電子標(biāo)志系統(tǒng)及在PE燃?xì)夤艿赖膽?yīng)用

摘 要

闡述PE燃?xì)夤艿赖亩ㄎ环绞郊按嬖诘膯?wèn)題。介紹電子標(biāo)志系統(tǒng)的工作原理、不同類型電子標(biāo)志系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用情況，分析了電子標(biāo)志系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。從全生命周期角度考慮，電子標(biāo)志系統(tǒng)具有使用壽命長(zhǎng)、定位準(zhǔn)確、可靠性高、維護(hù)便捷等諸多特點(diǎn)，技術(shù)成熟且具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

 Abstract：The positioning patterns of PE gas pipeline and the existing problems are expounded．The working principle of electronic identification system，the characteristics and applications of different types of electronic identification system are introduced，and the economk：performances of these electronic identification systems are analyzed．Considering the whole life cycle，elec．tronice       identification system has the characteristics of long service life，accurate positioning，high reliability，convenient maintenance and so on，the technology is mature and has certain economic advantage．

Keywords：electronic marker；PE gas pipeline；positioning；electronic identification system
 
1　概述
目前，城市燃?xì)庵?、低壓管網(wǎng)的管道大多采用金屬(鋼質(zhì))管材和聚乙烯(PE)管材，且近幾年P(guān)E管材的使用比例有明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。這些燃?xì)夤艿酪话愣悸裨O(shè)在地下1.0m左右的深度，有些地段，比如穿越工程的管道，埋深達(dá)10m以上。管道通常由人工回填土覆蓋，回填土上方是瀝青路面或水泥路面等。
由于城市總是處于不斷建設(shè)、發(fā)展與變化之中，因此，弄清埋設(shè)在地下的燃?xì)夤艿赖膶?shí)際位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下燃?xì)夤艿罍?zhǔn)確定位并對(duì)其進(jìn)行科學(xué)監(jiān)管非常重要，這是確保燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)營(yíng)安全，提升城市現(xiàn)代化管理水平的必然要求。
2　PE管道定位中存在的問(wèn)題
鋼質(zhì)燃?xì)夤艿烙捎谄淞己玫膶?dǎo)電特性，與周圍覆蓋層存在明顯的電性差異，且表現(xiàn)為二維線性特征，常規(guī)的探測(cè)方法就能較好地識(shí)別，因此，對(duì)鋼質(zhì)管道的定位相對(duì)來(lái)說(shuō)不是太難，現(xiàn)有技術(shù)也比較成熟。但是，對(duì)于非金屬材料的PE燃?xì)夤艿?，其表現(xiàn)出高電阻性質(zhì)，再加上管道周圍一些干擾源的影響，探測(cè)這類高電阻管道，常規(guī)的方法則難以奏效。
盡管理論上講，對(duì)PE管道的探測(cè)，可以利用探地雷達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。但無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)方面，還是從其定位的準(zhǔn)確性方面考慮，都還存在一些不盡人意之處。以現(xiàn)有條件，探地雷達(dá)還不能成為一種可以廣泛使用的探測(cè)定位方式。因此不少學(xué)者對(duì)PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ粏?wèn)題開(kāi)展研究。
3　常見(jiàn)的地下PE管道定位方式[1]
①警示帶
警示帶敷設(shè)在燃?xì)夤艿赖纳戏?，距管頂不小?00mm。警示帶上標(biāo)有醒目的提示字樣，具有抗回填沖擊、壓迫及耐土壤中化學(xué)物質(zhì)腐蝕的特性。
這種定位方式成本低廉，但只有在開(kāi)挖之后才能夠知道PE管道的走向，后期成本較高。
②示蹤線
通常選用BV 2.5mm2聚乙烯絕緣無(wú)護(hù)套電纜作為示蹤線，非開(kāi)挖穿越地段有時(shí)采用BV 2.5mm2雙線或BV 4.0mm2單線。而且，地面上需安裝信號(hào)加載點(diǎn)或檢測(cè)樁。
示蹤線埋設(shè)方便，價(jià)格便宜，但在實(shí)際探測(cè)時(shí)信號(hào)接入條件較為苛刻，探測(cè)儀必須與示蹤線連接才可進(jìn)行探測(cè)。此外，示蹤線還較易受到外力破壞，出現(xiàn)斷線或腐蝕斷點(diǎn)等情況，可靠性極為有限。
③金屬示蹤帶
示蹤線與警示帶相結(jié)合，即將金屬導(dǎo)線包覆在警示帶中，則構(gòu)成金屬示蹤帶，它能起到示蹤線和警示帶的雙重作用。
④警示PE保護(hù)板
與警示帶作用相似，警示PE保護(hù)板也是埋地燃?xì)夤艿赖囊环N定位方式，可有效地起到警示作用。其主要特點(diǎn)是：使用壽命長(zhǎng)，抗沖擊能力強(qiáng)，在應(yīng)對(duì)第三方破壞方面有一定作用。
⑤電子標(biāo)志系統(tǒng)
電子標(biāo)志系統(tǒng)在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已有40多年的使用歷史，自20世紀(jì)末以來(lái)，在我國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)也開(kāi)始逐步得到應(yīng)用。它不僅可以指示出其埋設(shè)的位置，還可以將內(nèi)部?jī)?chǔ)存的信息，比如管道直徑、埋設(shè)時(shí)間、三通、彎頭、閥門、周邊建筑物情況等相關(guān)信息發(fā)送給電子探測(cè)儀，有效彌補(bǔ)其他示蹤方式的不足。
此外，它還可以與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)結(jié)合，擴(kuò)充其功能，導(dǎo)出PE管道的絕對(duì)坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、海拔)，變相對(duì)定位為絕對(duì)定位。
4　電子標(biāo)志系統(tǒng)介紹[2-4]
①電子標(biāo)志系統(tǒng)的組成
電子標(biāo)志系統(tǒng)由電子標(biāo)志器和電子標(biāo)志定位儀(探測(cè)儀)兩部分組成，其中，電子標(biāo)志器通常埋設(shè)在地下PE管道的頂部位置。
②工作原理
電子標(biāo)志系統(tǒng)實(shí)施對(duì)PE管道定位是基于射頻原理工作的。探測(cè)儀以間斷方式發(fā)送一定頻率的信號(hào)，被埋設(shè)在管道上方的相同諧振頻率的地下電子標(biāo)志器吸收并儲(chǔ)存信號(hào)能量，探測(cè)儀短時(shí)間發(fā)送信號(hào)后，停止發(fā)送并進(jìn)入信號(hào)接收模式。當(dāng)探測(cè)儀停止發(fā)送信號(hào)時(shí)，電子標(biāo)志器將儲(chǔ)存的能量釋放并返回探測(cè)儀。探測(cè)儀通過(guò)檢測(cè)返回的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定電子標(biāo)志器所在的具體地點(diǎn)，信號(hào)最強(qiáng)處就是標(biāo)志器的正上方。探測(cè)到電子標(biāo)志器位置實(shí)際上就是掌握了燃?xì)夤艿赖奈恢谩?/span>
③外觀與諧振頻率
城市燃?xì)庑袠I(yè)使用的電子標(biāo)志系統(tǒng)外觀顏色為黃色，諧振頻率為83.0kHz。外觀顏色及專有固定頻率遵循國(guó)際統(tǒng)一顏色編碼標(biāo)準(zhǔn)。不同的行業(yè)諸如通信、電力、有線電視、供水、污水、石油天然氣等，對(duì)應(yīng)不同顏色、不同類型的電子標(biāo)志器和探測(cè)儀，其諧振頻率、探測(cè)深度各不相同。
④電子標(biāo)志器介紹
電子標(biāo)志器是電子標(biāo)志系統(tǒng)的核心組成部分。有球形電子標(biāo)志器、球形電子信息標(biāo)志器、釘形電子標(biāo)志器、盾形電子標(biāo)志器4種類型。
a．球形電子標(biāo)志器
球形電子標(biāo)志器主要是由密封防水聚乙烯殼體及其內(nèi)部的無(wú)線天線構(gòu)成。本身是一個(gè)無(wú)源體，它只能夠接收和反射專用探測(cè)儀的信號(hào)。
球形電子標(biāo)志器內(nèi)部是一個(gè)特定低頻的諧振電路，外殼防潮、防腐蝕、耐擠壓，不受溫度的影響。采用白對(duì)準(zhǔn)水平設(shè)計(jì)，其內(nèi)部的電磁感應(yīng)線圈可以漂浮在防凍液表面，確保最佳的接收效果和探測(cè)深度。無(wú)論何種敷設(shè)方式下，感應(yīng)線圈總保持水平位置。球形電子標(biāo)志器中的防凍液(聚乙烯乙二醇和水的混合物)使其能適用于低至-40℃的極寒環(huán)境。
b．球形電子信息標(biāo)志器
球形電子信息標(biāo)志器是在球形電子標(biāo)志器的基礎(chǔ)上增加一片可儲(chǔ)存設(shè)施相關(guān)信息的射頻識(shí)別(RFID)芯片。這些球形電子信息標(biāo)志器均用唯一的標(biāo)志號(hào)碼進(jìn)行了預(yù)編程，記錄客戶的細(xì)節(jié)信息，如設(shè)備數(shù)據(jù)、危險(xiǎn)級(jí)別、應(yīng)用類型、放置日期和其他重要詳細(xì)資料。該信息由用戶使用探測(cè)儀編寫并鎖定。
c．釘形電子標(biāo)志器
釘形電子標(biāo)志器采用垂直安裝方式。使用沖擊鉆在硬質(zhì)路面上打一個(gè)垂直的孔洞，孔洞深度為30～40cm，將釘形電子標(biāo)志器放入，然后填埋孔洞即可。它有助于用戶標(biāo)志那些采用非開(kāi)挖技術(shù)安裝及已存在的設(shè)施。
d．盾形電子標(biāo)志器
盾形電子標(biāo)志器的結(jié)構(gòu)為圓盤線圈。由于其信號(hào)接收有方向性，因此要求水平埋設(shè)。為確保外力不使其傾斜，需在夯平的細(xì)土或沙土上安放盾形電子標(biāo)志器，再回填足夠厚的細(xì)土后才能進(jìn)行夯實(shí)。
5　電子標(biāo)志系統(tǒng)的應(yīng)用
為了確保電子標(biāo)志系統(tǒng)發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)PE管道的準(zhǔn)確定位，對(duì)電子標(biāo)志器的埋設(shè)，包括埋設(shè)方式、位置、數(shù)量、驗(yàn)收等都有一套嚴(yán)格規(guī)定，必須予以遵守。
①電子標(biāo)志系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[5]
仔細(xì)踏勘現(xiàn)場(chǎng)，以前瞻性、系統(tǒng)性眼光統(tǒng)籌考慮管網(wǎng)的分布，這是做好電子標(biāo)志系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。
②電子標(biāo)志器的設(shè)置與安裝部位
一般情況下，以下部位需要設(shè)置電子標(biāo)志器：
a．所有地下燃?xì)夤艿栏黝?a href=http://www.nbjinggang.com/e/tags/?tagname=%E9%98%80%E9%97%A8 target=_blank class=infotextkey>閥門、井處；分支點(diǎn)(如三通)、異徑接頭等位置；轉(zhuǎn)彎處的起止位置；與其他地下設(shè)施的交叉處。
b．燃?xì)夤艿罊M過(guò)道路、河流或其他公共設(shè)施的兩端(可以是燃?xì)夤艿辣Ｗo(hù)管的兩端)；非開(kāi)挖技術(shù)敷設(shè)的地下燃?xì)夤艿赖膬啥恕?/span>
c．燃?xì)夤艿赖纳疃茸兓却笥?.5m時(shí)，電子標(biāo)志器的埋設(shè)位置為最高和最低處。
d．所有預(yù)埋的燃?xì)夤艿蓝祟^；所有檔案圖紙上標(biāo)注的其他重要地下燃?xì)庠O(shè)施點(diǎn)；其他認(rèn)為重要而需要標(biāo)注的位置。
e．對(duì)于已建燃?xì)夤艿?，在維修過(guò)的地下燃?xì)夤艿阑蚪宇^處，必須在覆土前安裝電子標(biāo)志器，記錄維修信息；其他市政管線開(kāi)挖工程，若遇燃?xì)夤艿?，也必須安裝電子標(biāo)志器。
由于電子標(biāo)志器內(nèi)部天線大小不同，接收信號(hào)強(qiáng)度不同，因此能探測(cè)到的深度不同。一般來(lái)說(shuō)，釘形電子標(biāo)志器的最大可探測(cè)深度為0.5m，球形電子標(biāo)志器、球形電子信息標(biāo)志器的最大可探測(cè)深度為1.5m，盾形電子標(biāo)志器的最大可探測(cè)深度為2m。
球形電子標(biāo)志器、球形電子信息標(biāo)志器、盾形電子標(biāo)志器應(yīng)水平安裝，釘形電子標(biāo)志器應(yīng)垂直安裝，通常安裝在燃?xì)夤艿勒戏?。?dāng)現(xiàn)場(chǎng)情況不適合上置安裝時(shí)，也可將電子標(biāo)志器安裝在燃?xì)夤艿老虏俊０惭b工作完成后，務(wù)必將已安裝的電子標(biāo)志器位置記錄在相應(yīng)的管網(wǎng)圖紙或系統(tǒng)中。
當(dāng)管道敷設(shè)完成后，應(yīng)使用探測(cè)儀對(duì)已安裝的電子標(biāo)志器進(jìn)行可探性測(cè)試，以確定埋于地下的電子標(biāo)志器安裝妥當(dāng)，并應(yīng)記錄所有測(cè)試結(jié)果。
③施工要求
施工時(shí)應(yīng)由具備電子標(biāo)志器安裝資格的人員負(fù)責(zé)電子標(biāo)志器的施工工作，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件進(jìn)行施工。如出現(xiàn)諸如施工圖有誤、管道定位點(diǎn)發(fā)生變化、需要增減標(biāo)志器等情況，應(yīng)及時(shí)向設(shè)計(jì)單位提出變更設(shè)計(jì)要求，經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意，并出具設(shè)計(jì)變更后方可繼續(xù)施工。
電子標(biāo)志器埋設(shè)前應(yīng)嚴(yán)格按照施工要求將標(biāo)志器下方的回填土夯實(shí)，以減小沉降量。
④驗(yàn)收要求
電子標(biāo)志器施工驗(yàn)收應(yīng)作為整個(gè)工程驗(yàn)收的一部分列入流程。建設(shè)單位應(yīng)嚴(yán)格審查施工單位的電子標(biāo)志器信息記錄表，對(duì)沒(méi)有該表或填寫不全的工程，不能按竣工處理。驗(yàn)收人員驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)將探測(cè)儀探測(cè)的結(jié)果與電子標(biāo)志器的施工圖中的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比。
⑤運(yùn)行管理
電子標(biāo)志器交付運(yùn)行后，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行探測(cè)管理。由相關(guān)管理部門指定人員定期測(cè)試其運(yùn)行狀況；每年測(cè)試一次。
⑥功能拓展[6]
由探測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)記錄電子標(biāo)志器的經(jīng)度、緯度、海拔等信息，將數(shù)據(jù)上傳到電子地圖系統(tǒng)，由此記錄電子標(biāo)志器所在位置的絕對(duì)坐標(biāo)。
6　電子標(biāo)志系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析
警示帶及警示PE保護(hù)板等“被動(dòng)”管道定位方式，只有在發(fā)生開(kāi)挖或第三方破壞時(shí)，才能得知管道具體情況，顯然不能滿足燃?xì)馄髽I(yè)希望主動(dòng)、及時(shí)獲取管道信息的要求，因此這種方法會(huì)逐步退出歷史舞臺(tái)。
電子標(biāo)志器：按照“直線每30～50m放置l個(gè)電子標(biāo)志器；彎道、岔路口及每個(gè)重要節(jié)點(diǎn)放置1個(gè)電子標(biāo)志器”的要求，1km管道需放置電子標(biāo)志器25個(gè)左右。球形電子標(biāo)志器約260元／個(gè)，球形電子信息標(biāo)志器約330元／個(gè)，釘形電子標(biāo)志器約450元／個(gè)，盾形電子標(biāo)志器約130元/個(gè)?？紤]價(jià)格因素，選用盾形標(biāo)志器相對(duì)普遍。因此，以盾形標(biāo)志器為例進(jìn)行計(jì)算，其購(gòu)置成本為3250元／km，安裝費(fèi)用低，可以忽略不計(jì)。
示蹤線：示蹤線總成本約3000～4000元／km，其中購(gòu)置成本約為2000～3000元／km，安裝成本為1000元／km。
可見(jiàn)，盾形標(biāo)志器與示蹤線的單位成本基本接近，而其他類型電子標(biāo)志器的成本過(guò)高，不宜大范圍推廣使用。
若考慮到“電子標(biāo)志器50a使用壽命，而示蹤線30a使用壽命”這一因素，則盾形標(biāo)志器的綜合成本是示蹤線的70％左右。
7　其他優(yōu)勢(shì)
①使用功能及可靠性比較
電子標(biāo)志器可以準(zhǔn)確定點(diǎn)定位，快速確定管道、彎頭、三通、閥門、穿越地點(diǎn)的具體位置，可靠性較高，使用壽命長(zhǎng)，至少達(dá)到50a。且可以回收使用，當(dāng)管道改線時(shí)，可以將電子標(biāo)志器重新敷設(shè)在新的管道位置。而帶有芯片的球形電子信息標(biāo)志器還可以準(zhǔn)確導(dǎo)出地下管道的相關(guān)信息。
示蹤線定位操作復(fù)雜，準(zhǔn)確度不高，受外力作用容易斷裂，可靠性差，檢測(cè)時(shí)耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。且使用壽命平均不到30a，也不能重復(fù)使用。
②日常維護(hù)
電子標(biāo)志器不需要外接電源，隨管道施工同時(shí)進(jìn)行安裝。示蹤線每隔500～800m要有引出樁，需滿足對(duì)地絕緣電阻>999MW要求。一旦示蹤線出現(xiàn)斷裂情況，在非開(kāi)挖條件下無(wú)法進(jìn)行修補(bǔ)與維護(hù)。此外，與其他非燃?xì)夤芫€鄰近時(shí)，借助于電子標(biāo)志器可分辨出其中的燃?xì)夤艿?，而示蹤線很難做到這一點(diǎn)。
8　結(jié)語(yǔ)
電子標(biāo)志系統(tǒng)作為一種高效可靠的地下燃?xì)夤艿罍?zhǔn)確定位方式，相對(duì)于示蹤線等傳統(tǒng)的方法，從全生命周期角度考慮，具有性能優(yōu)良、綜合成本低、維護(hù)簡(jiǎn)便、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高等特點(diǎn)，技術(shù)成熟且具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)于保障管道的安全運(yùn)行具有顯著作用，值得大力推廣應(yīng)用。
 
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