浅议城市地下管线探测技术与信息化管理

2021-04-12钊童辉白金生

智能城市 2021年22期

钊童辉白金生卢鹤

（河南省航空物探遥感中心，河南郑州 450053）

近些年，城市化发展对地下管线产生了较为重大的影响，更为多样化的建筑功能需求对管线的数量、种类提出更高要求。过去的城市附属设施建设缺乏系统性、全面性，城市地下管线在建设过程中相对独立，缺乏沟通交流，不同地区管线建设标准不一，对于城市未来整体的协调发展产生较大的阻碍。随着相关建设法规逐渐得到完善，行业发展需求越来越复杂，城市管理呈现出精细化的发展趋势，要求相关管理人员实行更规范化、信息化的管理模式，普查地下管线的实际铺设情况，明确雨污管网的建设情况，为后续市政建设实现雨污分流的建设目标提供支持。在发展过程中，地下管线探测技术的应用尤为重要，需要结合高新信息化管理手段强化管理能力。

1 城市地下管线种类及其探测技术

在城市地下管线建设中，管线功能要求不同会导致其自身属性不同，常见的管线有给排水以及热力电力等，也有国防通信等特殊用途管线，管线承担着维持城市正常运转的艰巨任务。我国常见的城市地下管线材质主要包括金属、非金属以及带金属骨架等，针对不同的材质需要采用不同的探测技术。

工作人员可以借助观测井通过肉眼直接观察、记录可见的地下管线分布，是探测工作中最为直接和有效的方法。但该方法存在一定局限性，对管线的空间分布位置缺乏检测能力，在实际探测工作中一般需要辅以设备探测提升探测工作的层次与效率。

针对金属材质的管线，组合采用电磁感应法、直接法可以获得不错的效果；针对混凝土、塑料等常见的非金属材质管线，可以根据实际情况采用示踪电磁法、地质雷达法等方法；若探测对象采用带金属骨架的电缆线，采用工频法即可得到管线的空间位置；夹钳法在通信线、电力线等管线的探测中的应用较为广泛，夹钳位置能够产生强度较大的环形磁场，接收机一端可以对接收的信号进行分析，得到管线的基本参数。

2 城市地下管线探测技术的原理

我国城市地下管线的功能、组成较为复杂，同一管线系统内不同部分的材质常存在较大差异。目前实行的常规管线仪对金属材质管线有着较为突出的探测效果，但在非金属材质的管线探测工作中，难以发挥良好效果，需要技术人员根据具体材质及工程环境选择其他探测设备或方法，如电磁感应法和地质雷达法。

2.1 电磁感应法

电磁感应法借助待测管线及周边物质之间存在的电导、磁导等物理性质差异完成探测，电磁设备在待测管线附近形成谐变电磁场，对接收器捕捉的电磁场的变化情况进行实时分析，根据磁场分布、随时间的变化得到地下管线的大致位置。电磁感应法在金属材质的管线探测中也具有较好效果，将其应用于非金属管道的探测时，可以在管内埋设追踪器辅助完成。

根据原理不同，可以将电磁法细分为被动源法、主动源法，被动源法包括工频法以及低频法等，主动源法包括直接法以及夹钳法等。

直接法通常被称作充电法，在管线暴露的位置外接电源完成探测，外接电源的位置及个数需要根据管线条件与探测需求确定，根据接电点位数量的不同分为单端充电和双端充电两大类。

电力线在结构组成一般包括内部金属导体与外包绝缘层两部分，探测时采用工频法接收信号得到管线的具体情况，成本与效率优势显著。涉及多根电力线相交叉或重合时，工频法容易受到临近线路的干扰，导致精准度降低，此时需要采用夹钳法予以补足。

夹钳法可以在待测管线附近产生强度较大的磁场，接收设备可以对磁场信号分析，得到管线的基本参数。

2.2 地质雷达法

作为浅地表管线探测中的常见技术，地质雷达法在浅地表中具有十分优异的精度，其原理是通过管线及其附近其他物质之间的性质差别判定管线位置。电磁波在传播过程中接触电性界面会产生反射，管线与周围物质之间的电性差异越大，反射能量越大。探测过程中，发射天线的位置不断发生移动，不断发射电磁波，对反射信息进行即时记录，分析得到探测范围内的电性性质，确定管线性质及状态。

（1）电磁波是获取地层信息的载体，电磁波的穿透深度将直接决定探测深度。

（2）地层介质的电性吸收系数与电磁波穿透深度之间具有紧密联系，两者呈现负相关关系。

（3）含水量指标水平较高的介质的吸收系数一般更大，穿透深度更低，探测效果更差。

（4）管线埋设时，附近夹杂较多的砖石、瓦砾、塑料垃圾，会影响地层的介电常数，杂物的散乱分布会影响雷达信号的识别，影响管线位置、数量的确定。

（5）探测环境中土体地势的起伏以及金属材质构件也会对探测结果产生一定不利影响。

进行管线探测作业时，技术人员应结合工程环境做好准备工作，明确待测范围内管线分布的大致情况，了解其平面位置、埋置深度、尺寸材质以及可能对探测结果产生影响的因素，在作业前制定与之相应的应对策略，将不利影响控制在可接受的范围内。移除待测管线及其附近区域内的电磁干扰物，无法移除时应及时调整测区，尽量避免采用电磁感应法，可改用直接法、夹钳法等其他探测技术，降低其对探测结果的影响。

3 城市地下管线的信息化管理

在运营期间，相关管理人员应充分了解城市地下管线的分布情况，掌握管网运转状态，对出现的道路塌陷、道路积水现象，快速排查问题，制定可靠的应对措施。

近些年，地下管线呈现复杂化、多样化的特点，成为城市发展的核心内容，单靠传统管理模式已经无法较好地满足要求，仅依靠传统图纸、报表等形式完成管线管理工作时，大量的管理内容将产生不可忽略的人工成本。人工管理存在误差，管理效果难以得到保障，传统管理模式与管理技术亟待改善。

信息化技术对复杂、单调数据具有高效处理能力，可以借助信息化的管理平台进行可视化展示、智能化处理以及项目预警。例如暴雨冲击下的市政管网，信息化管理平台能够快速反应，调节各干路与支路的流量，提升城市抵抗极端天气的能力。

在暴雨、干旱等极端天气作用下，市政管网内部比较容易出现堵塞、淤积等问题，甚至部分新建雨污管网工程也暴露出这类问题，对民众的日常生活造成极大的不便，也对环境卫生产生不利影响。

2019年，住建部针对这一问题发文，要求各级相关单位加大对城市管线的普查工作，切实提升管线运营的安全可靠，充分结合信息化管理技术建立综合管理体系，发挥大数据技术、物联网技术等多项高新技术优势，创新管理模式，建立科学合理、智能有效的城市地下管线信息化管理平台。

近些年，GIS技术得到快速发展与广泛应用，将其与管线管理相结合，能够产生极为显著的积极效应。基于GIS技术，许多城市逐步建立并完善城市雨污排水管网的地理信息管理系统，借助该系统进行管网的智能化管理。在GIS技术的应用过程中，需要逐步扩大管理系统的使用范围，将雨污管网之外的其他管网接入系统内进行统一管理，从市政规划的宏观角度进行决策调整。

系统应主要包含管网的显示、查询、浏览以及各区段管线的属性查看、筛选等功能。

管理城市地下管线时，需要重视日常运营，要求技术人员制定完善的巡查制度并严格落实，规避因管线泄漏产生的下陷、失火以及爆炸等问题，降低可能产生的人身及财产安全风险。科学合理的巡查工作变得尤为重要，应记录明确的巡查路线、时间、内容以及处理方式等，必要时还可以采用录像、录音的方式进行辅助。

市政工程的规划设计一般要求在管网资料完整明确的基础上进行，为了使得探测结果更直观可视，可以将城市仿真技术与地理信息系统有效结合，帮助技术人员明确管网在空间上的相对位置以及连接方式。在这样的设计理念支持下，城市地下管线的信息化管理能够在较大限度上实现统一，提升信息利用的整体性，将运营期内管线的状态维持在一个相对稳定可靠范围内，为后续市政建设的决策提供可靠支持。