城市排水管網健康檢測關鍵技術及其應用

王滿，朱清海

(重慶市勘測院，重慶 401121)

1 引 言

隨著城市建設的發(fā)展和城市化進程的提速，排水管網作為市政基礎設施的重要組成部分，肩負著雨污水的收集、輸送和排放功能，是城市的地下生命線，也承擔著城市防澇的重要作用，與城市安全和人居環(huán)境息息相關。城市排水管網在日常運行使用中，受到管材本身壽命及維護保養(yǎng)措施等因素的影響，會不斷出現(xiàn)老化、病害等缺陷問題，缺陷的產生導致地下水的滲入，直接影響著管網的運行安全、增加污水運輸成本等各方面的危害[1]。

利用相關檢測設備及技術對排水管網進行定期健康檢測，準確掌握排水管網的健康狀況，及早發(fā)現(xiàn)并解決問題，為管網維護保養(yǎng)和管理決策提供科學依據(jù)，既可以減少排水管網事故的發(fā)生，也可以延長管網的使用壽命。

隨著排水管網健康檢測技術的發(fā)展，目前國內外有多家管網檢測儀器設備生產公司和相應配套的數(shù)據(jù)后處理系統(tǒng)，各有特點，但多數(shù)處理系統(tǒng)主要針對CCTV電視檢測數(shù)據(jù)定制，同時使用儀器廠商隨機軟件根據(jù)定制模板生成管道檢測與評估報告，功能單一、成果不直觀，對多源檢測數(shù)據(jù)兼容性不強，檢測數(shù)據(jù)及成果管理混亂，對后續(xù)的管道修復與養(yǎng)護和定量數(shù)據(jù)分析及相關設計運用指導性意義不大[2～4]。

面對不同廠商、不同類型檢測儀器的眾多管道健康檢測數(shù)據(jù)成果，對成果進行有效處理和統(tǒng)一管理對成果的后續(xù)利用極其重要。本文結合重慶地區(qū)開展的排水管網健康檢測工作，對管網檢測的關鍵技術及方法進行梳理，形成了一套內外業(yè)一體化作業(yè)流程，并設計了管道檢測數(shù)據(jù)處理平臺，對檢測數(shù)據(jù)進行科學規(guī)范的信息化管理，使檢測成果更加多樣化，使用更加便捷有效。

2 排水管網健康檢測關鍵技術

廣義的排水管網健康檢測主要包括排水管道缺陷檢測、檢查井(雨水口)檢查、雨污混接調查等[5，6]。

2.1 排水管道缺陷檢測

排水管道缺陷檢測主要采用電視檢測(CCTV)、管道潛望鏡檢測(QV)、聲吶檢測和傳統(tǒng)檢查方法。

電視檢測是采用遠程采集圖像，通過有線或無線傳輸方式，對人員無法直接到達的管道內部狀況進行顯示和記錄的檢測方法。其內窺檢測可以像人一樣在管道內部觀看和行走，已成為排水管道檢測領域使用最廣泛的方法，特別是作為管道結構性缺陷檢測的主要手段。

管道潛望鏡檢測是采用裝置有攝像頭和照明燈具的拍攝桿頭在檢查井內對管道進行快速檢測。其圖像清晰、直觀，視頻檢測結果可追溯、可記錄，檢測成本低。主要用于排水支管、雨水連管等長度較短的管道快速檢測，以及排水主管道的淤積情況檢測。

聲吶檢測是采用聲波探測技術對管道內水面以下的狀況進行檢測的方法。可用于在有水的條件下檢測各類管道功能狀況和部分結構缺陷，但其結構性檢測結果只能作為參考，必要時需采用電視檢測驗證。

傳統(tǒng)檢查方法是采取人員在地面巡視檢查、進入管內檢查(確保安全的前提下)、反光鏡檢查、量泥斗檢查、量泥桿檢查、潛水檢查等簡單方法的統(tǒng)稱。該方法雖存在安全、粗糙、不準確以及對檢測人員職業(yè)素質要求高等問題，但經濟、快捷、方便，必要時可以采用。

管道檢測方法應根據(jù)現(xiàn)場的具體情況和檢測設備的適用性進行合理選擇，當一種檢測方法不能全面反映管道狀況時，可采用多種方法聯(lián)合檢測。

2.2 檢查井(雨水口)檢查

檢查井、雨水口和排水口作為排水管網重要的附屬設施，是管道檢測與維護的重要工作入口。在進行管道檢測前，首先要對檢查井和雨水口進行內外部檢查，不僅因為其檢查項是管道系統(tǒng)檢測的重要內容，更因為其現(xiàn)狀條件直接關乎管道檢測工作的安全和方法。排水口調查是通過排水的現(xiàn)狀情況來評估與其相關聯(lián)的排水系統(tǒng)的缺陷。

2.3 雨污混接調查

在分流制的排水系統(tǒng)內，雨污混接調查是通過綜合運用人工調查、儀器探查、水質檢測、煙霧檢測、染色試驗、泵站運行配合等方法，查明調查區(qū)域內混接點空間位置、混接點流量、混接點水質等要素，在有條件時，還應查明混接源的空間位置、水量及水質，進而對調查結果進行分析和判斷，得出雨污混接程度的評估結論。

地下水等外來水入滲調查和污水外滲調查等在排水管網健康檢測時可根據(jù)實際需求開展。

3 管道檢測數(shù)據(jù)處理平臺

3.1 平臺概況

針對目前市面上管網檢測設備種類多，管網檢測方法各異帶來的檢測數(shù)據(jù)管理混亂，數(shù)據(jù)處理依附隨機軟件，作業(yè)流程復雜、數(shù)據(jù)統(tǒng)計繁雜易錯、報表手工編輯效率低等問題，基于AutoCAD編制了管道檢測數(shù)據(jù)處理平臺，實現(xiàn)了多源(多種檢測設備、多種檢測方式)管網檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理[7]。

如圖1所示，管道檢測數(shù)據(jù)處理平臺將管網空間屬性成果(北京山維EPS繪圖軟件的EDB格式數(shù)據(jù))和檢測數(shù)據(jù)成果(深圳施羅德-地下管網智慧云數(shù)據(jù)平臺的Database數(shù)據(jù)庫和MPEG視頻影像、武漢中儀-管道檢測視頻評估報告軟件的Database數(shù)據(jù)庫和Videos、Pictures視頻影像)進行有效關聯(lián)，并依據(jù)《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術規(guī)程》(CJJ 181-2012)及地方規(guī)定，形成了包含數(shù)據(jù)導入、編輯處理、檢查核對、缺陷空間定位、評估與分析、報表輸出、報告生成和圖件繪制等功能的完整數(shù)據(jù)處理流程，解決了管道檢測數(shù)據(jù)與管網空間成果關聯(lián)性不強、數(shù)據(jù)管理混亂、成果不直觀、數(shù)據(jù)處理效率低等問題。

圖1 管道檢測數(shù)據(jù)處理平臺界面

3.2 主要功能

(1)數(shù)據(jù)導入與缺陷檢查

平臺默認導入施羅德管網檢測成果數(shù)據(jù)格式(庫文件和視頻影像文件)，對CCTV、QV和聲吶檢測成果在隨機軟件進行初步處理后，直接導入平臺進行視頻、影像和缺陷展示，并可對缺陷判定情況進行逐條檢查核對和檢查整改情況標記，檢查整改過程自動入庫，如圖2所示。

圖2 多源檢測數(shù)據(jù)導入

中儀檢測數(shù)據(jù)可在平臺進行格式轉換后導入平臺進行上述展示和缺陷檢查整改，如圖3所示。

圖3 中儀檢測數(shù)據(jù)格式轉換

人工檢測主要針對大型管涵，管段長，地面檢查井少。視頻影像采取入工進入拍攝，管網空間屬性和缺陷屬性實測獲取，后對獲取的成果轉換為入庫文件，以便進行數(shù)據(jù)管理和下一步的缺陷成圖，如圖4、圖5所示。

圖4 人工檢測數(shù)據(jù)格式轉換

圖5 人工檢測成果轉換后導入平臺

(2)數(shù)據(jù)一致性檢查

外業(yè)檢測管段的屬性信息多為現(xiàn)場錄入，難免出現(xiàn)錯誤和不一致現(xiàn)象，導致檢測數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)無法關聯(lián)，可在成圖前對管段、埋深、管徑等進行一致性檢查，對不一致的管線分析錯誤原因，及時進行改正，必要時重新檢測，如圖6所示。

圖6 一致性檢查

(3)缺陷空間化

管道缺陷的成圖是指導后期修復與養(yǎng)護的關鍵環(huán)節(jié)，平臺通過管道空間長度、井室長度、檢測起終點號、缺陷位置、缺陷長度等信息對空間屬性成果和檢測數(shù)據(jù)關聯(lián)處理，將缺陷精確定位并以此繪制缺陷分布圖，如圖7、圖8所示。

圖7 缺陷空間化

圖8 缺陷分布圖

(4)管道評估和報表、報告生成

平臺可以依據(jù)規(guī)程計算公式計算相關指數(shù)，對管道進行評估(圖9)，同時生成管道檢測與評估報告及相關報表的生成，可依據(jù)載體、所屬道路、管道材質、權屬單位、斷面尺寸等進行缺陷統(tǒng)計與查詢。同時可以根據(jù)入庫需求導出項目MDB文件用于其他軟件平臺的調用等，以上功能均支持批量處理。

圖9 管段評級

4 項目應用

4.1 項目概況

項目位于重慶市沙坪壩區(qū)西部新城某街道的城市建成區(qū)，測區(qū)面積約 7.05 km2，主要由7橫6縱共13條道路及其圍合地塊組成，東西兩側有梁灘河和虎溪河穿過。該區(qū)域道路已建成多年，周邊地塊陸續(xù)開發(fā)，排水管網負荷日益加重，管道缺陷問題時有發(fā)生，部分地塊在建，施工不規(guī)范等問題也對原有市政管網造成了一定的損壞。本次對測區(qū)內的市政(約120km)和地塊(約 86 km)排水管網進行健康檢測，其中市政排水管網需進行管道缺陷內窺檢測。

4.2 作業(yè)流程

本次排水管網檢測主要包括工作準備、內外業(yè)一體化作業(yè)和成果匯總提交三大環(huán)節(jié)。

排水管網健康檢測外業(yè)是在內業(yè)準備的基礎上，管網普查的同時進行檢查井(雨水口)的檢查、雨污混接點調查和市政排水管網缺陷的內窺檢測。檢查井(雨水口)的檢查采取人工開井調查和拍照取證的方式，同時將存在的內外部問題實時記錄于掌上電腦。混接點調查檢測采取人工排查、溯源追蹤、水質檢測和拍照取證的方式，同時將混接位置和混接情況在掌上電腦進行標注。市政管網內窺檢測根據(jù)管徑、流水量、安全評估情況等主要采取CCTV電視檢測，輔以QV檢測，部分降水困難的滿負荷管道采取聲吶檢測，經評估安全性高的雨水箱涵和大管徑排水管道采取人工下井錄像、拍照和實測缺陷位置的方式進行檢測。

檢測儀器采用了施羅德公司和中儀公司的內窺檢測設備及各自的隨機處理軟件，檢測成果及時清理，在檢測設備的隨機軟件中進行初判和編輯之后導入自編的管道檢測數(shù)據(jù)處理平臺進行進一步編輯處理。同時結合管網排查空間屬性成果對檢測成果進行檢查核對、缺陷成圖、報表報告制作等，成果滿足規(guī)程及業(yè)主驗收要求。作業(yè)中對內業(yè)處理和質量檢查過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時反饋進行外業(yè)補測直至成果符合要求為止。排水管網健康技術流程如圖10所示。

圖10 排水管網健康技術流程示意圖

4.3 檢測結果

本項目共完成排水管道內窺檢測約120 km，其中CCTV檢測 78 km，QV檢測 38 km，聲吶檢測 2.8 km，傳統(tǒng)人工下井檢測 1.2 km。共排查缺陷 4 954處，缺陷長度 33.6 km，其中1級(輕微)、2級(中等)、3級(嚴重)、4級(重大)占比分別為48.7%、32.1%、12.4%、6.8%。

結構性缺陷2 587處，缺陷長度 3.1 km，其中1級、2級、3級、4級占比分別為41.6%、41.5%、12.6%、4.3%(圖11)。

圖11 結構性缺陷個數(shù)

功能性缺陷2 367處，缺陷長度 30.5 km，其中1級、2級、3級、4級占比分別為56.4%、21.8%、12.3%、9.5%(圖12)。

圖12 功能性缺陷個數(shù)

另外檢修井(雨水口)調查 12 941個，其中問題井(雨水口)4 530個，占比35%。雨污混接點136處，1級(輕度混接)、2級(中度混接)、3級(重度混接)占比分別為64.6%、27.2%、8.2%。

4.4 主要成果

在管道檢測數(shù)據(jù)處理平臺中，對管道檢測成果和排水管網空間屬性成果進行后處理，主要繪制的圖件有：排水管道結構性缺陷及修復等級圖、排水管道功能性缺陷及養(yǎng)護等級圖(圖13)、排水管道檢測方法圖、排水管道問題檢查井分布圖(圖14)、混接點分布圖(圖15)和排水管道沉積狀況縱斷面圖(聲吶檢測)等圖件。形成的表格有：排水管道缺陷統(tǒng)計表、管段狀況評估表、排水管道檢測詳表、排水管道檢測記錄表、檢查井(雨水口)檢查表、混接點調查表和排水口調查表等。同時對項目區(qū)域內各條道路上的缺陷及三四級缺陷(急需處理)進行了分類統(tǒng)計(圖16)，為后續(xù)的管道修復與養(yǎng)護和整改設計提供了豐富的管網健康檢測成果。

圖13 排水管道缺陷分布圖(局部)

圖14 排水管道問題檢查井分布圖(局部)

圖15 混接點分布圖(局部)

圖16 缺陷道路分布個數(shù)示意圖

5 結 語

根據(jù)城市排水管網健康檢測的多源檢測數(shù)據(jù)，通過管道檢測數(shù)據(jù)處理平臺進行科學、合理的信息化管理，對檢測數(shù)據(jù)進行高效便捷處理，簡化了作業(yè)流程，提高了生產效率，并能根據(jù)管理方需求提供多樣化、多形式的檢測成果，為后續(xù)的管網修復、維護或者重新改造提供了翔實的基礎數(shù)據(jù)，能夠科學地指導修復、維護方案，在城市排水管網的健康檢測和智慧排水管網的建設過程中有一定的推進作用。