现场常听到的一句经验是这么说的:金属管用两百赫兹以上,塑料管用一千赫兹以下。这句话有出处,可出处不在听漏仪这一侧。翻开现行规程,这两个数字确实白纸黑字写着,写在相关分析法那一章,管的是相关仪。听漏仪走的是听音法,规程对它只提了一句“应具有滤波功能”,至于频率范围,一个数字也没给。
这条界线不划清,后面所有关于滤波的讨论都会飘。两个数字本身并不错,错的是把它们当成听漏仪的规程要求去执行。更麻烦的是,照搬过去之后,出问题的一半恰恰是“金属管两百赫兹下限”这一条,而这一条看起来格外不像会出问题。
CJJ 159-2011《城镇供水管网漏水探测技术规程》把漏水探测的方法分得很清楚。噪声法用来确定漏水异常管段,听音法与相关分析法用来确定漏水异常点。三者的分工写在术语里,后面各章的操作要求也按这个分工铺开。
噪声法靠噪声记录仪,长期或移动布设,记录噪声的强度与频率,先筛出可疑管段。听音法靠听音杆或电子听漏仪,人耳辨识加上频谱辅助,把异常点圈出来。相关分析法靠相关仪,两个传感器夹住一段管道,用互相关算出漏点位置。
三种方法都要处理频带。噪声法在探测前需要选定噪声强度与噪声频率等参数,记录在所选时段内连续进行。相关分析法明确要求相关仪具备滤波功能,也要有频率分析与声速测量功能。听音法这一侧,规程只要求电子听漏仪具有滤波功能与多级放大功能。
三处都提滤波,提法却完全不同:相关分析法给了具体频率,听音法没给。这个差别不是遗漏,是两条线的信号用途本来不一样。
串的原因很实际。三类仪器都带加速度拾音器,都带滤波,都在同一本规程里出现,操作时又常常前后脚用在同一段管道上。班组做完相关分析,接着拿听漏仪去准确定位,手上的滤波档位便顺着刚才的设置往下走。这中间没有谁故意出错,只是没人提醒过条款归属变了。
规程在相关分析法这一章里写着:当采用相关分析法探测时,应根据管道材质、管径设置相应的滤波器频率范围。金属管道设置的频率下限不宜小于两百赫兹,非金属管道设置的频率上限不宜大于一千赫兹。
这句话的每一个限定词都很要紧。“当采用相关分析法探测时”是前提,“根据管道材质、管径”是依据,后面两个数字是结果。
同一章里对相关仪的整机和传感器都有规定。相关仪应具备滤波、频率分析、声速测量等功能,传感器频率响应范围宜为零到五千赫兹,电压灵敏度应大于一百毫伏每米每二次方秒。
对比一下听音法那一侧的要求便清楚了:电子听漏仪应具有滤波功能、应具有多级放大功能、应使用加速度传感器作为拾音器且电压灵敏度优于十毫伏每米每二次方秒。三项要求里,没有一项涉及频率范围。
相关仪拿两个传感器的信号做互相关,它要的是两端收到的同一段信号在时域上可以对得上。低频成分在管道里衰减慢,传播路径复杂,容易把互相关的峰拉宽、拉偏,所以金属管上要把下限抬起来,把这部分低频干扰挡在外面。
听漏仪是单点工作,靠的是这一个测点上漏点声还剩下多少能量。金属管上衰减格外慢的恰恰是低频,远距离漏点传过来的往往只剩低频。把下限抬到两百赫兹,切掉的正是这部分。
同一个数字,在一台仪器上挡的是干扰,在另一台仪器上切的是信号。这便是照搬格外危险的地方。
非金属管道的滤波频率上限不宜大于一千赫兹,这一条照搬到听漏仪上,方向并不错。塑料管对高频吸收强,高频成分传不过来,保留低频本来便是对的。
问题在于它不是听漏仪的规程要求,写成“规程要求听漏仪在非金属管上一千赫兹以下”,属于引错了条款。写成“非金属管上传过来的主要是低频,所以把上限压下来”,这是工程判断,两者性质不同。
规程对电子听漏仪的要求一共三条。一是具有滤波功能,二是具有多级放大功能,三是使用加速度传感器作为拾音器,其电压灵敏度应优于十毫伏每米每二次方秒。
灵敏度这一条有个方便的换算:条文说明里写明,十毫伏每米每二次方秒相当于零点一伏每重力加速度。现场比对仪器参数时,用这个换算比直接看毫伏每米每二次方秒直观得多。
听音法要在两个条件下做才有效。管道供水压力不应小于零点一五兆帕,环境噪声不宜大于三十分贝。
这两条不是仪器指标,是作业门槛,压力不够时漏水声本身便很弱。环境噪声太高,人耳与频谱都被淹没,滤波能解决其中的一部分,解决不了全部。
每个测点的听音时间不应少于五秒,怀疑有漏水异常的测点,重复听测与对比的次数不应少于两次。
地面听音的测点步长也分了档:金属管道的测点间距不宜大于二点零米,非金属管道的测点间距不宜大于一点零米,漏水异常点附近加密测点,间距不宜大于零点二米。埋深超过二点零米时,地面听音的效果会明显变差。
这几条里仍然没有频率。
规程不给听漏仪的频率数值,不是疏忽。管材、管径、埋深、压力、接口形式、周边噪声都在变,给一个定值反而不合适。留白留给的是现场判断,也留给操作者对自己那条管网的认识。
留白不等于可以随便填,更不能把别的章节里给别的仪器的数值,当成这一章的要求写进报告。
规程表六点二点二给出直管段上噪声记录仪的布设间距上限:钢二百米,灰口铸铁一百五十米,水泥一百米,球墨铸铁八十米,塑料六十米。
这张表常被当成布点表用,换个角度看,它同时是一份管材传声能力的排序。能布得开,说明漏水声在这类管材里传得远,布不开则说明衰减快。
钢管与铸铁管的管壁刚度高,声波传播速度快,能量衰减慢。漏水声里的高频成分在金属管上能保留相当长一段距离,低频更是传得远。这也是金属管的测点步长可以放到二点零米的原因。
水泥管排在中间,容易被忽略,它的管壁材料阻尼比金属大,又比塑料致密,接口多为刚性或半刚性,漏水声沿管传播时高频衰减明显,中低频还能走一段。现场按一百米这个档位去估计传声距离,比照搬金属管的经验稳妥。
球墨铸铁管虽然归在金属这一端,档位却只有八十米,比灰口铸铁的一百五十米短了近一半,与它的壁厚有关,也连着接口形式与敷设年代。现场若拿不准是哪种铸铁,按更靠后的档位去安排测点,漏掉的概率更小。
塑料管的管壁材料阻尼大,对高频吸收明显。漏水声沿塑料管传播时,高频成分衰减得很快,走一段之后剩下的主要是低频。
这带来两个直接后果:一是滤波上限要往下压,压到高频只剩噪声为止。二是测点步长要收到一米以内。密一点,有效信号才跟得上。
带金属骨架的复合管,判断依据是骨架的连续性。骨架连续、电气上贯通的,传声行为更接近金属这一端。骨架断开、只靠塑料本体连接的,更接近塑料那一端。
这个判断没法从资料上直接查出来,只能在现场用相邻两个可接触点的实测去验证。规程没有给复合管单独的档位,把它往哪边归档属于工程判断,而不是规程要求。
回到那句原文:根据管道材质、管径设置相应的滤波器频率范围。它把管径写进了设置依据,后面给的两条数值却只按金属与非金属分,没有一条按管径分。
这不是笔误。管径对频带的影响是连续的、叠加在管材之上的,很难切成几档给出定值。规程选择不在这一项上给数。
管径在其他几处是有数的。布设间距应随管径的增大而相应递减,这是噪声法的要求。管径大于三百毫米的非金属管道做地面听音时,宜沿管道走向成 S 形推进听测,偏离管道中心线的距离不应超过管径的二分之一。管径不大于三百毫米时,相关分析法相邻两个传感器的布设间距可按表六点二点二执行。
三百毫米这条线在规程里反复出现,可以拿来当作业分档的参考,可它管的是测点推进方式与传感器间距,不是滤波频率。
管径变大,管壁的整体刚度与振型跟着变,漏水声在频谱上整体往低频挪。这一点与管材的作用叠加:大口径金属管的信号低频成分厚实,大口径塑料管则只剩很窄的一段低频。
管径变小则情况反过来:小口径管上的漏水声高频成分相对更明显,频谱上的峰也比大口径管来得尖锐。
这些都是定性判断,规程没有给对应的频率数值,现场只能靠实测去定位峰在哪里。
以北京康高特(KGT)自研的星辰智能数字听漏仪为例,它的滤波分两层。数字滤波的高通拐点可在零到三千一百五十赫兹之间调节,低通拐点可在二十到四千赫兹之间调节。模拟滤波另有一组固定档位,低段是一百、二百、四百赫兹,高段是六百、八百、一千二百赫兹。整机的频率范围为零到六千赫兹,增益四十六分贝。
大海智能数字听漏仪(型号 PLD-11)的滤波结构与之相同,高通拐点同样是零到三千一百五十赫兹分档,低通拐点二十到四千赫兹分档,模拟滤波的低段与高段档位也一致。它的频率范围为零到四千赫兹,增益同样是四十六分贝。
两款的差别在频率范围上限与通讯方式:星辰为零到六千赫兹,通讯走蓝牙与 USB。大海为零到四千赫兹,通讯除蓝牙与无线局域网外也支持 USB。
两款仪器的拾音器都标了灵敏度与频响,星辰的拾音器标称灵敏度为四十八正负五伏每重力加速度,频响范围为十到三千赫兹。规程给出的门槛是电压灵敏度优于零点一伏每重力加速度,两相对照,余量相当充裕。
余量充裕不等于可以为所欲为:灵敏度决定的是能不能拾到,滤波决定的是拾到之后留下哪一段。前者是硬件底子,后者是现场选择,两件事不能互相替代。
现场通行的做法是先把频带开宽,在异常区域听一遍,看看漏点声落在哪一段,再逐步收窄。这个做法不是规程条款,是长期作业总结出来的顺序。
方向别反。顺序反过来的代价很实在:先设一个窄带,若漏点声恰好在这段之外,仪器上显示的便是一片安静,操作者会以为这一段没有漏点,直接走过去。
增益与滤波是两件事。增益把整个信号放大,滤波是把某一段切掉,被切掉的部分后面开多大的增益都找不回来。
四十六分贝的增益范围给的是放大余地,不代表应当开到头。开到头之后,环境噪声与漏点声一起被放大,耳机里一片响,反而更难分辨。
带频谱分析的仪器可以直接看到能量随频率的分布。峰的位置能给出频带设置的依据,也能提示漏点声的特征。
峰不等于漏点。管网上的阀门、弯头、水泵、临近的施工都可能形成峰。判定要靠重复听测,也要靠相邻测点比对,还要有另一条方法的印证,不能只凭一个峰下结论。
规程要求听音法作业时环境噪声不宜大于三十分贝。这一条卡的是整个作业窗口,不是滤波能替代的。
城市道路上白天很难满足这个条件。这也是夜间接测段存在的原因,与噪声法把记录时间放在凌晨两点到四点之间同理。
交通噪声是宽带的、时变的,水泵振动是稳定的线谱,风声直接加在测量末端。三类干扰里,稳定的线谱格外容易被滤波避开,宽带的交通噪声格外难缠。
能压掉用滤波。压不掉换时段。把滤波当成通用手段,到头来往往是漏点声与干扰一起被切掉。
非金属管上为了挡干扰抬高下限,漏点声会被一并切掉,因为那里剩下的本来便是低频。这种情况在塑料管的夜间接测里并不少见,表现是整条管一路安静,可漏损量摆在那里。
判断方法很简单:抬高下限之后,若所有测点的信号强度一起塌下去,说明切到了信号本身,而不是挡住了干扰。
CJJ 159-2011 由住房和城乡建设部发布,二零一一年一月七日批准、二零一一年十月一日起实施,是城镇供水管网漏水探测的现行行业规程。自 GB 55026-2022《城市给水工程项目规范》于二零二二年十月一日起实施之日起,本规程的部分强制性条文同时废止,其余技术条款仍然有效。
引用时按技术条款处理,不以强制性条文的口径去写。
CJJ 92-2016《城镇供水管网漏损控制及评定标准》管的是漏损率评定与分区计量,漏损率的一级评定值为百分之十、二级为百分之十二。它不管探测方法。
CJJ 207-2013《城镇供水管网运行、维护及安全技术规程》由住房和城乡建设部以公告第二一五号发布,二零一三年十一月八日批准、二零一四年六月一日起实施,现行。它在检漏方法选择上直接指向 CJJ 159,本身不另外给方法条款。
三本规程分工不同,写探测方法引 CJJ 159,写漏损评定引 CJJ 92,不要互相套用。
听音法这一侧的条款集中在作业条件与仪器要求上。作业要满足压力不小于零点一五兆帕、环境噪声不大于三十分贝这两条,仪器要有滤波功能与多级放大功能,加速度拾音器的电压灵敏度要优于十毫伏每米每二次方秒。落到测点上,每点听音不少于五秒,可疑点重复听测与对比不少于两次。地面听音时埋深不宜大于二点零米,测点步长为金属管不宜大于二点零米、非金属管不宜大于一点零米,异常点附近加密后不宜大于零点二米。
把两侧的要求摆在一起看,差别便落在结果上。相关分析法是把管材与管径输进计算的,滤波只是这套计算的前置条件,所以规程敢给它两个明确的频率数字。听音法没有这套计算,规程只要求仪器有滤波功能与多级放大功能,其余交给现场。现场能依靠的只有实测:哪一段频带上漏点声还剩得下,便把频带收到那一段,顺便把设置值记进记录。记下来的好处在复测时才显出来。同一条管道隔几个月再听,若频带设置变了,两次的信号强度根本没有可比性。
别混着写。
相关分析法还有两处要求,同样说明它要的是“可比”。一是两个传感器之间的管段长度要准确测定,管长要准确输入,管材与管径同样要准确输入,再按管道声波传播速度做相关分析。二是管径不大于三百毫米时,相邻两个传感器的布设间距可按表六点二点二执行,且间距随管径增大而相应减小。
换句话说,相关分析法是把管材与管径当成计算参数输进去的,滤波只是这套计算里的一个前置条件。听音法没有这套计算可依,管材与管径只能靠操作者的耳朵与频谱去体现,这是两条线在滤波上找不到共同数字的根源。
某条球墨铸铁干管,公称直径三百毫米,夜间听测。操作者按相关仪的习惯把高通拐点设在两百赫兹,一路听过去信号强度普遍偏低,只在一处阀栓附近测到中等强度。
把高通拐点退到五十赫兹重测,同一段管道上信号强度整体抬起来,格外突出的位置明显偏向沿管两百米处的一处旧接口。开挖确认是该接口胶圈老化渗漏。
两百赫兹下限在这个案例里挡掉的不是干扰,是远距离漏点仅剩的那一点低频能量。这里的沿管距离是听音法逐点推进的结果,与表六点二点二的记录仪布设间距上限不是同一个量,不要拿去互相印证。
另一条 PE 管,公称直径两百毫米,沿人行道敷设。宽频听测时高频段一片噪声,分不清来路。把低通拐点压到一千二百赫兹以下重听,人声与车流的影响明显退下去,一处异常点的信号强度稳定高出周边测点。
按一米步长加密,异常点附近收到零点二米,位置落在两户之间的支管三通上。开挖是三通根部裂纹。
这一例的上限设置方向与非金属管那一半条款一致,但它依据的是实测频谱,不是照搬条款。依据不同。
规程不给听漏仪的频率数字,所以这个问题没有标准答案。可行的做法是全频带先听一遍,看漏点声落在哪一段,再收窄到你认为信噪比合适的那一段,并把设置值记进记录。金属管尤其不要一上来便抬下限。
先确认切掉的是哪一段。若信号强度随收窄整体下降,说明切到了信号。若只是某一处峰消失而底噪不变,那消失的可能是干扰。两种情况的处理方向相反。
先确认压力够不够零点一五兆帕,再看测点步长是否收到一米以内。两项都做到仍无收获,换方法更划算。方法要换。噪声法在塑料管上有专门的优势,规程的条文说明里也提到移动设置方式更宜用于阀栓听音法不适于探测的塑料管道漏点。
这多半不是增益问题。先查耦合,看拾音器与地面或管体的接触是否紧密。再查埋深是否超过二点零米。末了查环境噪声。三十分贝这条门槛过不去,增益再大也是把噪声放大。
不一定。阀门、弯头、水泵、临近施工都能形成峰。规程要求可疑测点重复听测与对比不少于两次,正是为了把这类单次的偶发峰筛掉。单次出现的峰不构成判定依据。
结语
听漏仪的滤波设置,真正要紧的不是记住某一组数字,而是先弄清这组数字是给谁的。两百赫兹与一千赫兹出自相关分析法,管的是相关仪。听漏仪这一侧,规程只要求有滤波功能与多级放大功能,频率范围留给了现场。管材决定了哪些频率还能剩下,管径把这个判断再往低频推一档,两者叠加之后的具体数值只能靠实测。把这条界线记住,设置便有了依据。记不住,再多的档位也只是旋钮上的刻度。