數字化技術助力城市主干道供水管道改造

劉鍇 馮偉喜 王維 黃嘉暉 時鵬

(廣州市自來水有限公司)

1.城市供水管網改造背景

1.1 城市供水的重要性

水資源在城市形成和發展中，起著關系城市生存、制約城市發展、影響城市風格和美化城市環境的重要作用。城市供水系統作為城市的重要基礎設施，保證了人們生產與生活的基本物質需求。城市供水系統從水源取水后，經輸水管送入水廠進行水質處理，處理過的水加壓后通過供水管網送至用戶。城市供水系統通常由水源、取水構筑物、輸水管、水廠、供水管網、加壓泵站等組成，為節約城市土地資源，供水管線通常敷設在道路或道路兩側下方，見圖1。

圖1 城市供水系統示意圖

1.2 供水管網改造的必要性

新中國成立以來，人民當家作主，歷經70 余載的辛勤建設，中華大地發生了翻天覆地的變化。南方某市作為一座有著兩千余年歷史的古城，在高質量發展的新征程中，以“老城市新活力”為指引，以“四個出新出彩”為抓手，積極探索中國式現代化的路徑。承擔著城市供水使命的某自來水公司，緊跟時代步伐，勇于探索創新，為城市的更新與發展，提供著有力的支撐與保障。然而隨著管材老化、地下水土腐蝕、地面下陷、道路拓寬、交通荷載增大、施工擾動、地震災害等因素影響，管道結構的完整性遭到破壞，出現了滲漏，甚至是爆漏問題。當城市供水主干管道發生爆漏時，由于水量大、水頭高，瞬間就能對路面交通及周邊的建筑造成嚴重影響，見圖2。

圖2 某供水管爆漏現場

1.3 50 年高風險管網改造工程

建國初期建設的自來水管網，限于當時的生產條件，管道材質相對落后；管道使用已超50 年，老化嚴重，易發生爆管，屬高風險隱患管道。為降低漏損率，提升供水效率與品質，自來水公司需對城區范圍的高風險隱患管道進行更新改造。然而由于該類管道多敷設在城市主要交通道路，路面車流量大，地下管線及構筑物復雜，沿線用戶多，如何最大程度減少管網改造期間對城市生產和生活的影響，成了一道棘手的難題。為妥善完成城市主干道上供水管網的改造，公司在各級主管部門的悉心指導下，在各參建單位的共同努力下，集思廣益、科學論證、多措并舉、標準化作業，安全、有序、高效完成了多項供水管道改造工程，受到各界認可。

2.東風路供水管道改造工程

2.1 工程概況

2.1.1 管網建設背景

廣州自來水公司于1957 年—1992 年陸續在東風路南北車道上安裝了其下屬水廠從西向東的供水干管，管材主要為灰口鑄鐵管及混凝土管，管線總長約18 公里，日輸配水量最高達50 萬立方米。東風路供水干管沿線商業、辦公、生產、居住點密布，涉及省政府、市委、市政府、軍區大院等重要用戶，是城市重要供水干管。

2.1.2 管網改造背景

2019 年初，東風路下方地鐵線二期工程開始施工。自地鐵工程施工起至2020 年8 月期間，東風路及周邊區域多次發生因地下水土流失、地基變動引起的供水管道爆漏事件。經綜合分析，地鐵工程施工造成的地面沉降已超出供水管道沉降安全范圍，加之東風路原有供水主干管管材老化嚴重，管道存在巨大爆漏風險。為保障供水安全，同時消解對地鐵施工的次生災害風險，經研究并請示后，決定對東風路供水管道進行整體改造。根據供水管道與地鐵工程的關系，劃分東風路區間段供水管道改造工程、東風路地鐵站體段供水管道改造工程兩個標段。

2.1.3 管道改造概況

東風路供水管道改造工程主要建設內容為新建DN100-DN1600 鋼管約17.4km，閥門井約97 座。工程內容包括管道溝槽、管道鋪設、溝槽支護、管道基礎工程、管道回填、閥門井、路面修復等（含臨時瀝青路面修復及永久路面修復），給水管道工程大部分區段采用明挖法，局部采用頂管施工。

2.2 項目重難點

2.2.1 交通疏解難度大

東風路為城市主干道，是連接城市三區的重要道路，沿線重點政府單位、企業眾多，承擔這座城市的重要交通職能。按照常規管道工程改造作業方式，需全天封閉一至兩個車道，該作業模式將對東風路車輛及人員通行造成巨大影響。

2.2.2 地下管線錯綜復雜

東風路地下管線密布，走向復雜，涉及燃氣、供電、供水、排水、通訊、國防、地鐵等多個產權單位設施。供水管線改造期間，易發生破壞其他管線的事故。

2.3 解決措施

2.3.1 實施管理模式創新

（1）開啟“白天交通——夜間施工”晝夜切換模式

因東風路位于城區中心，周邊建筑物密集，供水管道改造期間，基本無條件利用道路兩側空地或綠地新建臨時道路作為交通疏解道路。為分析管道改造工程占道施工對交通的影響，第一時間組織華南理工大學等科研團隊，對東風路及其重要路口進行車流量評估，以掌握現狀交通流量情況，為后續決策提供依據。部分交通路段流量如表1、表2 所示。

表1 農林下路與東風路交叉口東至西左轉（調查點）

表2 農林下路與東風路交叉口西至東右轉（調查點）

在對東風路車流量充分調研、認真分析的基礎上，為最大限度減少管道改造對交通的影響，提出了“白天交通—夜間施工”晝夜切換實施方案。即采用“夜間22 時起圍蔽部分路面進行施工，次日6 時前恢復路面并撤場還路于民”的實施模式，見圖1、圖2。該晝夜切換模式，得到了廣大市民及各級主管部門的理解與認可，得以實施。

圖1 白天恢復交通

圖2 夜間圍蔽施工（晚上10 時～次日6 時前）

圖3 夜間施工標準化作業流程示意圖

（2）制定標準化作業流程

在確定了“白天交通-夜間施工”的實施模式后，為在批復的時間內完成施工任務，在各參建單位的積極參與下，根據現場實際和前期實操經驗，群策群力，制定了夜間施工標準化作業流程，見圖3。

夜間施工標準化作業流程將整個夜間施工工序劃分為“施工前準備工作”“交通疏解及施工圍蔽”“打鑿路面”“管坑開挖”“支護處理”“基礎處理”“管道吊裝”“管道焊接”“焊縫檢測”“管坑回填”“攤鋪瀝青”“路面冷卻”“恢復交通”等十三個施工階段。

為確保白天的交通通行，施工前嚴格檢查各作業環節涉及的人、材、機等資源；施工過程，嚴格按照作業流程實施。此外，對每個施工工序都設置了熔斷時間節點，超過時間節點即刻對施工面進行回填并進行路面修復。并制定了分級上報機制，出現問題及時上報、及時解決。對于非無法抗力因素造成的施工延誤，如人員履職不到位、材料準備不充分、工人操作不熟練、各類響應不及時等不良行為，要求責任單位及人員深刻檢討，并進行問責處罰。通過實施落實夜間施工標準化作業流程，東風路供水管道工程在完成建設任務的同時最大限度保障了交通道路的通行能力。

（3）步步為營式管線摸查

面對地下管線錯綜復雜等困難，充分利用城市已有管線數據庫，定位出主要的地下管線位置，并組織經驗豐富的物探單位進行現場復核。在現有數據庫及現場物探的基礎上，現場做好標記，對應編制針對性管線保護措施。為避免現有數據庫不完全準確、前期現場物探漏探，在破除路面后，基槽開挖前，安排物探班組進行跟隨物探，再次復核管線位置。

在供水管線的基槽開挖時，對于存在既有管線的路段，在管線上方20 公分范圍內，安排人工輔助開挖土方；對于暫無發現既有管線的路段，嚴格控制挖掘機每次的開挖深度，最大限度地避免盲目施工造成的沿線管道破壞。

2.3.2 “溝通—協調—監管”一體化模式

（1）沿線單位、居民小區溝通

東風路沿線坐落多處重點企事業單位及大型居民小區，為確保溝通暢通，爭取獲得各單位及廣大市民對供水管道工程改造的理解并支持，充分借助多種方式及時傳遞工程信息。一是通過媒體發布新聞、現場張貼安民告知書、定期召開座談會、主動溝通協調屬地街道及居委會等方式，傳達項目實施的必要性、重要性以及現場實際進度等信息；二是安排專人及時回復及跟進市民熱線投訴，并根據重大考試周期調整施工時間，盡可能降低廣大市民的負面情緒。

（2）政府管理部門協調

為順利開展東風路供水管道工程，需按相關要求向交警、交通、水務、城管、綠化等部門申請各項行政許可，確保整個工程實施合法合規。同時，與各行政主管部門建立項目聯系信息工作群，每日匯報進度及現場情況；對于主管部門發現的問題，安排專人即刻響應并跟進整改。

（3）狠抓施工安全監管工作

自項目開工，自來水公司成立了領導班子、職能部室、項目部組成的三級安全監督管理體系，建立了由公司領導、中層干部、項目經理、專職安全員、業主代表組成夜間安全巡查組，排班每晚對夜間占道施工特別是需在次日早上按時恢復路面的建設項目進行現場巡查，檢查內容包括動火作業、有限空間作業及臨時用電的相關審批及作業、特種作業人員持證上崗、夜間標準化作業流程等，同時督導合理安排施工組織，確保施工有序、安全進行。

（4）建立日間巡查機制

為確保日間路面的通行安全，制定了各參建單位巡查匯報機制，要求監理單位日間巡查不少于一次；施工單位在7:00 早高峰前，中午12 時，晚高峰17 時前進行路面巡查，并把相關巡查情況及照片匯報工作群。為處理突發情況，在東風路沿線設立4 個應急物資存儲點，存放應急鋼板、冷料瀝青、水泥、砂石磚頭等應急物資。

2.3.3 技術創新保駕護航

在項目實施期間，各參建單位集思廣益，積極進行技術創新，通過與高校科研單位合作或引入各種先進技術，為工程的順利實施持續注入前行的力量。

（1）充分利用高校科研優勢

為減少東風路供水遷改項目的施工風險，推動該項目順利實施，聯合了華南理工大學等單位，進行了交通客流量仿真分析、道路施工安全評估分析等工作。通過三維仿真分析（圖4）及道路施工安全評估分析，掌握東風路各時段的交通流量特點以及施工期間周邊環境及重要構筑物的應力狀態，為科學設計交通疏解方案，確定合理施工工序與工期，進而科學安排人員、機械及物資，提供了寶貴建議與依據。

圖4 交通三維仿真分析

（2）積極引入先進設備

一是運用“互聯網+大數據”技術手段，與高德公司進行合作實現數據信息互通，為有效做好交通疏導，打下堅實基礎，見圖5；二是通過生物（人面）識別考勤管理系統建立施工班組人員臺賬，為做好班組人員管理及確實保障農民工權益，打下良好基礎，見圖6；三是購置和安裝無線視頻監控設備，為遠程在線安全監管，提供了利器，進一步夯實了施工現場安全管控基礎，見圖7。

圖5 及時更新導航地圖

圖6 人臉識別考勤

圖7 無線視頻監控

2.4 完成情況

在克服重重困難后，東風路供水管線改造工程于2022年9 月順利完工。項目的完滿實施，提高了區域供水安全，提高了約150 萬居民的用水服務質量，社會效益顯著；避免管網爆漏風險損失，經濟效益明顯；持續優化城市交通及營商環境。

3.結語

城市主干道作為城市交通的命脈，是市民出行、物資流轉的重要交通要道，是城市正常運轉的基礎設施。為了城市的繼續繁榮與發展，老城市呈現出新活力，舊城區破舊供水管線的升級改造同樣迫在眉睫。在城市主干道進行供水管道的改造，雖然會對當下的城市交通造成了一定影響。但通過充分調研、科學論證、標準化作業、精細化管理、技術創新、全面溝通協調等措施，能夠最大限度減少供水管道改造期間對城市生產與生活的影響，實現了短期利益和長遠利益之間的平衡。總結東風路供水管道改造工程的經驗，幾點思考如下：

（1）城市主干道供水管道改造工程，因其所處地理位置重要，稍有不慎就可能造成交通癱瘓，進而影響城市運行的嚴重后果。為此，在制定實施方案階段，應組織參建單位進行充分的調查，以準確掌握道路上方的車流量特點、道路下方既有管線及構筑物分布情況以及工程地質概況等基本信息，并通過參觀調研、專家把脈、專題會議、可視化仿真分析等途徑，完善方案的每個細節。

（2）城市主干道供水管道改造工程，施工場地狹窄，作業環境復雜，各環節作業時間短；施工場地外交通不間斷，交通疏解壓力大，交通安全壓力大。因時間緊與空間窄，加之施工場地內外環境復雜，整體上實施難度極大，安全、文明、質量壓力大。在復雜環境下，快速流水標準化作業，短時間內需注意并完成的細節多，對各級管理人員的統籌、指揮、應變能力要求高，對班組作業人員的現場操作能力、心理素質要求高。為此，在標準化作業的基礎上，尚需各參建單位高度重視，投入足夠的精兵強將，方能保質、保安全完成施工任務。

（3）城市主干道供水管道改造工程，沿線的單位多、居民多，及時通過各層次、多途徑、多方式將工程改造的必要性、改造進度等關鍵信息快速傳遞至受影響的單位及居民，爭取獲得理解及支持，對工程的順利實施非常重要。

（4）城市主干道供水管道改造工程，當采用“白天交通，夜間施工”晝夜切換模式時，因采用非連續施工的方式，且均在夜間施工，管道的連接、基槽的回填等隱蔽工程驗收同步開展，存在監管薄弱環節，可采用視頻實時監控、施工過程全程影像記錄等方式，將施工過程記錄下來，以加強監管，確保人員履職，進而保障工程質量。

（5）城市主干道供水管道改造工程，為城市工程建設的一部分，應充分利用既有的智慧城市數字化平臺、BIM建筑信息化軟件等數字化技術手段，為工程決策提供依據。在完成改造后，及時更新管線信息，確保數字化平臺上管線信息的準確性。