初探管網全生命周期評估建設

錢吉洪

（上海城投水務集團供水公司，上海 200002）

建設背景：

管道全生命周期評估是上海城投水務集團“十四五”規劃中，在管網運行中提出的發展目標。上海城投水務集團在落實上?！笆奈濉币巹澲?，依據《上海市城市總體規劃（2017-2035）》、《上海市供水和排水專業規劃》、《上海城投水務（集團）“十四五”發展戰略規劃綱要》等要求，在加強水務全產業鏈一體化運營管理中，針對產業鏈中間環節的管網管理率先提出建設強化管網運行全生命周期建設目標，即通過開展管網運行狀態檢測，加大管網監測感知點密度，加強管網狀態評估，為管網改造提供決策依據；增強管網預警作用，建設管網態勢感知狀態，提高預防性維護效率，打造管網全生命周期評估體系。

管理現狀：

上海城投水務集團自2014年10月成立并組建供水公司，主要承擔管網輸配、運營管理、抄表收費、對外服務等供水主體業務。公司在“兩降一升”（降低產銷差、降低成本、提高服務水平）目標為導向，產銷差由25.4%降為15.9%，供水成本有效精準受控，服務水平穩步提升。與此同時，城市供水管網建設發展也得到極大提升，持續改善城市供水管網的運維質量，優化道路管網輸配，降低供水風險隱患，服務城市發展需求，也持續改善客戶水質、水壓、水齡滿意度。

供水管網年代分布表：

供水管道材質分布表：

改革初始兩年里，改造老舊管網只有94公里，其中城市供水道路管網為31公里。2017年根據國務院“水十條”《水污染防治行動計劃》、上海市水務局《高危管線改造三年行動綱要》，供水公司依照管網改造“三年行動計劃”加快推動老舊管網改造。期間適逢發生四平路（市中心主干道）DN1200鑄鐵管發生爆管事故，造成虹口區、楊浦區大范圍交通堵塞，雖搶修及時于次日清晨恢復供水，暢通交通，創造了上海速度，也加大了政府對城市老舊管網改造的支持力度。公司重點實施消除服役50年以上管齡（115公里高危管網）為主的落后管網改造，改造公里數由當年187公里/年，遞增至2019年321公里/年，道路管網改造達到106公里/年，基本完成高危管網改造計劃?，F全年改造基本維持在300公里/年，已累計改造1159公里，順利完成管網改造“三年行動計劃”，保障城市安全供水運營，切實降低了城市供水管網爆管風險。

附件表格：管網改造資料（2015年-2021年，改造不同類型）

上海水務集團供水公司結合楊樹浦路綜合改造工程，同步實施楊樹浦水廠百年出廠管給水管改造排管工程，即對全線長達10公里的楊樹浦路沿線管網進行優化改造。出廠管DN2000口徑管道是上海市最大口徑輸水管道，標志著供水管網布局的進一步完善以及供水服務保障能力的進一步提高，使楊浦、虹口、靜安、普陀等地區的300萬居民用上更清澈、更優質的飲用水。

管網改造案例：2021年完成楊樹浦水廠出廠管

楊樹浦水廠出廠管DN2000施工坑

DN2000出廠管采用新型無縫鋼管

回顧管網改造歷程，就現狀管道的質量評估來分析，存在以下五方面問題需要關注；一是改造重點在灰口鑄鐵管，尚有2982公里鑄鐵管、水泥管仍在服役，同時存在球墨管（接口）、鋼管（焊縫）等漏水，管網安全運營隱患尚在。二是改造后廢棄的某些管道材質強度、防腐內襯等依然較好，還存在繼續運行價值。三是近幾十年年來敷設管道，受材質質量、管壁強度、路面承壓、埋設環境、局部節點（修復、開梯）等因素，造成運營質量下降，依舊存在城市供水安全風險。四是運用管道動態檢測技術，對管道內外運營狀態有了更加真實、全面、客觀了解，拓展了供水管道管理的視野。五是在配合城市管道搬遷或廢除，以年份、材質為主的管網資產方式評估不全面，尚需增加多維度的評估依據，有效維護供水企業利益。為此供水企業要從自身管理需求出發，完善管理技術手段，建立管道全生命周期評估平臺，提升管網管理水平，體現保障城市供應市政管網運行的針對性、有效性、科學性，實現供水管網的產業鏈一體化的中間運營管理。

建設供水管道全生命周期技術措施

對在役供水管道的研究，做出客觀公正的評價，“變管理由被動為主動，變事后響應為事前預判”，曾經基于歷史條件下缺乏有效方式。供水管線評估主要以GIS信息平臺為主，采集管線運維數據，僅限于靜態數據（如管齡、材質、維護記錄、管線事故等）維度進行管網管理。如果使用單純的數理統計的概念，因現有的評估資料只是來源于靜態的數據，而對于正處于運營管線限于埋地、受內外壓等條件制約，無法采集時時動態數據，而通過這些現場原始數據積累進行換算，建立評估模型，顯然存在局限，無法提升到管道運行生命周期管理層面。

廢舊管段現場圖

某些局部管段依舊存在使用壽命

上海水務集團供水公司自2018年起，在管網動態管理技術上，進行了有益的探索，采用管道內檢測，噪音監測儀，管壁強度檢測等技術，收集匯總在役管網不停水運行的相關數據，對正在運營中的市政供水管網在帶壓狀態下，管道內外質量進行健康體檢，收集相關影像、數據資料，真實反映管道質量，有效填補動態數據。在管網建設中將此動態數據作為管網更新判定的前置條件，結合水利模型對管道輸配優化、改造提供決策，為確定無法直埋選定管道內襯修復工藝提供數據支撐。

管道內檢測：通過視頻可視管道最真實的狀況，對管道內部受損狀況、管壁剩余強度等管道狀況進行檢測，了解管道內部實際受損狀態、管壁剩余強度等，采集異常情況；漏水、氣囊、裂縫、異物、非法接管等，定位管道中異常處的位置，確定管道中異常處尺寸或級別大小，提供管道內部結構受損狀態分析匯總 (內涂襯脫落、腐蝕、管瘤等)，并集成所有檢測數據來量化綜合管況。

P-CAT管壁強度檢測：即逆向瞬態管線狀態評估。通過壓力波的釋放和收集對管道進行分段波速分析，用高精度掃描技術采集管壁狀態，管壁剩余強度檢測及壁厚變化，鑒定管壁剩余有效強度及管壁厚度。分析內、外管壁因腐蝕和損傷所造成的材質變薄，管道口徑和材質改變而產生管壁強度（厚度）和管徑的變化，單點的故障定位，如阻塞、氣囊、溶解氣體，未知的管網變化，未做記錄的閥門、支管、管道口徑變化及閥門密封狀態檢測，來綜合檢測與評估分段管道的管壁剩余強度及管壁厚度。

噪音監測儀：通過安置在管網及附屬設施上漏損監測設備，對在線管網漏損監控普查。其可利用高靈敏度的傳感器，采集管道管壁的漏水產生的超聲波噪音頻率，遠程傳輸數據至控制中心，生成多元化數據格式，經分析軟件的核心算法對采集的數據進行分析，在系統平臺的地圖設備狀態顯示確認漏點位置。為跟進處置消除風險，預防風險擴大，提供事先預警。

目前供水公司已完成部分供水管網健康診斷；內檢測累計135公里，P-CAT管壁強度檢測34公里，安置801只噪音監測儀，監控160公里管段，778個關鍵路口和進博會、一大會址等重點場館預警保障，并建立管網預警平臺。通過上述科技手段的使用，初步匯聚一批不同口徑、材質的管道數據，并導入GIS信息平臺，不僅對近年來管網改造、優化輸配提供依據，而且對無法直埋管道采用不同內襯修復工藝提供選擇方案，并通過改造前后對管道實際運營狀態有了直觀的視覺評判。

建設管道全生命周期評估體系

如何更加科學地選擇應該改造或優化供水管網，突破材質、管齡、修復漏點、路面承重等因素限制，增加管道內部運行狀態、管壁損耗剩余強度，管網運營時時監控等量化維度指標，明顯更加科學合理?？闪⒆阌谒Ｐ妥龊霉艿腊踩\行、管網調度和管道優化，實現管道健康體檢數據采集；發揮GIS信息平臺強大的信息采集功能，充實管道動態數據，完善管道全生命周期評估計算方法；增加隱患、老舊及需要專項研究管段、路口監測儀安置密度，擴大管網預警覆蓋范圍，提供上傳動態監控資料，達到管網態勢感知。在役管道質量評估基礎上，集成打造管網全生命周期評估系統，做到供水企業未來管網管理實現數字化轉型。

目前，供水管線各類管理及評估模型主要建立在統計性資料，并整合管線事件來評價，僅是單純的數理統計的概念，受管道埋地敷設工藝限制，無法采集統計管道運行中的狀態數據，對于管道運營價值評價僅停留在理論上，不能真實、全面反映管道輸配過程中，發生內外變化產生計算差異。所以建立管道全生面周期評估體系必須確保建立體系的數據資料完整，可將依據整理管網各項數據，來劃分供水管道評估維度，確定管道評估各項維度指標權重，將管道評估維度進行迭代計算，數值均由各項指標和權重乘積并求和得到，根據計算評估管道生命周期價值，對供水管道可提出日常維護、改造策略和資產管理。

供水管網數據資料應包含靜、動態兩方面，靜態數據包含：管材、管齡、維護記錄、管線事件等管理資料，可由GIS信息系統和現維系統提供。動態數據包含：檢測數據、運行采集、監測預警等實時資料，可由各類檢測技術和現有預警平臺提供。根據各類靜、動態數據資料，劃分系統組成的評估維度：管道敷設年代材質、管齡；管道輸配漏點修復；水利模型風控（壓力、流向）推演；管道外部運營環境、管道內在運行質量、管壁強度風險預警等。

由于靜態數據處于相對靜止，建議量化權重應取分值相對適度，動態數據處于時時變化，無主觀差異性，其反映的數據與管道運維質量有正比關系，且可能對未來發生結果有較大影響因素，建議量化權重分值指標應相對傾斜。通過數據采集，劃分維度、量化權重、形成算法、建立平臺，開發建設管道全生命周期評估系統，實現對全域供水管網運行管理。

管道全生命周期管理意義

供水管道全生命周期評估體系建設，將促進供水企業高標準數字化運營轉型目標的建設，對管網管理從多維度、數字化、信息化角度提供科學支撐。

1.有助于精細化管理，服務城市建設發展。

能快速精準識別供水管網系統運行安全潛在風險，構建城市供水管網精細化處置流程與方法，前瞻性預防城市供水管網供水隱患，實現供水管網系統安全、平穩、高效運行，提高供水行業主管、經營部門的管理效率，服務韌性城市建設，提升供水企業的可持續發展水平。

2.有助于科學化調度，降低運行服務成本。

能找到發現管網輸配薄弱環節，可有的放矢采取應對措施，科學調度，數字管理，降低供水管網漏損率和事故率，提高企業運維成本使用效能，發掘管道可用價值，延長管道使用壽命，增值管道資產，節約供水企業管網管理成本。

3.有助于數字化轉型，提升供水管理水平。

管道生命周期管理貫穿管道使用壽命的全過程，其檢測數據量化后的綜合管況，同時也為管網評估提供可靠的數據支持，可以量化管道風險，對管道風險進行預判和控制，以保障供水管網的正常運行及安全運行。為管網快速、動態風險預警后，科學精準決策管網維護、修復及更新改造方案提供可靠依據。建立的管道全生命周期評估體系的數據信息檔案，實現信息共享，動態管理。

結語：

2022年上海水務集團供水公司根據上海市住建委《關于加強本市城市地下市政基礎設施建設的實施意見》要求，供水企業要摸清隱患供水管道，消除管道隱患精神。公司經排摸梳理，制訂實施管網改造“新三年行動計劃”，即三年內完成管道口徑500mm以上的34.7公里隱患管網為主的172公里老舊城市道路供水管網更新及優化。為做好此項重點工作，實現精細管理、科學決策、提升水平的發展目標，全年將繼續實施370公里管道內檢測、60公里P-CAT管壁強度檢測、新增3126只噪音監測儀安置計劃，滿足建設管道全生命周期評估體系需集成相關數據資料，并將啟動管道全生命周期評估系統建設工作，作為領先創新實踐業務，提高管網運維管理水平，最終達到上海水務集團“十四五”戰略規劃所倡導的，即按照“兩最兩高”（最高標準、最好水平、高質量發展、高品質生活）標準，借助數字化轉型的契機，建設韌性城市的總體發展目標。