埋地管道用電子標簽定位方案的設計

《GB50028-2006城鎮燃氣設計規范》推薦中壓和低壓燃氣管道宜用聚乙烯管材。與鋼管相比，聚乙烯管材具有不腐蝕、抗土壤沉降、施工簡便、造價便宜等突出優點，弱點是在地面探查確定管道埋地的具體位置較為困難，導致其后第三方施工時挖斷、鉆穿管道事故時有發生[1]。

目前國內城鎮燃氣管道越來越多地使用電子標簽進行定位，電子標簽埋設在管道周邊，通過地面探查其位置來判斷管道路由。與以往的示蹤線相比，電子標簽可以最大限度消除誤判[2]。然而，現實中常常忽視管道定位方案技術設計，簡單地統一選型，導致實際效果大打折扣。或全部選用低檔產品無法獲取必要的安全管理數據，或全部選用高檔產品造成不必要的浪費，更常見的是選用高檔產品，又試圖通過減少用量以降低工程總造價，結果影響到管道運行安全。

根據城鎮埋地燃氣管道及各類電子標簽的特點，進行合理的定位技術方案設計，對于經濟合理地保證燃氣管道安全運行具有特別重要的意義。

1.電子標簽工作原理

電子標簽系統由埋地電子標簽及地面探測器兩部分組成，高檔電子標簽內置只讀或讀寫的芯片，存貯管段和管件特點等相關信息的代碼（圖1）。

當探測器接近電子標簽時，其所發射特定頻率的無線電波，使電子標簽內部與之頻率相應的線圈與電容發生諧振產生感應電流，該感應電流的磁場信號又可被探測器感知，信號最強點即為電子標簽上方地表[3]。這有點類似手電筒和反光鏡的關系，探測器相當于手電筒，電子標簽相當于反光鏡（圖2）。憑借吸收的能量，電子標簽還可發送出存貯在芯片中的相關信息，供探測器接收。

不同諧振頻率的電子標簽用于標識不同種類的管線（如燃氣、自來水、電纜等），探測器設定不同頻率，可以選擇性尋找某類電子標簽，其他種類電子標簽不會響應，這在地下管網繁雜交叉、重疊時尤其可貴，能有效區別不同的管道，避免誤判[4]。

2.各類電子標簽技術經濟對比

（1）全向電子標簽

全向電子標簽是內有三組正相交諧振線圈的塑料棱球。三組線圈同時受激諧振產生的全向磁場，使探測器無論自哪個方位接近都能產生最佳響應，在距離電子標簽5m遠處就可以感知到電子標簽的信號，從而實現快速查找。此類標簽配置有可讀寫芯片，最多存儲2000個字符的數據，包括坐標位置、埋深、管徑、管件名稱、防腐方式、壓力等級、建設日期、施工單位、維護記錄等，主要缺點是價格昂貴。

（2）單向電子標簽

單向電子標簽內部只有一組諧振線圈，所以價格明顯低于全向電子標簽，外形有圓球型、圓柱型兩類。圓球型電子標簽的內部有防凍液，可以使線圈漂浮，將其隨意埋在管溝內或埋設后發生偏轉時，線圈都自動保持在水平狀態，以便于地面快速查找[5]。圓柱型電子標簽則要求垂直埋設，此時線圈呈水平方位。依據高徑比，其又細分為碟型、柱型、釘型等，以滿足不同工況需求。扁平的碟型適合安裝在井蓋上；圓球型、柱型電子標簽用尼龍扎帶捆綁埋設在管道附近；細長的釘型電子標簽通常安裝在地表0.5m深的鉆孔內，與管道無連接。此類電子標簽共同特點是具有方向性，探測器位于這些電子標簽上方時，響應信號強度與全向電子標簽相當，但偏離正上方則響應信號減弱較快，感知半徑在3m左右。單向電子標簽分帶芯片的電子信息標簽和無芯片的電子定位標簽兩種，電子信息標簽價格高于電子定位標簽，具體差值取決于芯片性能。

（3）環型電子標簽

環型電子標簽也屬于單向電子定位標簽，與其他各種電子標簽的根本差別在于其安裝方式。從工作原理可知，每個電子標簽都獨立工作，無相互連接關系，但也由于這個特點，單個電子標簽錯位就不宜發現，經常有第三方施工后將電子標簽丟棄或隨意埋在偏離管道的位置。環型電子標簽直接套在管道外側，這樣就徹底杜絕其與管道分離的風險。此時單組諧振線圈與地面并非水平狀態，不利于地面快速查找，可對于第三方施工前必須準確定位，查找速度要求并不高，但希望更密集的定位點。環型電子標簽均不帶芯片，且結構簡單，價格僅為全向電子標簽的一半，恰滿足這種要求。

3.定位技術設計原則

（1）定位點分類及選型

A類為關鍵節點。今后第三方施工可能性較大，一旦損壞影響巨大且修復困難，如大型定向鉆穿越河流兩端，不可中斷的交通干線穿越兩端。此類穿越段地表難以設置定位點，需要從兩端取得盡可能多的管道信息，指導整個管段的維護管理。A類節點應設置全向電子標簽，芯片記錄坐標位置、埋深、管徑、壓力等級、穿越方向、建設日期、施工單位等。

B類為重要節點。如直埋彎管的兩端，三通、四通、變徑點，與其他地下管道的交叉點，破損維修過的位置。此類節點是管道走向的控制點，也是安全管理的薄弱點。B類節點宜設置帶芯片單向電子標簽，芯片記錄坐標位置、埋深、管徑、管件名稱、壓力等級、施工單位、維修記錄等。

C類為一般節點。如各類閥門，不可見的井蓋，預留盲端，變坡點等。C類節點宜設置無芯片單向電子標簽。

D類為非節點。平直管段每間距20m，直埋彎管的弧形段每間隔2m。D類非節點宜設置環型電子標簽。

（2）根據現場環境調整布局

定位技術設計方案應具有遠瞻性，一是定位點要避開今后可能難以檢測的位置；二是要避免所取信息重復，造成不必要浪費；三要充分考慮今后第三方施工破壞風險，設置必要的冗余定位點。

4.結束語

電子標簽是城鎮燃氣埋地管道定位的有效手段，忽視定位技術設計，簡單地統一選型，會導致實際效果大打折扣。根據各類電子標簽特點及適用條件，結合管道上各種節點的具體情況，通過技術經濟分析，分類選擇不同的電子標簽，并依據現場環境調整布局，才能經濟合理地保證燃氣管道安全運行。

參考文獻：

[1]任峰，何仁洋，孟濤，等.城市燃氣管網檢測技術研究[J].管道技術與設備，2014（5）：16-17.

[2]李文靜.燃氣管線電子標識及信息管理系統項目應用及管理的展望[J].上海煤氣，2010（1）：36-39.

[3]張越，羅東曉.電子標識系統及在PE燃氣管道的應用[J].煤氣與熱力，2014（10）：A39-A42.

[4]楊波，笪菁，林金梅，等.城市埋地PE 管道的定位現狀研究[J].廣東化工，2013（24）：75-76.

[5]汪穎.淺談電子標識系統在燃氣管網上的設計[J].上海煤氣，2009（2）：13-14.

（責任編輯：趙靜）