基于CCTV技術的城市老舊污水管道檢測與評估
——以莆田市城笏路為例

陳 毅，郭嘉昕，歐德龍

(莆田市水質凈化有限公司，福建莆田 351100)

污水管道建設是排水系統中投資較高的建設部分，但其運營維護卻是較為薄弱的環節[1]。污水管道的不良運行引發的城市地面污水溢流、內澇、地面塌陷等災害嚴重影響城市生態環境與市民正常生活。城市老舊污水管道年久失修、漏損嚴重、污泥大量淤積、過流能力差，由此造成污水滲漏污染管道周邊地下水及土壤等的環境風險問題尤為突出。因此，確保污水管道安全穩定運行，有助于城市各項基礎功能的正常運行，從而提高城市環境與居民的生活水平。莆田市建市時間較短，各種市政基礎設施較為薄弱，老舊污水管網的運行問題頻繁發生[2]。本文通過閉路電視系統(CCTV)檢測技術結合評估技術規程，對莆田市城笏路污水管道進行分析評估，并提出科學的維修與養護建議，從而充分發揮管道的排污能力，為城市建設保駕護航。

城笏路位于莆田市荔城區，為來往兩大重要城鎮黃石鎮與笏石鎮的主干道路，酒店、餐飲、小區、廠區等排水點沿路緊密分布，污水管道負荷大。城笏路地下污水管道材質為PVC，修建年代久遠，總長度為1 347 m，埋深為1.5～3 m。該段地下管道分為38段，其中，DN300共6段，長為144 m；DN400共32段，長為1 203 m。檢測井內水位高低差明顯，管道沿線部分區域污水溢流。

1 管道檢測與評估方法

1.1 管道檢測方法

國內部分城市已有開展CCTV技術用于排水管道檢測的先例，其工作原理為控制帶攝像頭的機器人在地下管道內爬行，將管道內的實時圖像傳輸到地面控制人員的主屏幕上，機器人對管道存在的破裂、變形、障礙物等圖像數據形象處理并儲存[3-5]。

CCTV檢測主要由資料收集、現場踏勘、管道預處理、管道檢測4大工作步驟組成(圖1)。資料收集為收集管道竣工圖與區域管線分布資料；現場踏勘為定位檢查井與勘察周邊環境狀況(交通、噪音、居民區)，用于制定檢測方案與時間段；管道預處理為對管道內水位與淤積情況進行判別，水位較高時采取抽水降水措施，對阻礙機器爬行的淤積進行高壓水清淤；管道檢測為機器管道內采集圖像，人員解析圖像，確定缺陷類型、位置及程度。

圖1 CCTV檢測流程圖Fig.1 Flow Chart of CCTV Detection

本次檢測使用韓國生產的ROBOCAM-1，設備采用高分辨率的彩色攝像系統，可調整攝像頭的高度、照明、焦距和速度，同時，可調整爬行器行進方向，繞過管道內的小型障礙物。

1.2 評估方法

按照《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》(CJJ 181—2012)[6]，結合CCTV檢測結果，定量評估管道結構本體遭受損傷，影響強度、剛度和使用壽命的缺陷的結構和功能狀況，以提供更科學的管道養護和修復參考依據。

1.2.1 結構性狀況評估方法

管道結構性狀況評估步驟為結構性缺陷評分、計算損壞狀況參數、確定缺陷參數與修復指數、缺陷等級評估與提出修復建議4步(圖2)。對于缺陷的沿管道縱向的尺寸均不大于1 m，長度按1 m計算，管道部分縱向1 m內2個以上缺陷同時出現，分值疊加計[7]。管段結構性缺陷參數F的確定依據排水管道缺陷的開關效應原理，即一處受阻，全線不通。因此，管段的損壞狀況等級選取于該管段中最嚴重的缺陷。

圖2 結構性狀況評估流程Fig.2 Structural Health Assessment Process

1.2.2 功能性狀況評估方法

管道功能性狀況評估的流程與管道結構性狀況評估基本相同，通過計算管段的養護指數MI，確定養護等級，提出養護建議(圖3)。管道功能性缺陷僅涉及管道內部運行狀況的受影響程度，與管道埋設的土質條件無關，因此，與修復指數相比，養護指數的計算不考慮土質影響。

圖3 功能性狀況評估流程Fig.3 Functional Health Assessment Process

2 結果與評估

2.1 CCTV檢測結果與分析

2.1.1 CCTV檢測結果

城笏路地下污水管道共存在56處缺陷，其中，管道結構本體遭受損傷，影響強度、剛度和使用壽命的結構性缺陷有破裂25處、變形11處、起伏10處、異物穿入3處、錯口2處、脫節2處；導致管道過水斷面發生變化，影響暢通性能的功能性缺陷有樹根2處、障礙物1處(圖4)。檢測數據的統計分析表明，該路段地下污水管道的主要問題為破裂、變形及起伏，其中，破裂管段占缺陷總數近半(圖5)。

(a)破裂4級(b)變形4級(c)錯口4級(d)起伏4級(e)脫節2級(f)異物穿入3級(g)障礙物1級(h)樹根1級

圖5 不同缺陷所占比例Fig.5 Proportion of Different Defects

缺陷有輕微、中等、嚴重及重大4個等級，其中，嚴重與重大的3、4級缺陷集中在破裂、變形、起伏。缺陷最多的破裂涵蓋輕微至重大4個等級；變形集中在2、3及4這3個較為嚴重的等級；功能性缺陷樹根與障礙物缺陷為1、2級，等級較低(圖6)。

圖6 不同缺陷等級數量及占比Fig.6 Number and Proportion of Different Defect Levels

2.1.2 結果分析

內部因素：PVC管應用廣泛，其管道表面光滑、化學性質穩定、耐腐蝕能力強，且質地較輕，但易脆。城笏路污水管道運行年限較長，管道逐漸老化，導致管道的結構穩定性逐漸降低，加之管道直徑較小、管壁薄，抗沖擊能力差。

外部因素：管道上方地面為主干道路，常年受荷載影響，破裂、變形與起伏發生概率高，形成不同程度的管道損壞。受壓管道發生破裂或變形后，管外土壤擠壓，加劇差異沉降，變形幅度增大或裂縫擴大，部分沙土流入管中，影響管道使用的同時，可能會導致路面發生塌陷。情況嚴重的會導致脫節、錯口及障礙物等衍生缺陷的產生[8]。

因此，污水管道的健康狀況不僅受管道本身內部因素的影響，同時與管道所處的周邊環境、社會經濟條件等外部因素息息相關。

2.2 管道評估結果

2.2.1 結構性狀況評估結果

選取破裂、變形、起伏、錯口、脫節、異物穿入6類結構性缺陷，通過結構性狀況評估方法進行評估，如表1所示。

表1 結構性狀況評估結果Tab.1 Results of Structural Assessment

由表1可知：F=10>6表明管段存在重大缺陷，損壞嚴重或即將破壞；SM=0.05<0.1，表明管段結構性缺陷類型為局部缺陷；RI=7.6>7，表明管段修復等級為最高級Ⅳ級，同時表明結構已經破壞或即將破壞，應立即修復。

2.2.2 功能性狀況評估結果

選取樹根與障礙物2類功能性缺陷，通過功能性狀況評估方法進行評估，如表2所示。

表2 功能性狀況評估結果Tab.2 Results of Functional Evaluation

由表2可知：G=2，表明功能性缺陷等級為Ⅱ級，管道過流有一定的受阻，運行受影響不大；YM=0.002，表明管段功能性缺陷類型為局部缺陷；MI=3.7，表明養護等級為Ⅱ級，無需立即處理，但需安排處理計劃。

3 結論與建議

3.1 結論

CCTV檢測的工作原理為可控機器人管內爬行采集數據，工作步驟為資料收集、現場踏勘、管道預處理、管道檢測4步，特點為檢測過程效率高、安全，檢測結果圖像清晰、直觀。

內因與外因共同作用致使城笏路地下污水管道存在56處缺陷，以破裂、變形及起伏為主，破裂、變形嚴重。管段存在重大缺陷，應立即修復；管道過流有一定的受阻，運行受影響不大，養護等級為Ⅱ級，無需立即處理，但需安排處理計劃。評估結果提出的修復與養護建議，為接下來的修復與運行管理提供數據支撐，同時為其他區域污水管道檢測評估提供參考。

3.2 建議

CCTV檢測的地下污水管道環境條件復雜，多種不確定性因素會造成檢測結果存在偏差。檢測機器人采集的數據僅為缺陷的表象特征，無法探明管道外部的具體情況，影響后續管道修復方案制定的精準性。不同的檢測人員對檢測機器人的控制與對圖像的理解與分析不同，將直接影響數據結果的可靠性。若在檢測前掌握各類環境因素、機器人采集更加全面的數據，不同的檢測人員均執行標準化的操作與分析，CCTV檢測結果將更加精準反映管道健康狀況。