏度的傳感器，采集管道管壁的漏水產(chǎn)生的超聲波噪音頻率，遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)至控制中心，生成多元化數(shù)據(jù)格式，經(jīng)分析軟件的核心算法對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在系統(tǒng)平臺的地圖設(shè)備狀態(tài)顯示確認(rèn)漏點(diǎn)位置。為跟進(jìn)處置消除風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)擴(kuò)大，提供事先預(yù)警。

目前供水公司已完成部分供水管網(wǎng)健康診斷；內(nèi)檢測累計(jì)135公里，P-CAT管壁強(qiáng)度檢測34公里，安置801只噪音監(jiān)測儀，監(jiān)控160公里管段，778個(gè)關(guān)鍵路口和進(jìn)博會、一大會址等重點(diǎn)場館預(yù)警保障，并建立管網(wǎng)預(yù)警平臺。通過上述科技手段的使用，初步匯聚一批不同口徑、材質(zhì)的管道數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入GIS信息平臺，不僅對近年來管網(wǎng)改造、優(yōu)化輸配提供依據(jù)，而且對無法直埋管道采用不同內(nèi)襯修復(fù)工藝提供選擇方案，并通過改造前后對管道實(shí)際運(yùn)營狀態(tài)有了直觀的視覺評判。

建設(shè)管道全生命周期評估體系

如何更加科學(xué)地選擇應(yīng)該改造或優(yōu)化供水管網(wǎng)，突破材質(zhì)、管齡、修復(fù)漏點(diǎn)、路面承重等因素限制，增加管道內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)、管壁損耗剩余強(qiáng)度，管網(wǎng)運(yùn)營時(shí)時(shí)監(jiān)控等量化維度指標(biāo)，明顯更加科學(xué)合理?？闪⒆阌谒Ｐ妥龊霉艿腊踩\(yùn)行、管網(wǎng)調(diào)度和管道優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)管道健康體檢數(shù)據(jù)采集；發(fā)揮GIS信息平臺強(qiáng)大的信息采集功能，充實(shí)管道動態(tài)數(shù)據(jù)，完善管道全生命周期評估計(jì)算方法；增加隱患、老舊及需要專項(xiàng)研究管段、路口監(jiān)測儀安置密度，擴(kuò)大管網(wǎng)預(yù)警覆蓋范圍，提供上傳動態(tài)監(jiān)控資料，達(dá)到管網(wǎng)態(tài)勢感知。在役管道質(zhì)量評估基礎(chǔ)上，集成打造管網(wǎng)全生命周期評估系統(tǒng)，做到供水企業(yè)未來管網(wǎng)管理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

目前，供水管線各類管理及評估模型主要建立在統(tǒng)計(jì)性資料，并整合管線事件來評價(jià)，僅是單純的數(shù)理統(tǒng)計(jì)的概念，受管道埋地敷設(shè)工藝限制，無法采集統(tǒng)計(jì)管道運(yùn)行中的狀態(tài)數(shù)據(jù)，對于管道運(yùn)營價(jià)值評價(jià)僅停留在理論上，不能真實(shí)、全面反映管道輸配過程中，發(fā)生內(nèi)外變化產(chǎn)生計(jì)算差異。所以建立管道全生面周期評估體系必須確保建立體系的數(shù)據(jù)資料完整，可將依據(jù)整理管網(wǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，來劃分供水管道評估維度，確定管道評估各項(xiàng)維度指標(biāo)權(quán)重，將管道評估維度進(jìn)行迭代計(jì)算，數(shù)值均由各項(xiàng)指標(biāo)和權(quán)重乘積并求和得到，根據(jù)計(jì)算評估管道生命周期價(jià)值，對供水管道可提出日常維護(hù)、改造策略和資產(chǎn)管理。

供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)資料應(yīng)包含靜、動態(tài)兩方面，靜態(tài)數(shù)據(jù)包含：管材、管齡、維護(hù)記錄、管線事件等管理資料，可由GIS信息系統(tǒng)和現(xiàn)維系統(tǒng)提供。動態(tài)數(shù)據(jù)包含：檢測數(shù)據(jù)、運(yùn)行采集、監(jiān)測預(yù)警等實(shí)時(shí)資料，可由各類檢測技術(shù)和現(xiàn)有預(yù)警平臺提供。根據(jù)各類靜、動態(tài)數(shù)據(jù)資料，劃分系統(tǒng)組成的評估維度：管道敷設(shè)年代材質(zhì)、管齡；管道輸配漏點(diǎn)修復(fù)；水利模型風(fēng)控（壓力、流向）推演；管道外部運(yùn)營環(huán)境、管道內(nèi)在運(yùn)行質(zhì)量、管壁強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等。

由于靜態(tài)數(shù)據(jù)處于相對靜止，建議量化權(quán)重應(yīng)取分值相對適度，動態(tài)數(shù)據(jù)處于時(shí)時(shí)變化，無主觀差異性，其反映的數(shù)據(jù)與管道運(yùn)維質(zhì)量有正比關(guān)系，且可能對未來發(fā)生結(jié)果有較大影響因素，建議量化權(quán)重分值指標(biāo)應(yīng)相對傾斜。通過數(shù)據(jù)采集，劃分維度、量化權(quán)重、形成算法、建立平臺，開發(fā)建設(shè)管道全生命周期評估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對全域供水管網(wǎng)運(yùn)行管理。

管道全生命周期管理意義

供水管道全生命周期評估體系建設(shè)，將促進(jìn)供水企業(yè)高標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化運(yùn)營轉(zhuǎn)型目標(biāo)的建設(shè)，對管網(wǎng)管理從多維度、數(shù)字化、信息化角度提供科學(xué)支撐。

1.有助于精細(xì)化管理，服務(wù)城市建設(shè)發(fā)展。

能快速精準(zhǔn)識別供水管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行安全潛在風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建城市供水管網(wǎng)精細(xì)化處置流程與方法，前瞻性預(yù)防城市供水管網(wǎng)供水隱患，實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)系統(tǒng)安全、平穩(wěn)、高效運(yùn)行，提高供水行業(yè)主管、經(jīng)營部門的管理效率，服務(wù)韌性城市建設(shè)，提升供水企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展水平。

2.有助于科學(xué)化調(diào)度，降低運(yùn)行服務(wù)成本。

能找到發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)輸配薄弱環(huán)節(jié)，可有的放矢采取應(yīng)對措施，科學(xué)調(diào)度，數(shù)字管理，降低供水管網(wǎng)漏損率和事故率，提高企業(yè)運(yùn)維成本使用效能，發(fā)掘管道可用價(jià)值，延長管道使用壽命，增值管道資產(chǎn)，節(jié)約供水企業(yè)管網(wǎng)管理成本。

3.有助于數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升供水管理水平。

管道生命周期管理貫穿管道使用壽命的全過程，其檢測數(shù)據(jù)量化后的綜合管況，同時(shí)也為管網(wǎng)評估提供可靠的數(shù)據(jù)支持，可以量化管道風(fēng)險(xiǎn)，對管道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判和控制，以保障供水管網(wǎng)的正常運(yùn)行及安全運(yùn)行。為管網(wǎng)快速、動態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警后，科學(xué)精準(zhǔn)決策管網(wǎng)維護(hù)、修復(fù)及更新改造方案提供可靠依據(jù)。建立的管道全生命周期評估體系的數(shù)據(jù)信息檔案，實(shí)現(xiàn)信息共享，動態(tài)管理。

結(jié)語：

2022年上海水務(wù)集團(tuán)供水公司根據(jù)上海市住建委《關(guān)于加強(qiáng)本市城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的實(shí)施意見》要求，供水企業(yè)要摸清隱患供水管道，消除管道隱患精神。公司經(jīng)排摸梳理，制訂實(shí)施管網(wǎng)改造“新三年行動計(jì)劃”，即三年內(nèi)完成管道口徑500mm以上的34.7公里隱患管網(wǎng)為主的172公里老舊城市道路供水管網(wǎng)更新及優(yōu)化。為做好此項(xiàng)重點(diǎn)工作，實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理、科學(xué)決策、提升水平的發(fā)展目標(biāo)，全年將繼續(xù)實(shí)施370公里管道內(nèi)檢測、60公里P-CAT管壁強(qiáng)度檢測、新增3126只噪音監(jiān)測儀安置計(jì)劃，滿足建設(shè)管道全生命周期評估體系需集成相關(guān)數(shù)據(jù)資料，并將啟動管道全生命周期評估系統(tǒng)建設(shè)工作，作為領(lǐng)先創(chuàng)新實(shí)踐業(yè)務(wù)，提高管網(wǎng)運(yùn)維管理水平，最終達(dá)到上海水務(wù)集團(tuán)“十四五”戰(zhàn)略規(guī)劃所倡導(dǎo)的，即按照“兩最兩高”（最高標(biāo)準(zhǔn)、最好水平、高質(zhì)量發(fā)展、高品質(zhì)生活）標(biāo)準(zhǔn)，借助數(shù)字化轉(zhuǎn)型的契機(jī)，建設(shè)韌性城市的總體發(fā)展目標(biāo)。