排水管網提質增效數據采集及質量控制的應用

張從軒，張現國，劉曉芳，2，郝羽，2

(1.北京首創生態環保集團股份有限公司，北京 100032； 2.北京水星環境有限公司，北京 101500)

1 引 言

2019年國家出臺《城鎮污水處理提質增效三年行動方案》，各地相繼開展消除黑臭、管網修復與改造、空白區消除等一系列措施，以達到污水處理提質增效的工作目標。排水管網排查作為“摸清家底”的關鍵工作，對推進污水收集處理設施改造和建設顯得尤為重要。

排水管網作為地下隱蔽市政設施，需要多手段才能準確采集管網屬性信息。但長期以來存在諸多問題，主要體現在以下方面：①現狀不清。“家底”不明是當前我國城市地下管線存在的主要問題之一[1]，管網周期性排查率低，相關年鑒也缺乏對管網運行指標數據的統計。②缺乏統一信息化管理。大部分城市管網數據資料以紙質圖紙為主，管理方式分散、不系統[2]，若把這些資料進行轉化需要花費大量的人力和時間。③數據不完整、錯誤率高。一般的管網CAD圖紙數據有限，還存在圖紙和實際情況不符現象。④現行數據標準難以滿足提質增效要求。現行標準更強調建立格式統一、信息完整的城市排水防澇設施數據庫[3]，而提質增效注重污水收集和處理效能。

面對上述問題，本文以現行標準規范為依據，結合污水處理提質增效，制定管網數據采集標準，研究數據質量控制方法，并結合項目實踐以期為提質增效下排水管網數據采集提供借鑒與參考。

2 排水管網數據采集標準制定

2.1 制定原則和依據

在制定數據采集標準過程中應遵循政策導向性、采集高效率、格式規范化、數據高質量和服務信息化的原則。另外，漢京超[4]發現InfoWorks ICM在輔助排水系統提標方案深化中效果突出；白小晶等[5]基于監測數據和模型模擬結果制定排水管網的養護措施，因此遵循現行標準基礎上需結合模擬軟件對數據的要求制定采集標準。

2.2 數據篩選與分類

排水管網數據信息按設施類型可分為檢查井(窨井)、管道、泵站、閘壩及其他附屬構筑物等信息；按空間拓撲關系可分為點、線和面信息；按管網狀態可分為結構信息、運行信息、瓶頸缺陷信息。根據以上分類方式，結合污水提質增效的要求，對排水管網涉及的設施和信息類型進行了篩選，如圖1所示。篩選后提質增效范疇共14個信息表(332個字段)，數據量仍然較大，將同一類型或結構相似的進行表格合并，分類如表1所示。

圖1 排水管網信息類型篩選

排水管網數據采集表 表1

2.3 數據采集標準化

按照不同字段服務價值對屬性信息采集字段標準進行制定，內容如表2所示。表格中以標識碼來區分每條記錄信息，每個標識碼后面的數據信息具有唯一性。將不影響設計和分析的字段(如附屬物描述、井底形式等)及無法獲取的字段(如：潮位曲線、連接方式等)作了刪減；同時增加能充分反映管網運行現狀的字段(如水流方向、排水水量(質)、對應照片等)。在字段優化方面，盡量填寫最原始未加工處理的探測數據(如用深度代替高程)以提高工作效率。其他新增字段中，“連接后綴”表示是否為平行管，“是否有毒”用以反映管道厭氧環境，“河道水質”用以作為管網模型模擬的邊界條件[6]。

排水管網屬性字段 表2

管網運行狀態檢測和監測方面，采集字段內容如表3所示。王浩正等[7]研究表明國外通常利用內部檢測數據評估管網當前狀態，但目前國內針對管道檢測評估的技術規范要求只有《城鎮排水管道檢測與評估技術規程CJJ 181-2012》參考，大部分檢測設備內置的數據字段也按照此規范制定，因此檢測表格字段在此為基礎增加部分，“平均淤積比例”以分析判斷管網淤泥瓶頸段區域，“是否接口點”來快速鎖定管道缺陷位置。在水質檢查指標字段中，主要選取可輔助判斷河水倒灌、清水入滲、雨污混接、工業廢水超標排放等問題的水質指標。

檢測和檢測信息字段 表3

綜上與現行的規范標準進行對比，如圖2所示，本數據采集標準字段共計251個，比各類標準數據字段總和減少20%，字段數量優化明顯。

圖2 各數據采集標準字段數量對比

3 排水管網數據質量控制

3.1 質量控制過程

排水管網數據質量控制目的是保證采集數據的準確性，為提質增效提供可靠的數據支撐。

源頭規范：包括對填寫方式、數據類型、工作記錄等方面的約束。

過程跟蹤：目前常用的過程控制方式包括巡視檢查、旁站、平行檢驗、成果抽檢和驗算校核等。

多級檢查：包括自檢、專檢、復核等檢查層級，有些項目甚至采取互檢的方式以期保證數據的質量。在抽查復核時，檢驗點應均勻分布在項目區塊內，驗證量不少于管道總長度的5%[9]。

3.2 質量控制流程

基于以上過程結合質量控制中涉及的不同單位，采取的流程如下。可自主選擇自行或委托第三方單位進行質量復核。

圖3 數據質量控制流程

3.3 質量檢查核心要點

管網數據質量檢查包括5個方面：

完整性檢查：保證成果文件無缺漏，然后檢查數據是否存在空值；同時核對涉及的照片、視頻等影像文件數量的完整性，以上過程應全部檢查。

準確性檢查：包括數據字段、缺陷判讀和拓撲關系的準確性。其中字段檢查主要有坐標、系統類型、尺寸等；缺陷判讀檢查應參照規范規定檢查。拓撲關系檢查主要根據其典型數據錯誤進行，可分為管線連接錯誤、節點錯位、管線缺失、管道逆坡及管道重復等[10]；需結合現場進行復核，并均勻抽樣。

一致性檢查：判斷探測和檢測時管道類型、深度、管材、管道形狀、管道尺寸等是否一致，采取全部檢查。

唯一性檢查：標識碼在表格中為唯一記錄，照片和視頻不存在重復，采取全部檢查。

規范性檢查：包括文件夾結構和文件命名統一規范。

4 工程應用與實踐

4.1 管網數據展示

以淮安區黑臭水體整治PPP項目(簡稱“淮安項目”)為案例，根據以上制定的標準化數據表格，對淮安區的排水管網現狀和問題進行排查檢測和數據采集。本文選取某區域內的管網信息以專題圖形式進行展示如圖4～圖6所示：

圖4 雨污水管線分布及局部細節

圖5 排水口及混錯接分布

圖6 檢測及缺陷分布

對比使用數據采集標準前后的工作效率，發現與傳統管網探測的數據標準下工作相比，雖然當前采集工作量提高約79%，但數據處理過程的工作效率提升25%，如圖7所示：

圖7 與不同標準下的工作效率對比

4.2 數據質量檢查

對上述某片區已完成的排水管網數據進行質量初檢和復檢，檢查內容如表4所示。按照上述檢查內容進行初檢進行整改，然后對提交的成果進行復檢，得出以下結論：①完整性方面，除現場照片外，其余成果在兩次檢查中均未有缺漏。對于表格數據，初次提交中空值問題較為突出，空值率(存在空值的記錄數/所有記錄數*100%)為41%，復檢后空值下降至11%；②準確性方面，異常值問題主要集中在數值單位錯誤，坐標填反，節點類型錯誤等，其中前兩項可有效整改，但節點類型在復檢中仍有問題，主要對截流井、倒虹井關鍵節點無法準確判斷。通過抽檢(5%抽檢率)方式，發現缺陷判讀錯判率浮動較大，平均為5%；在拓撲關系上，兩次檢查發現孤立管段占比較高(3%)，這可能與現場無法進行檢測有關；③一致性上，管道探測表和檢測評估表中每個管段的屬性信息基本一致；④唯一性上，標識碼編寫失誤是造成重復記錄主要原因，兩次檢查均未發現重復文件。⑤規范性上，除現場照片外，其他命名均符合規范。

排水管網數據檢查內容 表4

5 結 論

結合提質增效政策及現行數據相關標準，對排水管網數據采集進行標準化制定是非常必要的。數據是分析決策的基礎，過程質量控制可保證數據真實與可靠。

數據采集中易形成采集端和處理端的脫節或數據損耗，未來須探索內外業一體化的數據采集方式；在質量管控方面，需開發出專業檢查工具以提高檢查效率。