中國給水排水原創(chuàng)論文 | 排水管網(wǎng)運維管理問題分析與對策研究

 

摘要：排水管網(wǎng)是輸送污水和排除雨水的重要設施，而隨著城市快速發(fā)展、人口密度增加以及排水不當，我國的排水系統(tǒng)逐漸老化和惡化，存在破裂、變形等結構性缺陷以及樹根、結垢等功能性缺陷，容易引發(fā)城市內澇、污水溢流以及地面沉降等問題。我國長期不重視排水管網(wǎng)的運維管理，針對管網(wǎng)惡化帶來的問題往往采取事后應急的方式，不僅造成應急成本增加，也容易遭受不良影響。隨著國家對水環(huán)境治理和污水處理提質增效工作的重視，我國近年將持續(xù)加大對管網(wǎng)資產的建設，并對現(xiàn)狀管網(wǎng)的運維管理提出了更高的要求。對當前管網(wǎng)運維管理存在的一些問題進行了分析，并據(jù)此提出了相應建議和對策。同時針對我國當前污水管網(wǎng)存在的雨污混接、外水入滲、長期高水位運行等問題，提出了提質增效的實施步驟。

陸露，碩士，工程師，信息系統(tǒng)項目管理師（高級），中國市政華北院智慧水務分公司副總工，從事排水系統(tǒng)智慧化管理相關技術研究工作。

加強排水管道運行維護管理，能夠保證排水管網(wǎng)的安全性和可靠性，有效減少內澇、降低合流制溢流現(xiàn)象，同時可提高管道的使用效率，減少建設成本。而我國排水管網(wǎng)缺乏系統(tǒng)管理，管網(wǎng)運維決策還停留在主觀判斷和簡單推理的水平。因此，有必要探討排水管網(wǎng)運維管理存在的問題及對策。

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排水管網(wǎng)運維管理的重要性

排水管網(wǎng)是城市的重要基礎設施之一，承擔著收集輸送污水和快速排除雨水的雙重功能，但因埋于地下，現(xiàn)場工況復雜，容易發(fā)生各種管網(wǎng)缺陷問題，對其健康運行影響較大，并增加城市內澇、合流制溢流污染風險。目前，我國排水管網(wǎng)運行維護主要采取被動響應的模式，即管網(wǎng)發(fā)生故障之后再進行應急搶修和維修，這一方式隨著管網(wǎng)系統(tǒng)的老化和資金缺口的增加將不再可行。美國環(huán)保局（EPA）研究發(fā)現(xiàn)，對管網(wǎng)進行不定期的運行維護，將會使管網(wǎng)惡化比預期更快，且與定期維護管網(wǎng)相比將會產生更高的更換和應急響應成本。因此，有必要加強排水管網(wǎng)的運維管理，從被動響應變?yōu)橹鲃禹憫�，延長設施使用年限并減少建設投資成本。

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我國排水管網(wǎng)運維管理現(xiàn)狀

目前，我國排水管網(wǎng)普遍存在破損、錯口、滲水、漏水、淤積、堵塞等不同程度的結構性缺陷或功能性缺陷，其中一個重要原因就是管網(wǎng)運維管理不當。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及對黑臭水體、水環(huán)境治理的重視，排水管網(wǎng)的擴建速度空前提高。國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)表明，截至2018年底，城市排水管道長度總量達到68.3×10 4km，比2007年增長8.41%，這也對排水管網(wǎng)的運行維護提出了更高的要求。認真分析排水管道運維管理中的主要問題，對于強化排水管道管理、提高管道使用率、延長使用期限具有重要意義。

2.1排水管網(wǎng)基礎信息缺乏系統(tǒng)管理和動態(tài)更新

長期以來，我國對排水管網(wǎng)的基礎信息收集和管理都不夠重視，直至近些年城市內澇頻發(fā)，才逐漸意識到管網(wǎng)“底數(shù)清楚”的重要性。為了更好地應對城市暴雨內澇災害，2013年3月25日發(fā)布的《國務院辦公廳關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》，明確提出要“全面普查摸清現(xiàn)狀”的要求。住房和城鄉(xiāng)建設部也于2013年發(fā)布了《城市排水防澇設施普查數(shù)據(jù)采集與管理技術導則（試行）》（以下簡稱《技術導則》），又于2016年發(fā)布了《城市排水防澇設施數(shù)據(jù)采集與維護技術規(guī)范》（GB/T 51187—2016，以下簡稱《技術規(guī)范》），用于指導城市排水防澇設施的采集與維護工作。目前，盡管部分城市對排水管網(wǎng)實行了數(shù)字化管理，建立了排水管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)庫，但是數(shù)據(jù)庫的內容和格式很少符合《技術導則》和《技術規(guī)范》的要求，且大多數(shù)城市尚未建立數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新機制，造成排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)變化得不到及時有效的更新與修正。

與此同時，數(shù)據(jù)庫往往僅存儲了靜態(tài)空間及部分屬性數(shù)據(jù)，而影響管網(wǎng)惡化的因素很多，其中結構影響因素包括物理和施工因素、環(huán)境因素、運營因素等，見表1；運行影響因素包括非水力因素和水力因素，見表2，其中管道設計不良、有效直徑減小、粗糙度增大、管道發(fā)生結構性缺陷等因素均可導致管道過流能力不足。因此，還需要進行大量基礎數(shù)據(jù)及實際運行狀況數(shù)據(jù)的收集和管理，實際運行狀況數(shù)據(jù)可與管網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)庫建立連接關系。

表1 影響管網(wǎng)結構惡化的因素

表2 影響管道運行狀態(tài)惡化的因素

目前部分城市開展了CCTV檢測，但是檢測成果主要通過報告和視頻存儲，多條道路的檢測成果也往往分次存儲，使用過程中存在一些不便。國外發(fā)達國家很早就進行了CCTV檢測數(shù)據(jù)的信息化錄入和地圖管理，可以直觀查看管網(wǎng)的運行狀態(tài)。例如，英國Innovyze公司開發(fā)了InfoAsset Planner（原名InfoMaster）軟件，可以自動導入檢測視頻、缺陷成果，查看閉路電視視頻并導航到特定缺陷，以圖示的形式查看詳細的缺陷位置、缺陷類型。

2.2 管網(wǎng)修復養(yǎng)護計劃的制定缺乏系統(tǒng)分析

2016年住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《城鎮(zhèn)排水管渠與泵站運行、維護及安全技術規(guī)程》（CJJ 68—2016，以下簡稱《運行維護規(guī)程》），以規(guī)范城鎮(zhèn)排水管渠的運行和維護。但是管網(wǎng)的運行維護除按《運行維護規(guī)程》進行日常維護外，還需制定科學有效的管網(wǎng)修復養(yǎng)護計劃，對故障風險大的管段（即故障概率大或故障后果嚴重的管道）優(yōu)先修復和養(yǎng)護。

目前，大量城市只對部分管網(wǎng)進行檢測與評估，也僅對存在問題的管網(wǎng)進行有針對性的修復和養(yǎng)護。《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術規(guī)程》（CJJ 181—2012，以下簡稱《檢測與評估規(guī)程》）也提出了管網(wǎng)修復、養(yǎng)護等級的確定方法，即通過結構性缺陷、功能性缺陷結合土質情況、地區(qū)重要性、管道重要性確定管網(wǎng)修復和養(yǎng)護等級，這為管道修復養(yǎng)護的科學決策提供了有力的幫助。但是管網(wǎng)檢測技術具有費用高的特點，無法全面覆蓋整個管網(wǎng)系統(tǒng)，未檢測管道得不到及時修復從而造成管網(wǎng)惡化以及較高的修復、維護成本；且《檢測與評估規(guī)程》中地區(qū)重要性、管網(wǎng)重要性等參數(shù)僅依據(jù)地區(qū)類別、管網(wǎng)直徑確定，但是管網(wǎng)故障后果還與管網(wǎng)及所在道路造價，以及與學校、醫(yī)院等重要設施的接近程度相關，參數(shù)選取不全面將導致忽略某些重要管道，從而帶來嚴重的經(jīng)濟社會影響。

2.3 管網(wǎng)修復養(yǎng)護缺少成本分析和方法指引

由于修復、養(yǎng)護資金較高，對故障管網(wǎng)及風險等級較高的管網(wǎng)很難一次性進行全部修復。此外，修復方法種類較多，如何準確選取難度較大。目前我國還缺少相關方法的選擇指南，導致在進行管道修復養(yǎng)護時，容易發(fā)生方法選擇不合理的現(xiàn)象，從而造成資金的浪費。歐美國家對此已進行了大量研究，能夠針對具體的檢測結果給出建議的修復養(yǎng)護方法，如Park等提出了一個基于數(shù)據(jù)倉庫的下水道基礎設施管理決策支持系統(tǒng)，設計的決策支持系統(tǒng)可以針對不同的管道選擇合適的檢查方法，并針對不同的缺陷代碼和缺陷等級分配適當?shù)男迯汀�養(yǎng)護和更新方法。國外發(fā)達國家也特別重視決策支持系統(tǒng)的建立，通過遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡等算法建立模型進行成本效益分析，確定長期修復策略，并優(yōu)化資源分配，極大節(jié)省了資金。例如，歐洲委員會開展了雨污水管網(wǎng)計算機輔助修復系統(tǒng)項目，該項目的最終成果是一套用于排水管網(wǎng)管理的綜合決策支持系統(tǒng)（DSS），可以根據(jù)預測的管網(wǎng)結構故障、水力性能、污染排放等因素識別最佳排水管網(wǎng)修復策略，成功應用于多項研究。

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對我國排水管網(wǎng)運維管理的建議

為提高我國排水管網(wǎng)運維管理水平，需要從加強排水管網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)管理、建立科學決策工具、建立軟件體系等多方面進行。圖1為排水管網(wǎng)運維管理的措施，各項措施相互支撐，可提高我國排水管網(wǎng)資產使用效率，減少更換成本。

圖1 排水管網(wǎng)運維管理措施

3.1 建立排水管網(wǎng)動態(tài)更新數(shù)據(jù)庫

就目前排水管網(wǎng)管理現(xiàn)狀看來，大部分城市對管網(wǎng)資產疏于管理和監(jiān)控，缺乏長期、動態(tài)的管理。因此，應加強排水管網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)的收集和管理，建立準確、高效、統(tǒng)一、標準的數(shù)據(jù)庫，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）的空間分析和查詢工具，實現(xiàn)排水管網(wǎng)的數(shù)據(jù)集成、顯示、分析與管理。數(shù)據(jù)庫中除了需要存儲排水管網(wǎng)空間及屬性數(shù)據(jù)外，還需要與排水管網(wǎng)運行維護數(shù)據(jù)庫建立連接關系，掌握設施運行狀況，包含監(jiān)測數(shù)據(jù)、功能性缺陷與結構性缺陷等檢測數(shù)據(jù)、養(yǎng)護維護記錄數(shù)據(jù)等。同時需要建立數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新機制，在設施信息補測、運營維護或維修等原因導致數(shù)據(jù)變化時，應及時對數(shù)據(jù)進行更新與修正，保持數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。為了保證數(shù)據(jù)更新工作的順利開展，《城市排水防澇設施數(shù)據(jù)采集與維護技術規(guī)范》（GB/T 51187—2016）建議地方政府安排專項資金保障設施的動態(tài)更新。

3.2 科學評估和預測管網(wǎng)資產狀態(tài)

目前，我國排水管網(wǎng)資產更新、修復和維護較為隨意，評估過程也較簡單，甚至不評估而直接根據(jù)管齡來替換，導致資源浪費。要改變這一現(xiàn)象，在資產更新、修復或維護之前需事先對管網(wǎng)資產進行系統(tǒng)的評估，管網(wǎng)狀態(tài)評估結果也可以作為管網(wǎng)檢測計劃制定的依據(jù)。由于影響管網(wǎng)惡化的因素較多，除了管網(wǎng)基礎屬性外還包括入流入滲、管網(wǎng)過流能力等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)很難全面收集，有必要采取人工摸排、監(jiān)測、模型、信息化平臺等多種方式進行。評估方法除了簡單的指標加權分析外，還可以構建惡化模型�；�于部分管網(wǎng)的CCTV檢測數(shù)據(jù)構建符合區(qū)域特性的惡化模型，模型驗證通過后可用于整個片區(qū)的狀態(tài)評估。國外學者開發(fā)了一系列的惡化模型，以支撐檢測計劃、維護策略的制定。惡化模型一般分為物理模型、統(tǒng)計學模型和人工智能模型。

惡化模型除了評估未檢測管道外，還可預測管道的未來狀態(tài)。雖然管網(wǎng)檢測技術能清楚地顯示管網(wǎng)的運行現(xiàn)狀，但也僅僅反映了檢測時管網(wǎng)狀況的“快照”，在決策時管網(wǎng)狀況可能已發(fā)生較大變化。所以有必要根據(jù)管網(wǎng)的當前狀態(tài)合理預測管網(wǎng)惡化趨勢，提高運營維護方案的科學性。

3.3 進行管網(wǎng)故障風險評估和預測

管網(wǎng)故障風險的確定，除了需要考慮管網(wǎng)的資產狀態(tài)外，還需要考慮這些管道故障對周圍的影響程度以及管道修復或更換的經(jīng)濟影響程度，這些影響程度包括與關鍵設施的鄰近程度、人口密度、管網(wǎng)材料、交通影響、建造時間等。例如，人口密度較高的地方，城市內澇發(fā)生的損失較大；不同管網(wǎng)材料的修復和養(yǎng)護成本不同；管網(wǎng)或所在道路的建造時間也會影響到修復成本，如果管網(wǎng)在最近鋪設的道路下方發(fā)生故障，修復代價就較大。在進行故障后果分析時，應盡量考慮多種因素的共同影響，同時由于很多因素和地理位置有很大關系，如人口密度、交通影響、與關鍵設施的鄰近程度等，建議基于GIS分析各項指標的影響程度。通過管網(wǎng)運行狀態(tài)和故障后果相乘可計算出管網(wǎng)故障風險，基于此進行進一步的管網(wǎng)修復養(yǎng)護措施的制定。

3.4 科學構建管網(wǎng)修復養(yǎng)護方案

管網(wǎng)修復養(yǎng)護方案是指導管網(wǎng)修復養(yǎng)護的直接依據(jù)。如果管網(wǎng)修復、養(yǎng)護及處理方案不科學、不合理，將會直接影響整個排水系統(tǒng)的正常運行，因此有必要制定科學、合理的管網(wǎng)修復養(yǎng)護方案。

首先，我國應加強修復養(yǎng)護措施的研究和規(guī)范的編制，積極推動相關規(guī)范或指南的完善。一是針對不同的病害類型和病害等級，建立修復養(yǎng)護實施細則，為下一步的管網(wǎng)修復養(yǎng)護提供業(yè)務指導，實施細則應包含修復養(yǎng)護方法選擇、施工方案、注意事項等內容；二是確定各項修復、養(yǎng)護措施以及檢測方式定額，進行定額管理。

同時，管網(wǎng)公司在實際應用過程中，還需根據(jù)所轄管網(wǎng)的運行狀態(tài)和惡化趨勢、故障風險評估和預測結果以及CCTV檢測結果等數(shù)據(jù)，考慮不同措施的成本來確定不同狀態(tài)等級、風險等級、缺陷等級和缺陷類型的修復養(yǎng)護方法。例如，對于未進行管網(wǎng)檢測的管道，可依據(jù)管網(wǎng)的風險評估結果進行修復養(yǎng)護決策方案的制定，當管網(wǎng)故障風險較高時，建議直接更換管道；當故障風險為中高時，建議盡快進行管網(wǎng)檢測；當故障風險為中級時，建議維護頻次不少于1次/月；當故障風險較低時，可適當降低管網(wǎng)維護頻次。當區(qū)域資金不充足時，具體的修復養(yǎng)護決策還需通過成本效益分析模型確定。

3.5 建立資產管理系統(tǒng)軟件體系

開發(fā)排水管網(wǎng)資產管理軟件，可為排水管網(wǎng)及相關數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)處理、分析評估、運營維護、決策支持的平臺支撐，降低排水管網(wǎng)資產管理的難度，提高運維管理水平。該軟件體系具體包括監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、檢測數(shù)據(jù)的錄入和管理、修復維護策略的制定等功能。通過平臺有助于創(chuàng)建合理的日常資產管理計劃，提高管網(wǎng)運行安全性和穩(wěn)定性。整個平臺從層次上分為采集層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應用層和用戶層（見圖2）。

圖2 管網(wǎng)資產管理軟件系統(tǒng)架構

①采集層位于架構底層，完成對管網(wǎng)資產管理所需的各類原始數(shù)據(jù)的采集，主要包括在線及人工監(jiān)測、管道測繪、管道現(xiàn)場運維、管道檢測，以及必要的人工勘查工作。

②傳輸層主要通過無線網(wǎng)絡和運營商公網(wǎng)將采集數(shù)據(jù)接入平臺。

③數(shù)據(jù)層是軟件系統(tǒng)的基礎，包含管網(wǎng)空間屬性數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)，管網(wǎng)運營維護過程中的業(yè)務數(shù)據(jù)，管網(wǎng)檢測視頻和文檔，以及維護過程中的拍照、記錄等文檔多媒體數(shù)據(jù)。

④應用層是軟件平臺的核心，包括排水管網(wǎng)維護決策工具、在線監(jiān)測分析工具、排水管網(wǎng)模擬工具、資產管理系統(tǒng)等軟件系統(tǒng)。其中排水管網(wǎng)維護決策工具實現(xiàn)對管網(wǎng)數(shù)據(jù)及檢測數(shù)據(jù)的處理、分析、管理，并結合監(jiān)測數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)、日常維護數(shù)據(jù)等，進行排水管網(wǎng)的狀態(tài)評估和預測，同時結合管網(wǎng)重要性程度評估和預測管網(wǎng)故障風險，基于以上信息制定不同管道的修復養(yǎng)護方案；在線監(jiān)測分析工具包括監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、分析、校核、統(tǒng)計等功能；排水管網(wǎng)模擬工具實現(xiàn)排水管網(wǎng)運行狀態(tài)模擬仿真；資產管理系統(tǒng)實現(xiàn)排水管網(wǎng)設施的數(shù)據(jù)管理、運營維護、資產計劃，創(chuàng)建全流程數(shù)據(jù)的管理。

⑤用戶層是直接與用戶交互的層面，主要包括管網(wǎng)維護人員、數(shù)據(jù)分析人員、建模人員、數(shù)據(jù)處理人員和管理人員。

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我國排水系統(tǒng)提質增效實施步驟

目前，我國污水管網(wǎng)普遍存在雨污混接、外來水入滲、河湖水倒灌等問題，污水管網(wǎng)長期高水位運行。隨著國家對黑臭水體的重視，建設大量截污管網(wǎng)并進行污水處理廠的提標改造，污水處理量逐年增長，但由于未解決水的來源問題，大量雨水、清水進入污水處理廠，水體黑臭現(xiàn)象依然存在，管網(wǎng)長期滿管低流速運行也帶來了管網(wǎng)易淤積、易故障的問題。現(xiàn)階段部分城市已經(jīng)開始啟動管網(wǎng)檢測，通過檢測技術了解現(xiàn)狀管網(wǎng)的功能狀況、錯接混接等基本情況，逐步進行管網(wǎng)混接錯接排查與改造。由于管網(wǎng)檢測費用較高，大規(guī)模實施管網(wǎng)檢測從經(jīng)濟效益上不可行。我國污水現(xiàn)狀管網(wǎng)提質增效中建議采取如圖3所示步驟（其中虛線框代表可選）。

圖3 排水系統(tǒng)提質增效實施步驟

①首先進行管網(wǎng)普查，建立排水管網(wǎng)動態(tài)更新數(shù)據(jù)庫。

②根據(jù)管網(wǎng)信息采用加權分析法進行管網(wǎng)故障概率和故障后果評價，綜合計算管網(wǎng)故障風險等級。結合當?shù)氐臈l件還可以補充監(jiān)測、模型，通過統(tǒng)計分析、模型評價排水管網(wǎng)運行性能，作為影響因子綜合進行故障風險評價。

③根據(jù)②中的故障風險評價結果，確定管網(wǎng)檢測優(yōu)先級。

④選取檢測優(yōu)先級高的管網(wǎng)進行管網(wǎng)檢測，根據(jù)《檢測與評估規(guī)程》的要求進行管道評估。

⑤有條件的地區(qū)可以利用已檢測管道的信息構建惡化模型，模型率定驗證滿足要求后，用于評估非檢測管道的故障概率，更新②中管網(wǎng)故障概率和故障風險等級結果。

⑥根據(jù)管網(wǎng)檢測結果和故障風險評價結果，確定修復、維護方案以及管網(wǎng)檢測頻率和檢測優(yōu)先級。對于已完成管網(wǎng)檢測的管道，根據(jù)不同缺陷情況選擇合適的修復方法；對于未做過檢測的管道，根據(jù)故障風險評價結果判斷維護頻次、檢測頻次。

⑦修復、維護、更換管網(wǎng)，更新管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。

⑧重復④~⑦。

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結論

目前，我國排水管網(wǎng)的運維管理還存在著諸多問題，如管網(wǎng)信息缺乏系統(tǒng)管理和動態(tài)分析、管網(wǎng)修復養(yǎng)護計劃缺乏系統(tǒng)分析等�；�于此狀況，提出以下排水管網(wǎng)運維管理策略：①建立排水管網(wǎng)動態(tài)更新數(shù)據(jù)庫；②科學評估和預測管網(wǎng)資產狀態(tài)；③進行管網(wǎng)故障風險評估和預測；④科學構建管網(wǎng)修復養(yǎng)護方案；⑤建立資產管理系統(tǒng)軟件體系。

本文的完整版刊登在《中國給水排水》2022年第2期，作者及單位如下：

排水管網(wǎng)運維管理問題分析與對策研究

陸露1，高峰2，郭娟2，李柏彤3，李國強1

（1.中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300074；2.張家口市鴻澤排水有限公司，河北 張家口 075000；3.蘇州大學 金螳螂建筑學院，江蘇 蘇州 215123）

該文標準著錄格式：

陸露,高峰,郭娟,等.排水管網(wǎng)運維管理問題分析與對策研究[J].中國給水排水,2022,38(2):8-13.

LU Lu,GAO Feng,GUO Juan,et al.Problem analysis and countermeasure research for sewer operation and maintenance management[J].China Water & Wastewater,2022,38(2):8-13 (in Chinese).

編輯：丁彩娟

制作：文 凱

審核：李德強

微信號：cnww1985

官方網(wǎng)站：www.cnww1985.com

聯(lián)系郵箱：cnwater@vip.163.com

摘要：排水管網(wǎng)是輸送污水和排除雨水的重要設施，而隨著城市快速發(fā)展、人口密度增加以及排水不當，我國的排水系統(tǒng)逐漸老化和惡化，存在破裂、變形等結構性缺陷以及樹根、結垢等功能性缺陷，容易引發(fā)城市內澇、污水溢流以及地面沉降等問題。我國長期不重視排水管網(wǎng)的運維管理，針對管網(wǎng)惡化帶來的問題往往采取事后應急的方式，不僅造成應急成本增加，也容易遭受不良影響。隨著國家對水環(huán)境治理和污水處理提質增效工作的重視，我國近年將持續(xù)加大對管網(wǎng)資產的建設，并對現(xiàn)狀管網(wǎng)的運維管理提出了更高的要求。對當前管網(wǎng)運維管理存在的一些問題進行了分析，并據(jù)此提出了相應建議和對策。同時針對我國當前污水管網(wǎng)存在的雨污混接、外水入滲、長期高水位運行等問題，提出了提質增效的實施步驟。

加強排水管道運行維護管理，能夠保證排水管網(wǎng)的安全性和可靠性，有效減少內澇、降低合流制溢流現(xiàn)象，同時可提高管道的使用效率，減少建設成本。而我國排水管網(wǎng)缺乏系統(tǒng)管理，管網(wǎng)運維決策還停留在主觀判斷和簡單推理的水平。因此，有必要探討排水管網(wǎng)運維管理存在的問題及對策。

01 排水管網(wǎng)運維管理的重要性

排水管網(wǎng)是城市的重要基礎設施之一，承擔著收集輸送污水和快速排除雨水的雙重功能，但因埋于地下，現(xiàn)場工況復雜，容易發(fā)生各種管網(wǎng)缺陷問題，對其健康運行影響較大，并增加城市內澇、合流制溢流污染風險。目前，我國排水管網(wǎng)運行維護主要采取被動響應的模式，即管網(wǎng)發(fā)生故障之后再進行應急搶修和維修，這一方式隨著管網(wǎng)系統(tǒng)的老化和資金缺口的增加將不再可行。美國環(huán)保局（EPA）研究發(fā)現(xiàn)，對管網(wǎng)進行不定期的運行維護，將會使管網(wǎng)惡化比預期更快，且與定期維護管網(wǎng)相比將會產生更高的更換和應急響應成本。因此，有必要加強排水管網(wǎng)的運維管理，從被動響應變?yōu)橹鲃禹憫�，延長設施使用年限并減少建設投資成本。

02 我國排水管網(wǎng)運維管理現(xiàn)狀

目前，我國排水管網(wǎng)普遍存在破損、錯口、滲水、漏水、淤積、堵塞等不同程度的結構性缺陷或功能性缺陷，其中一個重要原因就是管網(wǎng)運維管理不當。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及對黑臭水體、水環(huán)境治理的重視，排水管網(wǎng)的擴建速度空前提高。國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)表明，截至2018年底，城市排水管道長度總量達到68.3×104km，比2007年增長8.41%，這也對排水管網(wǎng)的運行維護提出了更高的要求。認真分析排水管道運維管理中的主要問題，對于強化排水管道管理、提高管道使用率、延長使用期限具有重要意義。

2.1 排水管網(wǎng)基礎信息缺乏系統(tǒng)管理和動態(tài)更新

長期以來，我國對排水管網(wǎng)的基礎信息收集和管理都不夠重視，直至近些年城市內澇頻發(fā)，才逐漸意識到管網(wǎng)“底數(shù)清楚”的重要性。為了更好地應對城市暴雨內澇災害，2013年3月25日發(fā)布的《國務院辦公廳關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》，明確提出要“全面普查摸清現(xiàn)狀”的要求。住房和城鄉(xiāng)建設部也于2013年發(fā)布了《城市排水防澇設施普查數(shù)據(jù)采集與管理技術導則（試行）》（以下簡稱《技術導則》），又于2016年發(fā)布了《城市排水防澇設施數(shù)據(jù)采集與維護技術規(guī)范》（GB/T 51187—2016，以下簡稱《技術規(guī)范》），用于指導城市排水防澇設施的采集與維護工作。目前，盡管部分城市對排水管網(wǎng)實行了數(shù)字化管理，建立了排水管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)庫，但是數(shù)據(jù)庫的內容和格式很少符合《技術導則》和《技術規(guī)范》的要求，且大多數(shù)城市尚未建立數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新機制，造成排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)變化得不到及時有效的更新與修正。

與此同時，數(shù)據(jù)庫往往僅存儲了靜態(tài)空間及部分屬性數(shù)據(jù)，而影響管網(wǎng)惡化的因素很多，其中結構影響因素包括物理和施工因素、環(huán)境因素、運營因素等，見表1；運行影響因素包括非水力因素和水力因素，見表2，其中管道設計不良、有效直徑減小、粗糙度增大、管道發(fā)生結構性缺陷等因素均可導致管道過流能力不足。因此，還需要進行大量基礎數(shù)據(jù)及實際運行狀況數(shù)據(jù)的收集和管理，實際運行狀況數(shù)據(jù)可與管網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)庫建立連接關系。

目前部分城市開展了CCTV檢測，但是檢測成果主要通過報告和視頻存儲，多條道路的檢測成果也往往分次存儲，使用過程中存在一些不便。國外發(fā)達國家很早就進行了CCTV檢測數(shù)據(jù)的信息化錄入和地圖管理，可以直觀查看管網(wǎng)的運行狀態(tài)。例如，英國Innovyze公司開發(fā)了InfoAsset Planner（原名InfoMaster）軟件，可以自動導入檢測視頻、缺陷成果，查看閉路電視視頻并導航到特定缺陷，以圖示的形式查看詳細的缺陷位置、缺陷類型。

2.2 管網(wǎng)修復養(yǎng)護計劃的制定缺乏系統(tǒng)分析

2016年住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《城鎮(zhèn)排水管渠與泵站運行、維護及安全技術規(guī)程》（CJJ 68—2016，以下簡稱《運行維護規(guī)程》），以規(guī)范城鎮(zhèn)排水管渠的運行和維護。但是管網(wǎng)的運行維護除按《運行維護規(guī)程》進行日常維護外，還需制定科學有效的管網(wǎng)修復養(yǎng)護計劃，對故障風險大的管段（即故障概率大或故障后果嚴重的管道）優(yōu)先修復和養(yǎng)護。

目前，大量城市只對部分管網(wǎng)進行檢測與評估，也僅對存在問題的管網(wǎng)進行有針對性的修復和養(yǎng)護。 《城鎮(zhèn)排水管道檢測與評估技術規(guī)程》（CJJ 181—2012，以下簡稱《檢測與評估規(guī)程》）也提出了管網(wǎng)修復、養(yǎng)護等級的確定方法，即通過結構性缺陷、功能性缺陷結合土質情況、地區(qū)重要性、管道重要性確定管網(wǎng)修復和養(yǎng)護等級，這為管道修復養(yǎng)護的科學決策提供了有力的幫助。但是管網(wǎng)檢測技術具有費用高的特點，無法全面覆蓋整個管網(wǎng)系統(tǒng)，未檢測管道得不到及時修復從而造成管網(wǎng)惡化以及較高的修復、維護成本；且《檢測與評估規(guī)程》中地區(qū)重要性、管網(wǎng)重要性等參數(shù)僅依據(jù)地區(qū)類別、管網(wǎng)直徑確定，但是管網(wǎng)故障后果還與管網(wǎng)及所在道路造價，以及與學校、醫(yī)院等重要設施的接近程度相關，參數(shù)選取不全面將導致忽略某些重要管道，從而帶來嚴重的經(jīng)濟社會影響。

2.3 管網(wǎng)修復養(yǎng)護缺少成本分析和方法指引

由于修復、養(yǎng)護資金較高，對故障管網(wǎng)及風險等級較高的管網(wǎng)很難一次性進行全部修復。此外，修復方法種類較多，如何準確選取難度較大。目前我國還缺少相關方法的選擇指南，導致在進行管道修復養(yǎng)護時，容易發(fā)生方法選擇不合理的現(xiàn)象，從而造成資金的浪費。歐美國家對此已進行了大量研究，能夠針對具體的檢測結果給出建議的修復養(yǎng)護方法，如Park等提出了一個基于數(shù)據(jù)倉庫的下水道基礎設施管理決策支持系統(tǒng)，設計的決策支持系統(tǒng)可以針對不同的管道選擇合適的檢查方法，并針對不同的缺陷代碼和缺陷等級分配適當?shù)男迯汀�養(yǎng)護和更新方法。國外發(fā)達國家也特別重視決策支持系統(tǒng)的建立，通過遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡等算法建立模型進行成本效益分析，確定長期修復策略，并優(yōu)化資源分配，極大節(jié)省了資金。例如，歐洲委員會開展了雨污水管網(wǎng)計算機輔助修復系統(tǒng)項目，該項目的最終成果是一套用于排水管網(wǎng)管理的綜合決策支持系統(tǒng)（DSS），可以根據(jù)預測的管網(wǎng)結構故障、水力性能、污染排放等因素識別最佳排水管網(wǎng)修復策略，成功應用于多項研究。

03 對我國排水管網(wǎng)運維管理的建議

為提高我國排水管網(wǎng)運維管理水平，需要從加強排水管網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)管理、建立科學決策工具、建立軟件體系等多方面進行。圖1為排水管網(wǎng)運維管理的措施，各項措施相互支撐，可提高我國排水管網(wǎng)資產使用效率，減少更換成本。

3.1 建立排水管網(wǎng)動態(tài)更新數(shù)據(jù)庫

就目前排水管網(wǎng)管理現(xiàn)狀看來，大部分城市對管網(wǎng)資產疏于管理和監(jiān)控，缺乏長期、動態(tài)的管理。因此，應加強排水管網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)的收集和管理，建立準確、高效、統(tǒng)一、標準的數(shù)據(jù)庫，利用地理信息系統(tǒng)（GIS）的空間分析和查詢工具，實現(xiàn)排水管網(wǎng)的數(shù)據(jù)集成、顯示、分析與管理。數(shù)據(jù)庫中除了需要存儲排水管網(wǎng)空間及屬性數(shù)據(jù)外，還需要與排水管網(wǎng)運行維護數(shù)據(jù)庫建立連接關系，掌握設施運行狀況，包含監(jiān)測數(shù)據(jù)、功能性缺陷與結構性缺陷等檢測數(shù)據(jù)、養(yǎng)護維護記錄數(shù)據(jù)等。同時需要建立數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新機制，在設施信息補測、運營維護或維修等原因導致數(shù)據(jù)變化時，應及時對數(shù)據(jù)進行更新與修正，保持數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。為了保證數(shù)據(jù)更新工作的順利開展，《城市排水防澇設施數(shù)據(jù)采集與維護技術規(guī)范》（GB/T 51187—2016）建議地方政府安排專項資金保障設施的動態(tài)更新。

3.2 科學評估和預測管網(wǎng)資產狀態(tài)

目前，我國排水管網(wǎng)資產更新、修復和維護較為隨意，評估過程也較簡單，甚至不評估而直接根據(jù)管齡來替換，導致資源浪費。要改變這一現(xiàn)象，在資產更新、修復或維護之前需事先對管網(wǎng)資產進行系統(tǒng)的評估，管網(wǎng)狀態(tài)評估結果也可以作為管網(wǎng)檢測計劃制定的依據(jù)。由于影響管網(wǎng)惡化的因素較多，除了管網(wǎng)基礎屬性外還包括入流入滲、管網(wǎng)過流能力等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)很難全面收集，有必要采取人工摸排、監(jiān)測、模型、信息化平臺等多種方式進行。評估方法除了簡單的指標加權分析外，還可以構建惡化模型�；�于部分管網(wǎng)的CCTV檢測數(shù)據(jù)構建符合區(qū)域特性的惡化模型，模型驗證通過后可用于整個片區(qū)的狀態(tài)評估。國外學者開發(fā)了一系列的惡化模型，以支撐檢測計劃、維護策略的制定。惡化模型一般分為物理模型、統(tǒng)計學模型和人工智能模型。

惡化模型除了評估未檢測管道外，還可預測管道的未來狀態(tài)。雖然管網(wǎng)檢測技術能清楚地顯示管網(wǎng)的運行現(xiàn)狀，但也僅僅反映了檢測時管網(wǎng)狀況的“快照”，在決策時管網(wǎng)狀況可能已發(fā)生較大變化。所以有必要根據(jù)管網(wǎng)的當前狀態(tài)合理預測管網(wǎng)惡化趨勢，提高運營維護方案的科學性。

3.3 進行管網(wǎng)故障風險評估和預測

管網(wǎng)故障風險的確定，除了需要考慮管網(wǎng)的資產狀態(tài)外，還需要考慮這些管道故障對周圍的影響程度以及管道修復或更換的經(jīng)濟影響程度，這些影響程度包括與關鍵設施的鄰近程度、人口密度、管網(wǎng)材料、交通影響、建造時間等。例如，人口密度較高的地方，城市內澇發(fā)生的損失較大；不同管網(wǎng)材料的修復和養(yǎng)護成本不同；管網(wǎng)或所在道路的建造時間也會影響到修復成本，如果管網(wǎng)在最近鋪設的道路下方發(fā)生故障，修復代價就較大。在進行故障后果分析時，應盡量考慮多種因素的共同影響，同時由于很多因素和地理位置有很大關系，如人口密度、交通影響、與關鍵設施的鄰近程度等，建議基于GIS分析各項指標的影響程度。通過管網(wǎng)運行狀態(tài)和故障后果相乘可計算出管網(wǎng)故障風險，基于此進行進一步的管網(wǎng)修復養(yǎng)護措施的制定。

3.4 科學構建管網(wǎng)修復養(yǎng)護方案

管網(wǎng)修復養(yǎng)護方案是指導管網(wǎng)修復養(yǎng)護的直接依據(jù)。如果管網(wǎng)修復、養(yǎng)護及處理方案不科學、不合理，將會直接影響整個排水系統(tǒng)的正常運行，因此有必要制定科學、合理的管網(wǎng)修復養(yǎng)護方案。

首先，我國應加強修復養(yǎng)護措施的研究和規(guī)范的編制，積極推動相關規(guī)范或指南的完善。一是針對不同的病害類型和病害等級，建立修復養(yǎng)護實施細則，為下一步的管網(wǎng)修復養(yǎng)護提供業(yè)務指導，實施細則應包含修復養(yǎng)護方法選擇、施工方案、注意事項等內容；二是確定各項修復、養(yǎng)護措施以及檢測方式定額，進行定額管理。

同時，管網(wǎng)公司在實際應用過程中，還需根據(jù)所轄管網(wǎng)的運行狀態(tài)和惡化趨勢、故障風險評估和預測結果以及CCTV檢測結果等數(shù)據(jù)，考慮不同措施的成本來確定不同狀態(tài)等級、風險等級、缺陷等級和缺陷類型的修復養(yǎng)護方法。例如，對于未進行管網(wǎng)檢測的管道，可依據(jù)管網(wǎng)的風險評估結果進行修復養(yǎng)護決策方案的制定，當管網(wǎng)故障風險較高時，建議直接更換管道；當故障風險為中高時，建議盡快進行管網(wǎng)檢測；當故障風險為中級時，建議維護頻次不少于1次/月；當故障風險較低時，可適當降低管網(wǎng)維護頻次。當區(qū)域資金不充足時，具體的修復養(yǎng)護決策還需通過成本效益分析模型確定。

3.5 建立資產管理系統(tǒng)軟件體系

開發(fā)排水管網(wǎng)資產管理軟件，可為排水管網(wǎng)及相關數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)處理、分析評估、運營維護、決策支持的平臺支撐，降低排水管網(wǎng)資產管理的難度，提高運維管理水平。該軟件體系具體包括監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析、檢測數(shù)據(jù)的錄入和管理、修復維護策略的制定等功能。通過平臺有助于創(chuàng)建合理的日常資產管理計劃，提高管網(wǎng)運行安全性和穩(wěn)定性。整個平臺從層次上分為采集層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應用層和用戶層（見圖2）。

① 采集層位于架構底層，完成對管網(wǎng)資產管理所需的各類原始數(shù)據(jù)的采集，主要包括在線及人工監(jiān)測、管道測繪、管道現(xiàn)場運維、管道檢測，以及必要的人工勘查工作。

② 傳輸層主要通過無線網(wǎng)絡和運營商公網(wǎng)將采集數(shù)據(jù)接入平臺。

③ 數(shù)據(jù)層是軟件系統(tǒng)的基礎，包含管網(wǎng)空間屬性數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)，管網(wǎng)運營維護過程中的業(yè)務數(shù)據(jù)，管網(wǎng)檢測視頻和文檔，以及維護過程中的拍照、記錄等文檔多媒體數(shù)據(jù)。

④ 應用層是軟件平臺的核心，包括排水管網(wǎng)維護決策工具、在線監(jiān)測分析工具、排水管網(wǎng)模擬工具、資產管理系統(tǒng)等軟件系統(tǒng)。其中排水管網(wǎng)維護決策工具實現(xiàn)對管網(wǎng)數(shù)據(jù)及檢測數(shù)據(jù)的處理、分析、管理，并結合監(jiān)測數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)、日常維護數(shù)據(jù)等，進行排水管網(wǎng)的狀態(tài)評估和預測，同時結合管網(wǎng)重要性程度評估和預測管網(wǎng)故障風險，基于以上信息制定不同管道的修復養(yǎng)護方案；在線監(jiān)測分析工具包括監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、分析、校核、統(tǒng)計等功能；排水管網(wǎng)模擬工具實現(xiàn)排水管網(wǎng)運行狀態(tài)模擬仿真；資產管理系統(tǒng)實現(xiàn)排水管網(wǎng)設施的數(shù)據(jù)管理、運營維護、資產計劃，創(chuàng)建全流程數(shù)據(jù)的管理。

⑤ 用戶層是直接與用戶交互的層面，主要包括管網(wǎng)維護人員、數(shù)據(jù)分析人員、建模人員、數(shù)據(jù)處理人員和管理人員。

04 我國排水系統(tǒng)提質增效實施步驟

目前，我國污水管網(wǎng)普遍存在雨污混接、外來水入滲、河湖水倒灌等問題，污水管網(wǎng)長期高水位運行。隨著國家對黑臭水體的重視，建設大量截污管網(wǎng)并進行污水處理廠的提標改造，污水處理量逐年增長，但由于未解決水的來源問題，大量雨水、清水進入污水處理廠，水體黑臭現(xiàn)象依然存在，管網(wǎng)長期滿管低流速運行也帶來了管網(wǎng)易淤積、易故障的問題�，F(xiàn)階段部分城市已經(jīng)開始啟動管網(wǎng)檢測，通過檢測技術了解現(xiàn)狀管網(wǎng)的功能狀況、錯接混接等基本情況，逐步進行管網(wǎng)混接錯接排查與改造。由于管網(wǎng)檢測費用較高，大規(guī)模實施管網(wǎng)檢測從經(jīng)濟效益上不可行。我國污水現(xiàn)狀管網(wǎng)提質增效中建議采取如圖3所示步驟（其中虛線框代表可選）。

① 首先進行管網(wǎng)普查，建立排水管網(wǎng)動態(tài)更新數(shù)據(jù)庫。

② 根據(jù)管網(wǎng)信息采用加權分析法進行管網(wǎng)故障概率和故障后果評價，綜合計算管網(wǎng)故障風險等級。結合當?shù)氐臈l件還可以補充監(jiān)測、模型，通過統(tǒng)計分析、模型評價排水管網(wǎng)運行性能，作為影響因子綜合進行故障風險評價。

③ 根據(jù)②中的故障風險評價結果，確定管網(wǎng)檢測優(yōu)先級。

④ 選取檢測優(yōu)先級高的管網(wǎng)進行管網(wǎng)檢測，根據(jù)《檢測與評估規(guī)程》的要求進行管道評估。

⑤ 有條件的地區(qū)可以利用已檢測管道的信息構建惡化模型，模型率定驗證滿足要求后，用于評估非檢測管道的故障概率，更新②中管網(wǎng)故障概率和故障風險等級結果。

⑥ 根據(jù)管網(wǎng)檢測結果和故障風險評價結果，確定修復、維護方案以及管網(wǎng)檢測頻率和檢測優(yōu)先級。對于已完成管網(wǎng)檢測的管道，根據(jù)不同缺陷情況選擇合適的修復方法；對于未做過檢測的管道，根據(jù)故障風險評價結果判斷維護頻次、檢測頻次。

⑦ 修復、維護、更換管網(wǎng)，更新管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。

⑧ 重復④~⑦。

05 結論

目前，我國排水管網(wǎng)的運維管理還存在著諸多問題，如管網(wǎng)信息缺乏系統(tǒng)管理和動態(tài)分析、管網(wǎng)修復養(yǎng)護計劃缺乏系統(tǒng)分析等。基于此狀況，提出以下排水管網(wǎng)運維管理策略：①建立排水管網(wǎng)動態(tài)更新數(shù)據(jù)庫；②科學評估和預測管網(wǎng)資產狀態(tài)；③進行管網(wǎng)故障風險評估和預測；④科學構建管網(wǎng)修復養(yǎng)護方案；⑤建立資產管理系統(tǒng)軟件體系。