隨著我國城鎮化進程加快,城鎮供水管網總里程已突破百萬公里,管網老化、漏損問題成為各地水務部門面臨的共同難題。據住建部發布的《2022年城市建設統計年鑒》顯示,全國城市公共供水管網平均漏損率接近15%,每年漏損的水資源量超過100億立方米,相當于近700個西湖的蓄水量。在各類漏水檢測技術中,聽漏儀憑借操作便捷、檢測效率高、無需破路等優勢,成為管道檢測領域應用較為普遍的設備之一。
聽漏儀的發展已有近百年歷史,*早的聽漏設備是木質聽漏棒,依靠工作人員的聽力直接通過金屬桿傳導的聲音判斷漏點位置,檢測準確率受人員經驗影響較大。隨著電子技術和聲學技術的發展,模擬式聽漏儀、數字式聽漏儀先后問世,檢測的靈敏度和抗干擾能力不斷提升。
根據《城鎮供水管網漏水檢測技術規范》的定義,聽漏儀是指依靠采集管道漏水產生的聲學振動信號,判斷漏點存在及位置的檢測設備,主要分為手持式便攜聽漏儀、固定式聽漏監測系統兩大類【1】。目前市場上的主流設備以數字式手持聽漏儀為主,重量通常在1.5kg以內,支持連續8小時以上的戶外工作,能夠適配不同材質、不同埋深的管道檢測需求。
聽漏儀的工作原理基于管道漏水的聲學傳播特性,當承壓管道出現破損時,管內的高壓流體(通常是水)會從漏點處高速噴出,與漏口邊緣、管道壁以及周圍的土壤、砂石介質產生持續摩擦和撞擊,進而產生頻率范圍在50Hz~3000Hz的連續振動聲波,這種聲波會沿著管道向兩端傳播,也會通過土壤介質向地面傳播,這*是聽漏儀能夠檢測到漏水信號的基礎。
一臺標準的數字式聽漏儀通常由拾振探頭、信號放大單元、數字濾波單元、人機交互單元四個部分組成,各單元協同完成信號的采集、處理和輸出。
首先是拾振探頭,作為整個設備的核心傳感部件,它能夠將采集到的機械振動信號轉化為微弱的電信號,不同材質的探頭適配不同的檢測場景,比如接觸式金屬探頭適合貼在閥門、消火栓等暴露的管道附件上采集信號,地面探頭適合在路面上大范圍巡檢。針對金屬管道和非金屬管道的聲波傳播差異,部分廠商還推出了專屬調校的探頭,進一步提升特定場景下的信號采集效率。
接下來是信號放大單元,由于漏點產生的聲波在傳播過程中會出現明顯衰減,尤其是埋深超過2米的管道,或者是PVC、PE等非金屬管道,聲波衰減速度更快,到達地面的信號強度往往只有微伏級別,放大單元能夠將微弱的電信號放大數千甚至上萬倍,確保信號能夠被識別。
之后是數字濾波單元,這是提升聽漏儀抗干擾能力的核心模塊,城市環境中存在大量的背景噪音,比如交通產生的低頻噪音、施工產生的高頻噪音、居民生活產生的雜音等,數字濾波單元能夠通過預設的頻率區間,過濾掉與漏水聲波特征不符的噪音信號,突出有效信號,部分高端聽漏儀還支持自定義濾波區間,工作人員可以根據現場的噪音情況靈活調整。
*后是人機交互單元,既可以通過耳機將處理后的音頻信號輸出給檢測人員,也可以通過顯示屏顯示信號的強度、頻譜圖等信息,方便工作人員判斷是否存在漏水以及大致的漏點位置。根據《聲學 管道漏水檢測聲學方法》中的相關測試數據,在土層均勻、無明顯強干擾源的情況下,采用精度符合標準的聽漏儀,對埋深2米以內的金屬管道漏點定位誤差可以控制在1米以內,對非金屬管道的定位誤差也可以控制在2米以內【2】。
作為管道檢測領域的成熟設備,聽漏儀目前已經在多個場景得到廣泛應用,為不同領域的漏水治理提供了技術支撐。
首先是城鎮公共供水管網的常規巡檢,這是聽漏儀應用較為廣泛的場景。各地水務部門通常會組建專門的聽漏巡檢隊伍,對轄區內的管網進行定期巡檢,考慮到白天城市環境噪音較大,很多巡檢工作會安排在夜間11點到次日凌晨5點之間進行,這個時段背景噪音小,檢測準確率更高。以上海市某區的水務巡檢隊伍為例,2023年全年采用聽漏儀完成了轄區內1200公里管網的全覆蓋巡檢,共排查出暗漏點1172個,通過及時修復,全年減少漏損水量超過1300萬立方米,不僅節約了水資源,也減少了路面塌陷、管網爆管等安全隱患。
其次是居民小區、商業綜合體的內部管網檢測,很多小區和商業體的內部管網埋設在地下,沒有完整的管線資料,出現漏水后往往難以定位,高額的水費損失成為很多物業和業主面臨的難題。聽漏儀檢測無需開挖路面,只需要沿著管網的走向在地面檢測即可,能夠快速定位漏點位置,降低維修成本。比如廣州市天河區某商業寫字樓,2023年上半年每月水費均超出正常用量30%以上,物業初步估算每月額外損失近2.5萬元,邀請的管道檢測團隊進場后,工作人員用聽漏儀僅用2個小時*定位到了地下1.6米處的消防管道漏點,修復后當月水費*恢復到了正常水平。
第三是工業特種管道的檢測,除了供水管道之外,聽漏儀也可以用于熱力管道、化工物料輸送管道等承壓管道的漏水檢測。比如北方城市的集中供熱管網,一旦出現漏水不僅會影響供暖效果,高溫水還可能引發安全事故,聽漏儀能夠在不停止供熱的情況下完成漏點檢測,降低對居民生活的影響。部分化工園區也會采用防爆型聽漏儀對物料輸送管道進行定期檢測,及時發現跑冒滴漏隱患,避免安全生產事故發生。
第四是農村供水工程的管網檢測,近年來我國農村供水保障水平不斷提升,但是農村供水管網普遍存在鋪設分散、管護力量不足的問題,漏損率普遍高于城市管網。便攜式聽漏儀重量輕、操作簡單,不需要復雜的配套設備,非常適合農村地區的管網巡檢,很多縣域的供水管理部門已經配備了聽漏儀,定期對農村管網進行檢測,有效降低了農村供水的漏損率。
隨著物聯網、人工智能技術的發展,聽漏儀的技術也在不斷迭代,智能化、集成化成為主要的發展方向。
首先是智能化識別技術的應用,傳統聽漏儀的檢測準確率高度依賴工作人員的經驗,很多新入行的人員很難區分漏水信號和其他類似的信號,比如水管里的氣泡聲、閥門的節流聲等。近年來很多廠商推出了帶AI識別功能的智能聽漏儀,通過預訓練的漏水信號識別模型,能夠自動對采集到的信號進行判斷,標注信號是漏水信號的概率,大大降低了對人員經驗的要求,提升了檢測準確率。
其次是固定式聽漏監測系統的普及,對于重要的管網路段,以往只能依靠人員定期巡檢,很難及時發現突發的漏點,現在很多城市開始在管網上布設固定式的聽漏傳感節點,這些節點24小時采集管道的振動信號,通過NB-IoT等物聯網通訊方式將數據傳到管控平臺,一旦發現疑似漏水信號*會自動預*,實現了漏點的早發現、早處置。
第三是多技術融合的管道檢測方案,聽漏儀雖然有很多優勢,但是也存在一定的局限性,比如在埋深超過3米的管網、周邊有強噪音源的場景下,檢測準確率會有所下降。現在很多檢測團隊會采用聽漏儀搭配探地雷達、管道機器人等設備的組合檢測方案,通過多維度的數據交叉驗證,進一步提升漏點定位的準確率。根據《中國給水排水》2023年發布的相關研究數據,采用智能聽漏系統與人工巡檢結合的模式,能夠將供水管網的漏點發現時間從平均72小時縮短到6小時以內,漏損管控效率提升明顯【3】。
總體來看,聽漏儀作為漏水檢測領域的核心設備,在未來很長一段時間內依然會是管道檢測的主流選擇,隨著技術的不斷進步,聽漏儀的檢測靈敏度、抗干擾能力、智能化水平還會不斷提升,為我國的水資源節約、管網安全運行提供更強的技術支撐。對于水務部門、物業單位、工業企業等有管道檢測需求的主體來說,選擇符合*標準的聽漏儀,搭配規范的操作流程,能夠有效降低漏水帶來的損失,提升管網的運行效率。
【1】中華人民共和國住房和城鄉建設部. CJJ 226-2014 城鎮供水管網漏水檢測技術規范[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2014.
【2】中華人民共和國*市場監督管理總局, 中國*標準化管理委員會. GB/T 41320-2022 聲學 管道漏水檢測聲學方法[S]. 北京: 中國標準出版社, 2022.
【3】李明, 王浩, 張宇. 智能聽漏儀在城鎮供水管網漏損管控中的應用研究[J]. 中國給水排水, 2023, 39(12): 112-117.