中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
一、背景
城市供水系統(tǒng)作為城市生命線工程，對(duì)維持正常社會(huì)生活、生產(chǎn)秩序和公共安全至關(guān)重要。主干管“爆管”易引發(fā)全城供水危機(jī)、交通癱瘓等嚴(yán)重問(wèn)題。目前主要依靠居民報(bào)告或人工巡視發(fā)現(xiàn)爆管，往往造成大量水資源流失并嚴(yán)重影響城市正常運(yùn)行。為快速應(yīng)對(duì)爆管突發(fā)事件，特制定本監(jiān)測(cè)方案。
二、技術(shù)方向選擇
現(xiàn)階段兼顧實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)先選擇基于擬穩(wěn)態(tài)壓力和流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的方法。原因如下：
（1）成本優(yōu)勢(shì)：擬穩(wěn)態(tài)壓力監(jiān)控設(shè)備價(jià)格遠(yuǎn)低于瞬態(tài)波監(jiān)控設(shè)備，建設(shè)成本在自來(lái)水公司可接受范圍內(nèi)，且可提高布設(shè)密度。
（2）環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：擬穩(wěn)態(tài)設(shè)備在潮濕管道井甚至長(zhǎng)期浸泡水中等惡劣室外環(huán)境下的適應(yīng)性優(yōu)于瞬態(tài)波監(jiān)控設(shè)備。
（3）供電要求低：高頻采集設(shè)備對(duì)供電要求高，多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)難以滿足，而擬穩(wěn)態(tài)設(shè)備更易適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)供電條件。
三、爆管監(jiān)測(cè)的基本問(wèn)題與技術(shù)要點(diǎn)
（一）三個(gè)基本問(wèn)題
1.采用現(xiàn)有設(shè)備，爆管是否可監(jiān)測(cè)及監(jiān)測(cè)水平。 2. 在可監(jiān)測(cè)前提下，如何布置監(jiān)測(cè)網(wǎng)以提高效率和可靠性。 3. 監(jiān)測(cè)網(wǎng)建立后，如何利用數(shù)據(jù)快速識(shí)別爆管地點(diǎn)。
（二）十大技術(shù)要點(diǎn)及邏輯關(guān)系
技術(shù)要點(diǎn)包括爆管漏水量估計(jì)、爆管漏水量影響分析、管網(wǎng)壓力與流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)特征、爆管監(jiān)測(cè)能力、監(jiān)測(cè)網(wǎng)的最小可監(jiān)測(cè)爆管管徑、管道爆管強(qiáng)度、監(jiān)測(cè)網(wǎng)空間優(yōu)化、傳感器數(shù)量?jī)?yōu)化、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的在線分析與爆管實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)、爆管實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的有效性與質(zhì)量評(píng)估。這些要點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)，前五項(xiàng)用于分析爆管監(jiān)測(cè)能力，后五項(xiàng)圍繞監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)應(yīng)用展開。
四、爆管監(jiān)測(cè)能力分析
（一）爆管漏水量估計(jì)
可采用孔口出流相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式估算，在EPANET模型中可折算成相應(yīng)射流系數(shù)計(jì)算。實(shí)際流量系數(shù)范圍較寬，與來(lái)流速度、孔口大小相關(guān)。
（二）管網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)特征與背景噪聲
數(shù)據(jù)特征：供水管網(wǎng)壓力和流量數(shù)據(jù)以天為周期變化，且含隨機(jī)性。
背景噪聲：由用戶用水量、水泵閥門啟閉等隨機(jī)因素及儀器儀表自身波動(dòng)構(gòu)成。采用\(\Delta P_{t}=P_{t}-P_{t-3t}\)和\(\Delta Q_{t}=Q_{t}-Q_{t-\Delta t}\)表示壓力和流量波動(dòng)，2-3倍方差以內(nèi)的波動(dòng)可視為“噪聲”（95%-99%以下的波動(dòng)為合理擾動(dòng)），壓力波動(dòng)拐點(diǎn)范圍一般為0.6-1.5m。
（三）爆管沖擊影響分析
借助管網(wǎng)水力模型分析，采用設(shè)定漏水量或節(jié)點(diǎn)射流系數(shù)進(jìn)行。僅評(píng)估爆管影響范圍時(shí)，傳統(tǒng)流量驅(qū)動(dòng)模型基本可滿足要求，當(dāng)節(jié)點(diǎn)水壓低于16m后按線性比例和周建華模型折減時(shí)，壓力驅(qū)動(dòng)法與流量驅(qū)動(dòng)法區(qū)別不明顯。
（四）爆管最小可監(jiān)控管徑
特定管網(wǎng)中，爆管管徑小于某臨界值時(shí)，流量和壓力變化低于背景噪聲水平，現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)難以判別，該臨界值即為爆管最小可監(jiān)控管徑。
五、爆管監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)
（一）爆管強(qiáng)度 ：管道爆裂后的漏水量水平，作為監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)依據(jù)之一。 布局原則：優(yōu)先監(jiān)測(cè)重要管線和重要用戶，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)相對(duì)均勻，保證每根管道在有效監(jiān)控范圍內(nèi)。
（二）監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)量與空間布局優(yōu)化流程及成果表述
優(yōu)化流程：設(shè)定最少監(jiān)測(cè)設(shè)備數(shù)→空間布置優(yōu)化→增加設(shè)備數(shù)量→再次空間優(yōu)化→監(jiān)控管道覆蓋率增長(zhǎng)情況，直至增加量小于設(shè)定目標(biāo)。
成果表述：明確哪些管道被納入監(jiān)控范圍，繪制清晰的管線監(jiān)控分布圖，而非抽象數(shù)字。
六、爆管的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)
（一）爆管監(jiān)測(cè)步驟與方法
運(yùn)行流程： - 收集傳感器信息和水廠、泵站運(yùn)行狀態(tài)。 - 數(shù)據(jù)預(yù)處理，確保有效數(shù)據(jù)進(jìn)入分析模型，避免錯(cuò)誤數(shù)據(jù)導(dǎo)致誤判。 - 利用數(shù)據(jù)和模型分析是否爆管，對(duì)異?，F(xiàn)象解釋，必要時(shí)人工干預(yù)給出結(jié)論。
監(jiān)測(cè)評(píng)估級(jí)別： - 第一級(jí)別：識(shí)別是否發(fā)生爆管。 - 第二級(jí)別：判斷爆管位置，為搶修提供指導(dǎo)（需結(jié)合人工判斷，如熱線信息）。
定位方法：主要通過(guò)“漏斗法”，根據(jù)爆管后壓力下降漏斗判斷，有“時(shí)間窗ロ”限制（長(zhǎng)距離輸水管線約5min，大型供水管網(wǎng)約15min），分析程序需在1min內(nèi)完成，傳感器采集和傳輸周期不超過(guò)時(shí)間窗口。
（二）爆管在線監(jiān)測(cè)成果驗(yàn)證與評(píng)估
監(jiān)測(cè)結(jié)果類型：準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、誤報(bào)、漏報(bào)（普遍存在）。
誤報(bào)率要求：不宜超過(guò)1-2次/d，管理部門需制度上要求一線人員接受一定誤報(bào)率，報(bào)警后人工核實(shí)。
準(zhǔn)確率評(píng)估層次： - 第一層次：評(píng)估“是否發(fā)生爆管”的有效性。 - 第二層次：在確認(rèn)爆管后，評(píng)估爆管位置判斷的準(zhǔn)確性。
精度要求： - 城市管網(wǎng)定位到“街區(qū)”即可。 - 農(nóng)村偏遠(yuǎn)長(zhǎng)距離輸水，500-1000m基本滿足要求。
中交路橋科技依托勘察、檢測(cè)（含特檢）、設(shè)計(jì)等傳統(tǒng)行業(yè)能力，可提供“檢、診、修、應(yīng)”的全生命周期綜合一體化服務(wù)，推動(dòng)城市安全風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、應(yīng)用創(chuàng)新，提升城市安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)隱患發(fā)現(xiàn)、防范、化解、管控的智能化水平，為推動(dòng)城市安全發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障。在邁向智慧城市的新時(shí)代征程中，中交路橋科技將始終堅(jiān)守安全底線，不斷完善和優(yōu)化城市安全運(yùn)行綜合服務(wù)平臺(tái)，為城市的平穩(wěn)運(yùn)行貢獻(xiàn)科技力量。
