初探管网全生命周期评估建设

钱吉洪

（上海城投水务集团供水公司，上海 200002）

建设背景：

管道全生命周期评估是上海城投水务集团“十四五”规划中，在管网运行中提出的发展目标。上海城投水务集团在落实上海“十四五”规划中，依据《上海市城市总体规划（2017-2035）》、《上海市供水和排水专业规划》、《上海城投水务（集团）“十四五”发展战略规划纲要》等要求，在加强水务全产业链一体化运营管理中，针对产业链中间环节的管网管理率先提出建设强化管网运行全生命周期建设目标，即通过开展管网运行状态检测，加大管网监测感知点密度，加强管网状态评估，为管网改造提供决策依据；增强管网预警作用，建设管网态势感知状态，提高预防性维护效率，打造管网全生命周期评估体系。

管理现状：

上海城投水务集团自2014年10月成立并组建供水公司，主要承担管网输配、运营管理、抄表收费、对外服务等供水主体业务。公司在“两降一升”（降低产销差、降低成本、提高服务水平）目标为导向，产销差由25.4%降为15.9%，供水成本有效精准受控，服务水平稳步提升。与此同时，城市供水管网建设发展也得到极大提升，持续改善城市供水管网的运维质量，优化道路管网输配，降低供水风险隐患，服务城市发展需求，也持续改善客户水质、水压、水龄满意度。

供水管网年代分布表：

供水管道材质分布表：

改革初始两年里，改造老旧管网只有94公里，其中城市供水道路管网为31公里。2017年根据国务院“水十条”《水污染防治行动计划》、上海市水务局《高危管线改造三年行动纲要》，供水公司依照管网改造“三年行动计划”加快推动老旧管网改造。期间适逢发生四平路（市中心主干道）DN1200铸铁管发生爆管事故，造成虹口区、杨浦区大范围交通堵塞，虽抢修及时于次日清晨恢复供水，畅通交通，创造了上海速度，也加大了政府对城市老旧管网改造的支持力度。公司重点实施消除服役50年以上管龄（115公里高危管网）为主的落后管网改造，改造公里数由当年187公里/年，递增至2019年321公里/年，道路管网改造达到106公里/年，基本完成高危管网改造计划。现全年改造基本维持在300公里/年，已累计改造1159公里，顺利完成管网改造“三年行动计划”，保障城市安全供水运营，切实降低了城市供水管网爆管风险。

附件表格：管网改造资料（2015年-2021年，改造不同类型）

上海水务集团供水公司结合杨树浦路综合改造工程，同步实施杨树浦水厂百年出厂管给水管改造排管工程，即对全线长达10公里的杨树浦路沿线管网进行优化改造。出厂管DN2000口径管道是上海市最大口径输水管道，标志着供水管网布局的进一步完善以及供水服务保障能力的进一步提高，使杨浦、虹口、静安、普陀等地区的300万居民用上更清澈、更优质的饮用水。

管网改造案例：2021年完成杨树浦水厂出厂管

杨树浦水厂出厂管DN2000施工坑

DN2000出厂管采用新型无缝钢管

回顾管网改造历程，就现状管道的质量评估来分析，存在以下五方面问题需要关注；一是改造重点在灰口铸铁管，尚有2982公里铸铁管、水泥管仍在服役，同时存在球墨管（接口）、钢管（焊缝）等漏水，管网安全运营隐患尚在。二是改造后废弃的某些管道材质强度、防腐内衬等依然较好，还存在继续运行价值。三是近几十年年来敷设管道，受材质质量、管壁强度、路面承压、埋设环境、局部节点（修复、开梯）等因素，造成运营质量下降，依旧存在城市供水安全风险。四是运用管道动态检测技术，对管道内外运营状态有了更加真实、全面、客观了解，拓展了供水管道管理的视野。五是在配合城市管道搬迁或废除，以年份、材质为主的管网资产方式评估不全面，尚需增加多维度的评估依据，有效维护供水企业利益。为此供水企业要从自身管理需求出发，完善管理技术手段，建立管道全生命周期评估平台，提升管网管理水平，体现保障城市供应市政管网运行的针对性、有效性、科学性，实现供水管网的产业链一体化的中间运营管理。

建设供水管道全生命周期技术措施

对在役供水管道的研究，做出客观公正的评价，“变管理由被动为主动，变事后响应为事前预判”，曾经基于历史条件下缺乏有效方式。供水管线评估主要以GIS信息平台为主，采集管线运维数据，仅限于静态数据（如管龄、材质、维护记录、管线事故等）维度进行管网管理。如果使用单纯的数理统计的概念，因现有的评估资料只是来源于静态的数据，而对于正处于运营管线限于埋地、受内外压等条件制约，无法采集时时动态数据，而通过这些现场原始数据积累进行换算，建立评估模型，显然存在局限，无法提升到管道运行生命周期管理层面。

废旧管段现场图

某些局部管段依旧存在使用寿命

上海水务集团供水公司自2018年起，在管网动态管理技术上，进行了有益的探索，采用管道内检测，噪音监测仪，管壁强度检测等技术，收集汇总在役管网不停水运行的相关数据，对正在运营中的市政供水管网在带压状态下，管道内外质量进行健康体检，收集相关影像、数据资料，真实反映管道质量，有效填补动态数据。在管网建设中将此动态数据作为管网更新判定的前置条件，结合水利模型对管道输配优化、改造提供决策，为确定无法直埋选定管道内衬修复工艺提供数据支撑。

管道内检测：通过视频可视管道最真实的状况，对管道内部受损状况、管壁剩余强度等管道状况进行检测，了解管道内部实际受损状态、管壁剩余强度等，采集异常情况；漏水、气囊、裂缝、异物、非法接管等，定位管道中异常处的位置，确定管道中异常处尺寸或级别大小，提供管道内部结构受损状态分析汇总 (内涂衬脱落、腐蚀、管瘤等)，并集成所有检测数据来量化综合管况。

P-CAT管壁强度检测：即逆向瞬态管线状态评估。通过压力波的释放和收集对管道进行分段波速分析，用高精度扫描技术采集管壁状态，管壁剩余强度检测及壁厚变化，鉴定管壁剩余有效强度及管壁厚度。分析内、外管壁因腐蚀和损伤所造成的材质变薄，管道口径和材质改变而产生管壁强度（厚度）和管径的变化，单点的故障定位，如阻塞、气囊、溶解气体，未知的管网变化，未做记录的阀门、支管、管道口径变化及阀门密封状态检测，来综合检测与评估分段管道的管壁剩余强度及管壁厚度。

噪音监测仪：通过安置在管网及附属设施上漏损监测设备，对在线管网漏损监控普查。其可利用高灵敏度的传感器，采集管道管壁的漏水产生的超声波噪音频率，远程传输数据至控制中心，生成多元化数据格式，经分析软件的核心算法对采集的数据进行分析，在系统平台的地图设备状态显示确认漏点位置。为跟进处置消除风险，预防风险扩大，提供事先预警。

目前供水公司已完成部分供水管网健康诊断；内检测累计135公里，P-CAT管壁强度检测34公里，安置801只噪音监测仪，监控160公里管段，778个关键路口和进博会、一大会址等重点场馆预警保障，并建立管网预警平台。通过上述科技手段的使用，初步汇聚一批不同口径、材质的管道数据，并导入GIS信息平台，不仅对近年来管网改造、优化输配提供依据，而且对无法直埋管道采用不同内衬修复工艺提供选择方案，并通过改造前后对管道实际运营状态有了直观的视觉评判。

建设管道全生命周期评估体系

如何更加科学地选择应该改造或优化供水管网，突破材质、管龄、修复漏点、路面承重等因素限制，增加管道内部运行状态、管壁损耗剩余强度，管网运营时时监控等量化维度指标，明显更加科学合理。可立足于水利模型做好管道安全运行、管网调度和管道优化，实现管道健康体检数据采集；发挥GIS信息平台强大的信息采集功能，充实管道动态数据，完善管道全生命周期评估计算方法；增加隐患、老旧及需要专项研究管段、路口监测仪安置密度，扩大管网预警覆盖范围，提供上传动态监控资料，达到管网态势感知。在役管道质量评估基础上，集成打造管网全生命周期评估系统，做到供水企业未来管网管理实现数字化转型。

目前，供水管线各类管理及评估模型主要建立在统计性资料，并整合管线事件来评价，仅是单纯的数理统计的概念，受管道埋地敷设工艺限制，无法采集统计管道运行中的状态数据，对于管道运营价值评价仅停留在理论上，不能真实、全面反映管道输配过程中，发生内外变化产生计算差异。所以建立管道全生面周期评估体系必须确保建立体系的数据资料完整，可将依据整理管网各项数据，来划分供水管道评估维度，确定管道评估各项维度指标权重，将管道评估维度进行迭代计算，数值均由各项指标和权重乘积并求和得到，根据计算评估管道生命周期价值，对供水管道可提出日常维护、改造策略和资产管理。

供水管网数据资料应包含静、动态两方面，静态数据包含：管材、管龄、维护记录、管线事件等管理资料，可由GIS信息系统和现维系统提供。动态数据包含：检测数据、运行采集、监测预警等实时资料，可由各类检测技术和现有预警平台提供。根据各类静、动态数据资料，划分系统组成的评估维度：管道敷设年代材质、管龄；管道输配漏点修复；水利模型风控（压力、流向）推演；管道外部运营环境、管道内在运行质量、管壁强度风险预警等。

由于静态数据处于相对静止，建议量化权重应取分值相对适度，动态数据处于时时变化，无主观差异性，其反映的数据与管道运维质量有正比关系，且可能对未来发生结果有较大影响因素，建议量化权重分值指标应相对倾斜。通过数据采集，划分维度、量化权重、形成算法、建立平台，开发建设管道全生命周期评估系统，实现对全域供水管网运行管理。

管道全生命周期管理意义

供水管道全生命周期评估体系建设，将促进供水企业高标准数字化运营转型目标的建设，对管网管理从多维度、数字化、信息化角度提供科学支撑。

1.有助于精细化管理，服务城市建设发展。

能快速精准识别供水管网系统运行安全潜在风险，构建城市供水管网精细化处置流程与方法，前瞻性预防城市供水管网供水隐患，实现供水管网系统安全、平稳、高效运行，提高供水行业主管、经营部门的管理效率，服务韧性城市建设，提升供水企业的可持续发展水平。

2.有助于科学化调度，降低运行服务成本。

能找到发现管网输配薄弱环节，可有的放矢采取应对措施，科学调度，数字管理，降低供水管网漏损率和事故率，提高企业运维成本使用效能，发掘管道可用价值，延长管道使用寿命，增值管道资产，节约供水企业管网管理成本。

3.有助于数字化转型，提升供水管理水平。

管道生命周期管理贯穿管道使用寿命的全过程，其检测数据量化后的综合管况，同时也为管网评估提供可靠的数据支持，可以量化管道风险，对管道风险进行预判和控制，以保障供水管网的正常运行及安全运行。为管网快速、动态风险预警后，科学精准决策管网维护、修复及更新改造方案提供可靠依据。建立的管道全生命周期评估体系的数据信息档案，实现信息共享，动态管理。

结语：

2022年上海水务集团供水公司根据上海市住建委《关于加强本市城市地下市政基础设施建设的实施意见》要求，供水企业要摸清隐患供水管道，消除管道隐患精神。公司经排摸梳理，制订实施管网改造“新三年行动计划”，即三年内完成管道口径500mm以上的34.7公里隐患管网为主的172公里老旧城市道路供水管网更新及优化。为做好此项重点工作，实现精细管理、科学决策、提升水平的发展目标，全年将继续实施370公里管道内检测、60公里P-CAT管壁强度检测、新增3126只噪音监测仪安置计划，满足建设管道全生命周期评估体系需集成相关数据资料，并将启动管道全生命周期评估系统建设工作，作为领先创新实践业务，提高管网运维管理水平，最终达到上海水务集团“十四五”战略规划所倡导的，即按照“两最两高”（最高标准、最好水平、高质量发展、高品质生活）标准，借助数字化转型的契机，建设韧性城市的总体发展目标。