城市排水管網檢測技術現狀及發展趨勢

郭 濤

(江蘇省交通科學研究院股份有限公司 江蘇南京 210000)

城市排水管網檢測技術現狀及發展趨勢

郭 濤

(江蘇省交通科學研究院股份有限公司 江蘇南京 210000)

排水管網病害的檢測是解決排水管網病害的有效手段，也是管網運行管理的關鍵。文章對排水管網檢測技術的現狀進行了研究，并對傳統排水管網檢測技術和排水管網在線監測技術的技術特點及應用分別進行了總結，最后分析了城市排水管網檢測技術的發展趨勢。

排水管網;檢測技術;在線監測;現狀;發展趨勢

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排水管網是城市非常重要的基礎設施，排水管網的安全穩定對于城市的正常運行具有極其重要的作用。但是，諸如城市內澇、管道擁堵、管線沉降等排水管網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。實踐證明，管道的日常檢測和管養對于排水管網病害的消除、災害的減少具有非常重要的意義。發達國家對于排水管網的日常檢測非常重視，對于檢測項目和周期也都有著嚴格的標準，部分城市還實現了排水管網的實時監測和評估[1]。近年來，國內很多城市也已經充分認識到排水管道檢測的重要性，相關檢測技術也在快速發展的過程中。本文通過對城市排水管網檢測技術現狀進行總結分析，探討排水管網檢測技術的發展趨勢。

1 傳統排水管網檢測技術

城市排水管網主要由排水管道、泵站、雨水口、檢查井及其它一些附屬設施組成，排水管網的檢測主要就是針對這些設施進行狀態的評估和分析。傳統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

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

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

②反光鏡檢查:通過簡單的反光鏡，檢查人員對不宜下井區域的管道堵塞、管道破壞等情況進行觀測。該觀測方法對于應用環境、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，在發生管道事故時可采用潛水員進入管道內部進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驗具有很高的要求，在實際操作過程中也有一定的危險性，并且對于管道內部的很多區域無法實現檢測[2]。傳統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

近年來，隨著管道檢測儀器的不斷發展，儀器檢測方法已經成為城市排水管網的主要檢測手段之一。常用的儀器檢測技術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、透地雷達等，相關技術分述如下。

(1)管道閉路電視檢測系統

圖1 管道閉路電視檢測系統

管道閉路電視檢測系統(CCTV)是目前應用最為廣泛，也是較為成熟的管道儀器檢測方法。CCTV管道檢測系統主要由裝有攝像頭的爬行器、數據及電源連接線、監視和錄像設備、電源控制設備、測量設備等組成[3]。檢測人員在地面通過控制CCTV檢測爬行器在管道內的移動對管內各部位進行攝像，再通過這些影像資料對管道內部的狀況進行分析評估，檢測過程中需要排空管內積水，檢測過程參見(圖1)。CCTV管道檢測技術在國外已經有了很長時間的應用歷史，它也是美國、日本等發達國家排水管道的主要檢測方法。近年來北京、上海、南京等城市也已經普遍采用檢測系統進行管道病害檢測，并且取得了良好的應用效果[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視頻檢測系統，系統主要由操作桿、攝像頭、電源和燈光系統、監視器等組成。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采集檢查井或管道內部的視頻影像，通過對相關視頻資料的分析評估管道內的狀況，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域進行檢測，有較大的局限性。近兩年來在上海市已有多家排水管網管養機構開始應用潛望鏡檢測技術對檢查井周邊管道病害狀態進行檢測[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指應用聲納對排水管道內部進行掃描，通過計算機分析處理被管壁或管道內部物體反射回來的聲波形成管道內部的橫斷面圖像，如(圖3)所示。排水管道聲納檢測技術可以較為準確的反映管道內部的狀況，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，但是聲納檢測系統造價較高，操作難度也較大，目前該技術主要在國外應用，國內的應用相對較少，上海長寧區市政管理部門引進了一套聲納管道檢測系統對轄區內排水管網的擁堵病害進行檢測[6]。

(4)透地雷達

圖4 透地雷達檢測

透地雷達是近兩年來發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域發射合適頻率和波長的電磁波，電磁波在遇到不同的介質時會發生發射，根據發射波的波形的特征可以判斷管道及周邊區域的狀況，透地雷達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”現象頻發，很多城市應用透地雷達對城市地下空間尤其是排水管網的滲漏引發的地下空洞進行探測，也取得了一定的效果，但是這種檢測方法也有很多局限性，比如對于管道內部的病害情況識別度較差，且檢測過程和結果的準確性對于操作人員的經驗要求較高[7]。

(5)紅外線溫度記錄分析技術

紅外線溫度記錄分析技術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得出探測區域的熱圖像和各點的溫度，再利用管道滲漏點與周圍區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，無需進入管道內部，但其主要缺點是檢測功能較為單一，并且檢測精度不高，對于檢測人員的經驗也有很高的要求。

2 排水管網在線監測技術研究現狀

除了傳統的排水管網檢測方法之外，近年來，排水管網的在線監測技術發展迅速，國內外很多城市開展了相關的研究及應用工作。排水管網在線監測技術即通過布設在排水管網內的液位、流量、位移傳感器等對管網實時的運行參數進行采集，采集得到的數據通過特定的傳輸網絡傳輸至管理中心進行處理分析，從而實現對排水管網的實時監測、管理。

國外針對排水管網在線監測技術的研究及應用起步較早。上世紀九十年代日本為了解決東京暴雨內澇問題，建立了巨型的地下排水系統，系統應用了大量先進的計算機及自動化監測技術，實現了在中央控制室對全系統的全程監控和管理[8]。2006年英國也建設了城市洪水智能監測系統，系統通過布設的微型智能傳感設備采集易澇點的水位數據，從而及時預測洪水的發生，并發出洪水警報，以便采取預防措施減少洪災損失。此外，國外排水管網的在線監測正在向著更加信息化、智能化的方向去發展，如全國聯網、網上發布、便攜式終端、自動化智能分析與決策以及自動病害處理等。總之，應用自動化監測手段實現排水管網的管理已經成為國外排水管網檢測的主要發展方向。

國內排水管網監測技術研究起步相對較晚，但近年來相關的研究及應用成果也不斷增多。由山東大學開發的排水管線在線監測系統在濟南市排水管理服務中心進行了建設及應用，系統通過布置在檢查井內的水位監測終端采集管道水位信息，并通過無線傳輸網絡將數據傳送至排水監測中心，監測中心通過綜合分析管道內的水位和管道的空間位置關系還原出排水管網實際運行狀況[9]。鎮江排水管理處為加強對城市排水系統的系統性綜合化管理建立了排水系統實時監測和自動控制系統,通過在在排水管網和泵站中布設水質和水位傳感器，可以實現遠程在線監測管網、泵站的運行狀況以及污水排放點水質[10]。除此之外，北京、無錫、天津等城市也都開展了排水管網在線監測系統的研究及建設工作。

3 排水管網檢測技術的發展趨勢

傳統的排水管網檢測方法主要依靠人工或者借助簡單的設備儀器。在實際的應用過程中發現傳統的檢測方法存在諸多缺點：①檢測效率非常低下，很難滿足城市龐大的排水管網系統的檢測需求；②傳統檢測方法經常需要人員下井工作，具有很大的危險性；③傳統檢測方法對于檢測人員具有很高的經驗要求，檢測結果主觀性強；④傳統檢測方法只能滿足病害事故后的處理，很難實現病害和事故預警。由此可見傳統的排水管網檢測方法已無法滿足排水管網的現實發展需求。其實市政管線中供水、燃氣、電力等管線早已逐步開始采用自動化監測技術代替傳統的人工設備檢測，并且取得了良好的應用效果。2014年國務院印發的《國務院辦公廳關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》中明確提出“要在地下管線中廣泛應用物聯網監測和隱患事故預警等先進技術”。而德國、法國、英國等發達國家早提出在城市排水系統中運用自動化監測手段保障城市排水管網的安全運行。可以預見未來幾年智能化市政將步入快速發展的周期，在線監測技術將更多地應用在我國城市管線建設中去。

圖5 北京市排水管網管理系統架構圖

排水管網在線監測目前的主要應用方向是管網病害的監測和預警。濟南、天津等市建成的排水管網檢測系統主要通過對管道水位的監測實現內澇災害的預警功能。未來排水管網在線監測技術的應用還需要向更多的方向進行發展，包括利用數字化平臺進行管網數據的規整，改善傳統記錄分散、不統一、不完整的局面；應用在線監測系統所采集的大量的管網實際運行數據指導排水管網的規劃及設計；排水管網監測的三維可視化以及與移動終端設備的互聯，實現管網監測的智能化和便攜化。2011年北京市提出了城市排水管網綜合管理系統的建設方案，系統架構如(圖5)所示，系統在管網病害監測的基礎上實現各項管網數據的集中儲存和管理，系統建成后計劃通過信息的共享指導排水管網的設計施工，優化管網設計方案，防止管道重復建設。

需要注意的是，排水管網在線監測系統是一項龐大的系統工程，其涉及設計市政管線、傳感器、計算機網絡等多項技術領域，需要各方面的協調配合，這也是排水管網在線監測系統發展的主要問題之一。當然，隨著近兩年物聯網技術的不斷普及，以及城市管理者的重視，排水管網在線監測技術迎來一個良好的發展時機。

4 總結

針對排水管網病害的檢測手段很多，現有主要是依靠人工以及借助管道閉路電視檢測系統、聲納等設備進行檢測，這些檢測方法對于特定區域或小范圍的排水管網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檢測需求。排水管網在線監測技術實現了排水管網病害的自動化監測，提高了檢測效率，實現了災害預警，在排水管網檢測領域具有巨大的發展前景。

[1]Sinha Sunil K．State-of-the-art in sensor technologies for pipe inspection[A]．Proceedings of the ASCE Intemational Conference on Pipeline Engineering and Construction：New Pipeline Technologies,Security and Safety[C]．Washington D C：ASCE,2003．

[2]陳海燕.基于聲納技術的排水管道探測系統及實驗研究[D].北京信息科技大學,2010.

[3]鄧支凌,夏金儒,唐勇.CCTV技術在排水管道狀態檢測中的應用[J].城市勘測,2009,(5):130-133.

[4]楊漢元,肖明堯.CCTV管道內窺技術在城市排水管道檢測中的應用[J].城市勘測,2008.

[5]姚建波.上海排水管道檢測與管道養護管理方法[J].建設與發展,2013(6):665-666.

[6]宋解勝.上海排水管道養護檢查技術和養護監管機制[J].中國市政工程,2012,(4)：53-57.

[7]Eiswirth M,Frey C,Herbst J,et a1．Sewer Assessment by Multi—sensor Systems[M]．Berlin：IWA2 World Water Congress,2001．

[8]楊悅姮.東京排水系統對北京內澇的啟示[J].科技與生活,2012,(15):124-125.

[9]凌勇.基于物聯網的城市排水管線在線監測技術的設計與實現[D].山東大學,2013.

[10]王浩正,胡堅,楊振,等.鎮江市防汛預警和指揮調度系統[J].中國給水排水,2013,29(19):137-140.

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