基于CCTV技术的城市老旧污水管道检测与评估——以莆田市城笏路为例

陈 毅，郭嘉昕，欧德龙

(莆田市水质净化有限公司，福建莆田 351100)

污水管道建设是排水系统中投资较高的建设部分，但其运营维护却是较为薄弱的环节[1]。污水管道的不良运行引发的城市地面污水溢流、内涝、地面塌陷等灾害严重影响城市生态环境与市民正常生活。城市老旧污水管道年久失修、漏损严重、污泥大量淤积、过流能力差，由此造成污水渗漏污染管道周边地下水及土壤等的环境风险问题尤为突出。因此，确保污水管道安全稳定运行，有助于城市各项基础功能的正常运行，从而提高城市环境与居民的生活水平。莆田市建市时间较短，各种市政基础设施较为薄弱，老旧污水管网的运行问题频繁发生[2]。本文通过闭路电视系统(CCTV)检测技术结合评估技术规程，对莆田市城笏路污水管道进行分析评估，并提出科学的维修与养护建议，从而充分发挥管道的排污能力，为城市建设保驾护航。

城笏路位于莆田市荔城区，为来往两大重要城镇黄石镇与笏石镇的主干道路，酒店、餐饮、小区、厂区等排水点沿路紧密分布，污水管道负荷大。城笏路地下污水管道材质为PVC，修建年代久远，总长度为1 347 m，埋深为1.5～3 m。该段地下管道分为38段，其中，DN300共6段，长为144 m；DN400共32段，长为1 203 m。检测井内水位高低差明显，管道沿线部分区域污水溢流。

1 管道检测与评估方法

1.1 管道检测方法

国内部分城市已有开展CCTV技术用于排水管道检测的先例，其工作原理为控制带摄像头的机器人在地下管道内爬行，将管道内的实时图像传输到地面控制人员的主屏幕上，机器人对管道存在的破裂、变形、障碍物等图像数据形象处理并储存[3-5]。

CCTV检测主要由资料收集、现场踏勘、管道预处理、管道检测4大工作步骤组成(图1)。资料收集为收集管道竣工图与区域管线分布资料；现场踏勘为定位检查井与勘察周边环境状况(交通、噪音、居民区)，用于制定检测方案与时间段；管道预处理为对管道内水位与淤积情况进行判别，水位较高时采取抽水降水措施，对阻碍机器爬行的淤积进行高压水清淤；管道检测为机器管道内采集图像，人员解析图像，确定缺陷类型、位置及程度。

图1 CCTV检测流程图Fig.1 Flow Chart of CCTV Detection

本次检测使用韩国生产的ROBOCAM-1，设备采用高分辨率的彩色摄像系统，可调整摄像头的高度、照明、焦距和速度，同时，可调整爬行器行进方向，绕过管道内的小型障碍物。

1.2 评估方法

按照《城镇排水管道检测与评估技术规程》(CJJ 181—2012)[6]，结合CCTV检测结果，定量评估管道结构本体遭受损伤，影响强度、刚度和使用寿命的缺陷的结构和功能状况，以提供更科学的管道养护和修复参考依据。

1.2.1 结构性状况评估方法

管道结构性状况评估步骤为结构性缺陷评分、计算损坏状况参数、确定缺陷参数与修复指数、缺陷等级评估与提出修复建议4步(图2)。对于缺陷的沿管道纵向的尺寸均不大于1 m，长度按1 m计算，管道部分纵向1 m内2个以上缺陷同时出现，分值叠加计[7]。管段结构性缺陷参数F的确定依据排水管道缺陷的开关效应原理，即一处受阻，全线不通。因此，管段的损坏状况等级选取于该管段中最严重的缺陷。

图2 结构性状况评估流程Fig.2 Structural Health Assessment Process

1.2.2 功能性状况评估方法

管道功能性状况评估的流程与管道结构性状况评估基本相同，通过计算管段的养护指数MI，确定养护等级，提出养护建议(图3)。管道功能性缺陷仅涉及管道内部运行状况的受影响程度，与管道埋设的土质条件无关，因此，与修复指数相比，养护指数的计算不考虑土质影响。

图3 功能性状况评估流程Fig.3 Functional Health Assessment Process

2 结果与评估

2.1 CCTV检测结果与分析

2.1.1 CCTV检测结果

城笏路地下污水管道共存在56处缺陷，其中，管道结构本体遭受损伤，影响强度、刚度和使用寿命的结构性缺陷有破裂25处、变形11处、起伏10处、异物穿入3处、错口2处、脱节2处；导致管道过水断面发生变化，影响畅通性能的功能性缺陷有树根2处、障碍物1处(图4)。检测数据的统计分析表明，该路段地下污水管道的主要问题为破裂、变形及起伏，其中，破裂管段占缺陷总数近半(图5)。

(a)破裂4级(b)变形4级(c)错口4级(d)起伏4级(e)脱节2级(f)异物穿入3级(g)障碍物1级(h)树根1级

图5 不同缺陷所占比例Fig.5 Proportion of Different Defects

缺陷有轻微、中等、严重及重大4个等级，其中，严重与重大的3、4级缺陷集中在破裂、变形、起伏。缺陷最多的破裂涵盖轻微至重大4个等级；变形集中在2、3及4这3个较为严重的等级；功能性缺陷树根与障碍物缺陷为1、2级，等级较低(图6)。

图6 不同缺陷等级数量及占比Fig.6 Number and Proportion of Different Defect Levels

2.1.2 结果分析

内部因素：PVC管应用广泛，其管道表面光滑、化学性质稳定、耐腐蚀能力强，且质地较轻，但易脆。城笏路污水管道运行年限较长，管道逐渐老化，导致管道的结构稳定性逐渐降低，加之管道直径较小、管壁薄，抗冲击能力差。

外部因素：管道上方地面为主干道路，常年受荷载影响，破裂、变形与起伏发生概率高，形成不同程度的管道损坏。受压管道发生破裂或变形后，管外土壤挤压，加剧差异沉降，变形幅度增大或裂缝扩大，部分沙土流入管中，影响管道使用的同时，可能会导致路面发生塌陷。情况严重的会导致脱节、错口及障碍物等衍生缺陷的产生[8]。

因此，污水管道的健康状况不仅受管道本身内部因素的影响，同时与管道所处的周边环境、社会经济条件等外部因素息息相关。

2.2 管道评估结果

2.2.1 结构性状况评估结果

选取破裂、变形、起伏、错口、脱节、异物穿入6类结构性缺陷，通过结构性状况评估方法进行评估，如表1所示。

表1 结构性状况评估结果Tab.1 Results of Structural Assessment

由表1可知：F=10>6表明管段存在重大缺陷，损坏严重或即将破坏；SM=0.05<0.1，表明管段结构性缺陷类型为局部缺陷；RI=7.6>7，表明管段修复等级为最高级Ⅳ级，同时表明结构已经破坏或即将破坏，应立即修复。

2.2.2 功能性状况评估结果

选取树根与障碍物2类功能性缺陷，通过功能性状况评估方法进行评估，如表2所示。

表2 功能性状况评估结果Tab.2 Results of Functional Evaluation

由表2可知：G=2，表明功能性缺陷等级为Ⅱ级，管道过流有一定的受阻，运行受影响不大；YM=0.002，表明管段功能性缺陷类型为局部缺陷；MI=3.7，表明养护等级为Ⅱ级，无需立即处理，但需安排处理计划。

3 结论与建议

3.1 结论

CCTV检测的工作原理为可控机器人管内爬行采集数据，工作步骤为资料收集、现场踏勘、管道预处理、管道检测4步，特点为检测过程效率高、安全，检测结果图像清晰、直观。

内因与外因共同作用致使城笏路地下污水管道存在56处缺陷，以破裂、变形及起伏为主，破裂、变形严重。管段存在重大缺陷，应立即修复；管道过流有一定的受阻，运行受影响不大，养护等级为Ⅱ级，无需立即处理，但需安排处理计划。评估结果提出的修复与养护建议，为接下来的修复与运行管理提供数据支撑，同时为其他区域污水管道检测评估提供参考。

3.2 建议

CCTV检测的地下污水管道环境条件复杂，多种不确定性因素会造成检测结果存在偏差。检测机器人采集的数据仅为缺陷的表象特征，无法探明管道外部的具体情况，影响后续管道修复方案制定的精准性。不同的检测人员对检测机器人的控制与对图像的理解与分析不同，将直接影响数据结果的可靠性。若在检测前掌握各类环境因素、机器人采集更加全面的数据，不同的检测人员均执行标准化的操作与分析，CCTV检测结果将更加精准反映管道健康状况。