苏州排水管道完整性评价系统的设计及应用

苏州排水管道完整性评价系统的设计及应用

张艳1谷林辉2李杨3

1苏州市供排水管理处；2武汉众智鸿图科技有限公司；3、苏州智品信息科技有限公司

摘要：本文介绍了苏州排水管道完整性评价系统的设计与实现。根据苏州市《关于高质量推进城乡生活污水治理三年行动计划的实施意见》，对排水管道进行检测和缺陷评估，结合GIS平台实现了检查结果电子化、评估结果自动化、管网状态可视化。该系统能够有效为维修养护提供指导意见，形成排水管网的生命周期管理。

关键词：排水管网；管道完整性；缺陷评估；GIS平台

引言

排水管网大多数都是地下管网，在管网运行过程中的管网破损、异物入侵等问题很难被发现。虽然近年来地理信息系统（GIS）项目纷纷落地上马，极大的加强了数据的空间可视化，并且通过结合各种物联网感知器件，更是做到了数据的实时展示。然而对于排水管网来说，地理信息系统的建设仅仅是让原本深埋地底的管道能够清晰的呈现在运营者的眼前，形成一套从源头接入到污水处理厂的网络，通过在线仪表能够掌握厂网实时运行情况，但依旧无法满足实际管理需求。

设计与实现

现状

实际运行过程中为了了解排水管网的物理状态，运营单位会定期的进行结构性检查。检查过程一般分为清淤、封堵、闭路电视系统进行管道检测（以下简称“CCTV检查”）以及管道潜望镜检查（以下简称“QV检查”）。成果报告通常是纸质文档附加电子数据光盘，其中纸质文档的检查记录一般以检测顺序编写，检查结果和GIS系统无法一一对应。特别是检查过程中的视频资料处于一个比较尴尬的地位，数量多且查询不便。

功能需求

基于当前浏览、查询管网结构性检查结果所面临的困难，我们需要建设一套适用于历史资料同时兼顾未来检查结果的“排水管道完整性评价系统”（以下简称“系统”）。系统应当能够实现在根据检查过程中问题点的危害程度及治理的难易程度，结合实际情况综合考虑、系统评估，对检查出的问题点进行评估定级。同时能够结合GIS系统，通过在地图展示每个问题点，对于关联的管线或附属物按照时间顺序逐一展示所有相关问题点的详细信息，包括该问题点记录对应的多媒体检测视频信息、照片信息等。系统可以导出基于GIS的排水管网检测报告及专题图，并结合大屏展示系统方便调阅，为管网管理做出更好的辅助决策分析提供参考依据。

标准的选择

根据行业发展和本地实际情况，在目前多部相关技术规程中选择使用CJJ181-2012《城镇排水管道检测与评估技术规程》（以下简称“规程”）作为标准建立缺陷评估系统，同时结合GBT51187-2016《城市排水防涝设施数据采集与维护技术规范》建立管道检测与评估数据库。

数据结构

系统的数据结构在参照规范的同时为满足实际业务需求，需要满足以下要求：

1．以现有GIS数据为基础确定监测区域的整体情况。

2．排水系统分为不同测区，多个测区对应一个排水系统。

3．不同于以往的专注于缺陷点分析，对于结构和功能完好的管段同样需要导入系统。

4．多媒体文件（视频、照片）与检查点为多对多关系。单个检查点可以存在于多个多媒体文件中，单个媒体文件也可能包含多个检查点。

5．每个缺陷点都需要提供所在检查视频中的发现时间，实现系统能够快速定位至视频位置的功能。

评价流程

通过对规程的梳理，本系统设计采用以下评估流程：

三维自动建模

在本系统中，利用已有GIS数据将作为管线三维自动建模的数据来源，根据管线的材质和用途，以及管线之间的空间位置关系，构建综合管线三维模型。通过字段映射的方式导入必要字段（线字段：起点编号、终点编号、起点埋深、终点埋深、管径、材质、埋设方式、流向，点字段：地面高程、特征、附属物），并允许添加新的属性。通过值域映射的方式渲染相应模型或纹理（如：附属设施、井室尺寸、材质等）

基本业务功能

系统首页采用设计结合已有GIS数据，支持管网检查结果的导入导出，支持成果报告的查询统计，可以利用已有数据配置个性化专题图。数据浏览与筛选方面考虑用户体验，减少使用下拉菜单，尽量选择按钮形式，方便用户直观感受数据的变化。

管网缺陷分析

管线检查结果使用数据模板的方式导入系统，由于行业标准与各地地方规程在数据结构上差异不大，历史数据可以较方便的批量处理，未来数据则可要求外业公司按照行业标准提交成果资料。

数据结果导入系统后，系统能够按照结果中的缺陷等级赋予得分，方便后续健康度分析，同时在地图上以气泡点的形式分布缺陷。缺陷点关联所属管段和该次检测视频，管段关联历次检测视频，从而实现对管网缺陷发展的跟踪。

系统采用立体几何方式展示管线，同时挂接缺陷详情（使用时针定位法标注）、视频资料。检测视频的进度条匹配缺陷发现时间。

管网健康度分析

本系统按照规程将管道检测结果分为两类：结构性缺陷、功能性缺陷。

对于结构性缺陷

修复等级RI=0.7×F+0.1×K+0.05×E+0.15×T

其中F——管段结构性缺陷参数；K——地区重要性参数；E——管道重要性参数；T——土质影响参数。（取值详情参照规程。）

结构性缺陷等级I：F≤1，RI值范围：0<RI≤2.2，修复等级区间为I、II。

结构性缺陷等级II：1<F≤3，RI值范围：0.7<RI≤6.6，修复等级区间为I、II、III。

结构性缺陷等级III：3<F≤6RI值范围：2.1<RI≤22.2，修复等级区间为II、III、IV。

结构性缺陷等级IV：F>6RI值范围：4.2<RI，修复等级区间为III、IV。

对于功能性缺陷

养护指数MI=0.8×G+0.15×K+0.05×E

其中G——管段功能性缺陷参数；K——地区重要性参数；E——管道重要性参数；（取值详情参照规程。）

功能性缺陷等级I：G≤1，MI值范围：0<MI≤0.8，管段养护等级区间为I。

功能性缺陷等级II：1<G≤3，MI值范围：0.8<MI≤2.4，管段养护等级区间为I、II。

功能性缺陷等级III：3<G≤6MI值范围：2.4<MI≤16.8，管段养护等级区间为II、III、IV。

管段养护等级IV：G>6MI值范围：4.8<MI，修复等级区间为III、IV。

根据最终得到的数据，在系统中渲染管线颜色，从而帮助管理者了解目前管网检查结果的现状。

结语

苏州排水管道完整性评价系统为提升运营水平，保障苏州高质量发展提供数字化管理手段。系统目前功能已初步建设完成，部分模块继续优化，后续可结合液位计、流量仪、雨量计等各类在线检测仪表，利用城市三维模型扩展污水在线水力模型、淹没分析等功能，做到排水一体化管理。