北美城市供水管网运维安全管理实践

供水管网的全生命周期管理是城市供水管网系统管理的发展趋势。北美城市在这方面的实践经验可为我国的行业发展提供借鉴。目前，在全生命周期管理实践中，传统的方法主要依赖于桌面分析，即根据管龄、爆管频率或管线折旧方法更换管道。然而，这种方式非常粗略，容易出现还具有使用寿命的管线就被换掉的浪费情况。因此，动态的、基于管线风险管理的数据收集及分析是更经济有效的方法，能够提高管线修复及更换的资本投入效率，在有限的资金投入下有针对性地进行管网的维护、升级和改造。

美国圣地亚哥水务局近年来采用先进的管线评估方法和数据可视化工具，开展供水管网系统的全生命周期管理。管理结果表明，这种动态的、基于风险管理的策略可以提高管线寿命的预估精度，增加主动型维修的次数，提高管线修复计划的效率。

作为圣地亚哥唯一的供水单位，圣地亚哥水务局的供水面积为3 700 km2，供水人口300 万人，负责运营和维护480 多km 的大口径管线，管线口径大多为1 200～2 800 mm，管材主要包括焊接钢管、预应力钢筒混凝土管(PCCP)、钢筒形条绕的混凝土压力管(BWP)和钢筋混凝土管(带钢筒和不带钢筒)。

1991年，当地水务局即启动了对所有管线的全面评估项目，目标是避免突发性的爆管，通过调查、检测和监测，了解管道现状，采取指定性的管线维修和更换措施，达到延长管道使用寿命的目的。起初，圣地亚哥水务局从目视法和敲击法开始，然后逐步应用多项先进的状态评估技术，分阶段陆续展开地下管线的全面评估。包括：

(1)1992年开展腐蚀调查，于1997年12月完成第一阶段评估。

(2)1999年采用电磁法检测技术检测PCCP，得出PCCP 管道的断丝情况。

(3)2001年4月启动第二阶段评估。

(4)2003年3月安装6个水听器阵列，在2006年为79 km 的PCCP 安装了AFO 声监测系统，监测管道断丝变化情况并提供预警。在安装水听器阵列期间，水听器阵列接收到不同于断丝也不同于正常管线运行的异常声信号。在接到警报通知后，当地水务局立即派人到现场，发现有挖掘机在管道上方开挖作业并及时加以阻止，避免了一次第三方引起的破坏。(www.xing528.com)

(5)2011年采用MFL 漏磁技术检测了金属管道。

在整个评估过程中，AFO 管道断丝监测预警系统的成功应用是供水管网全生命周期管理实践的亮点之一。在AFO 管道断丝监测预警系统开发成功面世后，2006年3月，圣地亚哥水务局当即启动安装该监测系统。此后，从2006年5月7-15日期间，该系统连续监测到共36 根断丝，完整记录了断丝的监测记录过程。到2009年5月，圣地亚哥水务局共安装了大约70 km 的AFO 监测系统，至2011年10月共检测到约760 次的断丝事件。当地水务局将出现断丝的管道位置、断丝数量在GlS 地图上标示，如图12-1 所示，并采用不同颜色组成的柱状图反映不同管段、不同管材的状态情况，如图12-2 所示。

先进的地下管线状态评估技术提供了丰富的数据和信息，但信息量过大导致数据和格式无法合理管理。因此，圣地亚哥水务局引用了一套先进的方法收集并管理数据，涵盖图纸、电子记录及GlS 地理信息。目前，圣地亚哥水务局内部开发了定制软件平台，把所有不同类型、不同来源及不同存储位置的数据接入到同一界面做简化分析，可以在谷歌地球环境下打开并直观显示所有的数据信息，然后利用彩色柱状图，在地图上反映管道的腐蚀情况及PCCP 的断丝情况。随着时间的变化及不断更新的评估数据、管道事故发生记录、管道更换信息导入，界面信息会随时发生变化。当管道故障发生时，也能够通过界面图中不同颜色标记及时反映故障发生的位置。

图12-1　PCCP 监测管道断丝数量变化图

图12-2　管网风险等级图

圣地亚哥水务局采用的这套基于风险的资产评估管理方法投资回报率高。对于PCCP 管段，基于评估数据显示没有立即维修必要的，水务局将原计划投入的2 亿美元资金推迟投放；根据评估反馈结果，在部分有严重腐蚀的管线区域，水务局采取积极措施修复管道，延长管线的使用寿命，其成本远低于直接的、简单的换管。例如，一段16 km 钢管运行年限已超过55年，对其内检测结果显示管道有几处凹陷，超出偏差范围10%，而且管线并未做阴极保护。水务局原计划分段将此管线全线更换，但通过状态评估数据分析显示，只需要修复部分管段位置后，管道就能恢复正常运行状态。这一方法不仅帮助水务局最大化提高管道维修的投资回报率，而且在需要董事会或者高管支持其资产管理投资计划时，其计划和方案更有说服力。另外，集成了先进的数据评估和分析的管网风险评估平台还提高了水务局执行换管决策的准确度和整体规划工程施工额的精准度，帮助当地水务局在很大程度上优化了管网资产投资预算与成本规划。