同一段球墨铸铁管,漏水点在两台记录仪正中间时,两台都能听得到,报警区间便锁在这两点之间的八十米内,若把间距拉到两百米,漏点落在两点之间偏一侧的位置,远端那台往往什么都听不到,区间只能靠单边推断,长度从八十米变成两百米,后面人工听音要走的里程差出两倍半。布点密度不是花钱买台数的问题,它直接决定噪声法给出的那个“异常管段”有多长,进而决定后面定位要花多少工时。
城镇供水管网的漏损定位不是一步到位的。CJJ 159-2011《城镇供水管网漏水探测技术规程》把方法分成几层,术语上的分工很清楚:噪声法对应的是异常管段,听音法与相关分析法则对应异常点。
这条链条的次序是固定的。先用噪声法把范围收窄到某一段管道,再在这段管道上用听音法普查找出异常位置,再用相关分析法把位置算准到可以开挖的程度。噪声记录仪处在链条的起始一级,它产出的是区间,不是坐标。把记录仪的报警当成漏点坐标去开挖,是现场常见的一类误用。
既然起始一级产出的是区间,那么区间的长度由什么决定?答案是相邻两台记录仪的间距。两台都能听到同一个漏点时,区间是两个点位之间的那段,长度等于间距。只有一台听到时,区间只能从这台向一侧延伸,长度取决于噪声在管道里能传多远,这个距离随管材变化很大,且现场难以预先算准。
这便把布点密度与后续工作量直接绑在了一起:间距每放大一倍,平均要排查的管段长度也放大一倍。
其一,间距设定的物理依据是什么,为什么不同管材的间距能差出三倍多。其二,间距设定之后,后续定位环节的精度要求与作业量怎样随之变化,以及哪些现场因素会把理论间距的实际效果削掉一截。前者是设定依据,后者是效果验证。
管道漏水时,压力水从破口射出,冲击管壁与周围土体,产生频带很宽的噪声。这个噪声会沿着管道传播,传播过程中能量不断损耗,频率越高的成分损耗越快。距离漏点越远,到达的噪声越弱,高频也被削掉了大半,只剩下低频成分。
记录仪能不能听到,取决于到达它所在位置的噪声还剩下多少,以及这个残余量能不能盖过当地的背景噪声。这两个条件里,前者由管材与距离决定,后者由安装环境决定。
不同管材对声波的传导能力差别很大。钢管与球墨铸铁管的管壁刚度高、材质均匀,声波在其中的传播速度高、能量损耗小,同一个漏点能被很远的记录仪听到。灰口铸铁管与水泥管居中。塑料管的管壁刚度低、阻尼大,声波传播速度明显低于金属管,能量衰减也快得多,同一个漏点在塑料管上能被听到的范围要小很多。
这条差异是全部间距规则的根源。管材决定传播距离,传播距离决定布点间距,这条线索很清楚。
管材之外还有几个变量。管径大的管道管壁厚重、声通道截面大,噪声传播条件与小口径管道不同,这也是相关分析法在管径上的适用条件要单独规定的原因。管内压力决定漏口射流的能量,压力越高噪声越强,传得也越远,CJJ 159-2011 对相关分析法给出的压力门槛是不应小于 0.15 兆帕,这个门槛便是冲着这一点来的。埋深影响的是地面听音这一段:埋得越深,传到地面的噪声越弱,规程对地面听音的埋深给的是不宜大于 2.0 米。
这些变量都不足以推翻管材的主导地位,但在临界情形下会成为压垮判读的那根稻草。同一条管段,夜间压力高时报警、白天压力低时安静,是现场很常见的现象。
记录仪听到的是漏点噪声与背景噪声的叠加。若安装位置旁边有持续的干扰源——泵房、阀门井的流水声、靠近车流的井盖、变配电设备的嗡鸣——背景噪声会把漏点噪声埋掉,装再多台也没有用。
CJJ 159-2011 在噪声法的布设条件里明确写了这一条:检测点不应有持续的干扰噪声。这是布设的排除条件,不是可选项。选点时碰到这类位置,宁可挪一挪,也不要硬装。
规程在噪声法一章给出了直管段的布设间距表,按管材分档,数值如下。
钢管 200 米。灰口铸铁管 150 米。水泥管 100 米。球墨铸铁管 80 米。塑料管 60 米。
五个数字背后是前面讲的那条物理规律:传播能力越强,允许的间距越大。钢管与塑料管之间差出三倍多,这个差距不是安全系数堆出来的,是两种材料声学性质差异的直接反映。现场照这张表布点,是间距设定的首要依据。
这张表在规程里被引用了两次。噪声法用它确定记录仪的布设间距,相关分析法在管径不大于 300 毫米时用它确定相邻传感器的间距。同一次布点,两个环节用的是同一组数值,这给现场省了不少换算的麻烦。
需要留意的是后半句的限定条件:管径不大于 300 毫米。管径更大的管道,相关分析的传感器间距要按实际情况另行确定,不能照搬这张表。
间距设得再合理,仪器达不到要求也是空的。规程对记录仪提出了四项要求:灵敏度不低于 1 分贝,能记录两种以上的噪声参数,重复性好,防护等级达到 IP68。
四项里前两项直接决定布点能否落地。灵敏度不够,远端那台便听不到,双侧定位退化成单边推断。只能记录单一参数,便无法区分漏水噪声与短时的环境扰动,误报率会明显上去。IP68 这一项对应的是安装环境——记录仪装在阀门井或消火栓附近,长期处于潮湿甚至短时浸水的状态,防护等级不够,寿命无从谈起。
前面提过的持续干扰噪声,是这张表之外的一条硬约束。它是排除条件:位置不合格便不能布,而不是布上去再靠算法滤。现场选点时应先把这类位置排除掉,再在剩下的位置里按间距排布。
记录仪锁定异常管段之后,下一步是在这段上做地面听音普查。查多长,取决于段有多长,段有多长,取决于间距有多大。这条因果链把布点密度与人工工时直接连了起来。
以两个相邻点位之间的 80 米管段为例,按规程给出的地面听音普查测点步长——金属管道不宜大于 2.0 米——这段要布四十个左右的测点。如果间距放大到 200 米,同样步长下测点数涨到一百个,工作量翻了两倍半,而漏点其实只有一处。
规程对测点步长给的是分档要求:金属管道不宜大于 2.0 米,非金属管道不宜大于 1.0 米。非金属管之所以要更密,原因还是传播——塑料管里噪声传得近,步长放大会直接漏过去。
发现异常之后还要加密。规程要求在漏水异常点附近的加密测点不宜大于 0.2 米,这个尺度已经接近人工能分辨的极限,也是把位置收到可开挖精度的关键一步。
听音普查找到异常位置之后,通常用相关分析法做复核。相关分析法靠漏点噪声到达两个传感器的时间差算位置,输入量是管长、管材、管径同声波传播速度。规程要求相关仪具备滤波、频率分析同声速测量功能,声速这一项要按实际管道取值或者实测,不能套用一个统一数字。
末尾要满足的指标写在 CJJ 159-2011 的总则部分:定位误差不宜大于 1 米,准确率不应小于 90%。这个指标是整条链条的出口,不是记录仪单独能给出的结果。记录仪给出段,听音给出大致位置,相关分析给出可开挖的坐标,三段各司其职。
布点密度不足会引出两类后果,性质不同。一类是漏检:漏点落在两台记录仪的中间地带,且距离两侧都超过了该管材的有效传播距离,于是没有任何一台报警,这段管道在监测数据上表现为完全正常。另一类是段过长:有一台听到了,区间从这台向一侧延伸,长度不可控,后续排查量大增。
两类后果里,漏检危害更大,因为它表现为“没有问题”,比“定位不准”更容易被信任。塑料管上按金属管的经验布点,出的往往便是这一类。
CJJ 159-2011《城镇供水管网漏水探测技术规程》于 2011 年 1 月 7 日发布、2011 年 10 月 1 日实施,现行有效。它是检漏作业与设备的直接依据,本文引用的布设间距表、记录仪性能要求、测点步长、定位误差指标都出自这份规程。
需要说明的是,自 GB 55026-2022 实施之日起,这份规程里原属强制性的几条已经废止,引用时不应再以强制条文口径表述,其余技术条款仍然有效。
CJJ 92-2016《城镇供水管网漏损控制及评定标准》于 2016 年 9 月 5 日发布、2017 年 3 月 1 日实施,现行有效,覆盖漏损评定与独立计量区的分区管理。它给出的是另一层口径。漏损率的两级评定为一级 10%、二级 12%,超过一级便说明这个区的漏损水平已经值得投入排查力量。划分独立计量区时规模要控制住,用户一般不超过 5000 户、进水口不宜超过 2 个,区划得太大,夜间低峰流量里混进的用户用水会把漏失信号淹掉,评出来的数便不可信。夜间低峰流量的监测时段一般放在凌晨 2 点至 5 点,这段时间管内流速小,进口流量计量的性能能不能跟上小流量,直接决定这个区能不能评得准。
这两份规程分工不同:CJJ 92 回答“这个区的漏损水平如何、要不要查”,CJJ 159 回答“具体怎么查、点怎么布”。一个是评定口径,一个是作业口径,引用时不要混着用。现场把两者串起来的顺序是先拿漏损率把区排出优先级,再按管材把点布下去。若跳过评定直接全面布点,有限的设备会被摊到漏损水平本不高的区,真正该查的段反而点位不足,这类情形在管网规模偏大、设备台数有限的项目里出现过不止一次。
CJJ 207-2013《城镇供水管网运行、维护及安全技术规程》现行有效,其中把检漏方法的选择指向 CJJ 159,并给出一条与布点密度有关的条款:检出率降到一定程度之后,可以适当延长检漏周期。这条与固定式监测的关系很直接——布点密度上去、检出率上来之后,人工普查的频次可以往下调,这正是固定式噪声监测替代部分人工巡检的依据所在。
GB/T 41332-2022《市政地下管线远程探测设备技术要求》现行有效,适用于远程探测设备。GB/T 45413-2025《供水管网水锤监测系统通用技术要求》现行有效,覆盖水锤监测。水锤与漏损监测在硬件上有共通之处,布点时若两套系统共存,安装位置可以统筹考虑。
布点从分档开始:把待监测的管网按管材切成若干段,每段按表 6.2.2 取对应间距,端点点位各自覆盖。一条管网里往往几种管材混着,钢管段与塑料管段的间距差出三倍,混在一起按一个间距排,必然有一头出问题。
分完段还要核对管径。管径大于 300 毫米的管段,相关分析那一环的传感器间距不能照搬这张表,布点时要提前留好这一步的余地。
间距给出的是理论位置,实际点位要在它附近找可安装的地方。消火栓、阀门井、排气阀这些附属设施是天然的安装点,记录仪靠强磁吸附固定,即装即用。
找点时要同时满足两个条件:能装得上,且没有持续干扰噪声。两个条件冲突时,干扰这一条优先——位置偏几米不影响区间判断,装在泵房旁边则整台失效。
固定布点与流动轮换可以配合使用。听澜噪声记录仪支持固定安装、流动监测、临时布点几种部署模式,管网里漏损高发的区做固定布点,其余区用流动轮换的方式定期过一遍,同样的台数能覆盖更长的管网。
这种搭配的代价是时间分辨率下降:流动轮换的点位只在轮换期间有数据,不像固定点位那样每日连续上报。高发区与一般区的划分,依据应当来自独立计量区的漏失水平评估,而不是凭印象。
某独立计量区内的主干管为 DN200 球墨铸铁管,待监测长度 1.8 千米。按表 6.2.2,球墨铸铁管间距取 80 米,1800 除以 80 得 22.5 段,取 23 段,间距 78.3 米,点位二十四处。
运行首月的某日凌晨三点,第十四号与第十五号记录仪同时上报噪声异常,异常管段锁在这两点之间,长度 78.3 米。
听音组在这段上做地面听音普查,金属管道测点步长取 2.0 米,约四十个测点,在距第十四号点位约 31 米处听到明显异常,随即按规程加密到 0.2 米步长复测。随后用相关分析法复核,输入管长、管材、管径同实测声速,定位结果为 31.7 米。
开挖在 31.2 米处找到漏点,为承插口橡胶圈老化渗漏,与相关分析定位相差 0.5 米,落在规程给出的定位误差不宜大于 1 米这一指标内。
这个案例里,八十米这个间距的作用体现在两处:它让两台记录仪同时听到,从而把区间锁死在 78.3 米而不是靠单边推断。它让后续听音的测点数控制在四十个左右。若按钢管的两百米布点,段长变成两百米,测点数涨到一百个,且球墨铸铁管上两百米外的那台很可能根本听不到。
某小区的庭院管网为 DN160 聚乙烯管,待监测长度 1.2 千米。该区此前按金属管的经验做过一轮布点,间距约 150 米,共九台,运行三个月未出现任何异常报警,而同期该独立计量区的夜间低峰流量持续偏高。
按表 6.2.2 复核,塑料管间距应取 60 米,1200 除以 60 得 20 段,点位二十一处。补充布点后运行,首月即检出两处暗漏,位置分别在两支管的接口处。
复盘发现,两处漏点与原先那九台中邻近一台的距离都在 70 米上下,超过了聚乙烯管上噪声的有效传播距离,因此旧布点方案下没有任何一台能听到。这不是仪器不灵敏,是间距超出了管材允许的范围。
这个案例还牵出一个产品口径的问题。听澜噪声记录仪标称的监测量程为 200 米,同时注明可根据管道类型灵活调整。这个 200 米对应的是传播条件好的管材,在聚乙烯管上不能照搬,应按规程给出的 60 米间距落地。标称量程与实际间距是两回事,前者是仪器能力上限,后者是管材决定的作业参数。
听澜噪声记录仪采用压电陶瓷声学传感配合 4G Cat1 远传,与布点相关的几项参数如下。
传感器灵敏度不低于 1600 皮库每克,这是压电陶瓷传感给出的电荷灵敏度。规程对记录仪提的灵敏度门槛是不低于 1 分贝,属作业准入条件,两者口径不同,核对时要分开看。监测量程 200 米,且可按管道类型调整,在钢管段可按表 6.2.2 的 200 米间距落地,在塑料管段应收到 60 米。通讯方式为 4G Cat1 全网通加蓝牙近场,采集频率为每日定时上报音频数据,本地存储为传感器端 64 兆比特闪存,支持三十天原始噪声文件本地存储,服务器端为无限量云存储。
安装与供电这两项决定了点位能选在哪里。固定方式为强磁吸附,即装即用,不需要在管道上做改动,这对消火栓与阀门井这类点位很关键。供电为可更换锂电池,标准使用寿命五年,布点之后若干年内不必为换电池重新开挖。
环境适应性方面,防护等级 IP68,满足规程对记录仪的防护要求。工作温度负 20 摄氏度至正 70 摄氏度,超过正 60 摄氏度需加装隔热探头。外壳为不锈钢,耐腐蚀,满足盐雾试验要求。设备重量 800 克,尺寸 128 毫米长、62 毫米宽。
部署模式支持固定安装、流动监测、临时布点三种,这也是前面讲的密度与轮巡结合能落地的产品前提。
听漏仪处在链条的第二级,做地面听音普查与加密。大海智能数字听漏仪用数字滤波与模拟滤波双模式,连续测量模式的滤波范围为 0 至 4000 赫兹,可在锁定大致位置之后沿管路做多点听漏测量,靠逐点比对声音强度把范围往里收。星辰智能数字听漏仪同样用于漏点定位。
这个精度与记录仪不是一个口径:记录仪给出的是几十米量级的管段,听漏仪给的是米量级的位置,相关分析给的是亚米级的坐标。三级各管一段,把它们混为一谈,便会出现拿记录仪报警直接开挖这类误用。
不能。五种管材的间距从 60 米到 200 米不等,差出三倍多,根源是声波在不同材料里的传播速度与衰减差别很大。统一按偏大的间距布,塑料管段会漏检。统一按偏小的间距布,钢管段台数浪费,且数据冗余。正确做法是先按管材分段,再各段取对应值。
要分清两个精度。记录仪这一级的精度是“异常管段有多长”,它由间距决定,密度提高、段变短,这一级确实变精细。可开挖这一步要的是米级坐标,那由听音法与相关分析法给出,开挖误差指标是不宜大于 1 米,与记录仪间距没有直接关系。间距的作用是缩短排查里程,不是提高开挖定位精度。
不能。监测量程是仪器在传播条件良好的管材上能达到的能力上限,间距是规程按管材给出的作业参数。聚乙烯管上的有效传播距离远小于钢管,仪器标称 200 米,塑料管段仍应按 60 米布点。标称值用来判断能力够不够,间距值用来排点位,两者不要互相替代。
换位置。规程在噪声法的布设条件里写得很明确,检测点不应有持续的干扰噪声。阀门井的流水声、泵房的设备声、靠近车流的井盖都属于这一类。这类位置装上去,背景噪声会把漏点噪声埋掉,后期靠算法补救的效果有限。选点时先把它们排除,再按间距在剩下的位置里排。
依据漏失水平来分。独立计量区的夜间低峰流量与总分表对比能给出各区的漏失水平排序,水平高的区做固定布点,保证每日连续数据。其余区用流动轮换定期过一遍。轮换的代价是时间分辨率下降,只在轮换期间有数据,因此轮换周期要与漏失水平匹配,水平高的区不宜拉长。
噪声记录仪的布点密度,说到底是拿间距去匹配噪声在该管材里的传播距离。CJJ 159-2011 表 6.2.2 给出的五个数字——钢管 200 米、灰口铸铁管 150 米、水泥管 100 米、球墨铸铁管 80 米、塑料管 60 米——正是这条匹配关系落到作业层面的结果,差出三倍的根子在材料声学性质上,不在安全系数上。
间距设定的效果要在链条里看:它决定异常管段的长度,管段长度决定听音测点数,测点数决定排查工时,而开挖精度由听音与相关分析给出,落在不宜大于 1 米这个指标上。把这四级各自的职责分清,才不会出现拿记录仪报警当坐标、或者指望加密布点能提高开挖精度这类误用。
现场能做的其实很具体:先按管材分段取间距,点位选在装得上且没有持续干扰噪声的地方,高发区固定布点、一般区流动轮换,标称量程只用来判断能力、不用来排点位。把这几件做扎实,记录仪给出的每一段异常才谈得上有排查价值。间距不匹配管材,再密的台数也是白装。