電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

摘 要

摘要：電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)作為對(duì)PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ坏囊环N有效方式，目前已在國內(nèi)外燃?xì)庑袠I(yè)得到廣泛應(yīng)用。通過與其它管道定位方式進(jìn)行多方面的綜合比較，全面分析了電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)
摘要：電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)作為對(duì)PE燃?xì)夤艿蓝ㄎ坏囊环N有效方式，目前已在國內(nèi)外燃?xì)庑袠I(yè)得到廣泛應(yīng)用。通過與其它管道定位方式進(jìn)行多方面的綜合比較，全面分析了電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。從全生命周期角度考慮，電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)具有使用壽命長、定位準(zhǔn)確、可靠性高、維護(hù)保養(yǎng)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)，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。
關(guān)鍵詞：電子標(biāo)識(shí)；PE管道；燃?xì)?；定位；?jīng)濟(jì)性；安全性
1 前言
目前，城市燃?xì)庵袎汗芫W(wǎng)的管道大多采用金屬(鋼質(zhì))管材和塑料(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，埋深高達(dá)10m以上。管道通常由人工填土覆蓋，填土上方是瀝青路面、水泥路面或碎石路基等。
    由于城市總是處于不斷建設(shè)、發(fā)展與變化之中，因此，弄清楚埋設(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)確的定位，并且對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的監(jiān)管異常重要，這是確保燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)營安全，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題
    鋼質(zhì)燃?xì)夤?，由于其良好的?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)方法就能較好的識(shí)別，因此，對(duì)鋼質(zhì)管道的定位相對(duì)來說不是太難，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?，其外殼表現(xiàn)出高阻性質(zhì)，再加上管道周圍一些干擾源的影響，探測(cè)這類高阻管，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)來實(shí)現(xiàn)。但無論是從經(jīng)濟(jì)方面，還是從其定位的準(zhǔn)確性方面考慮，都尚存在一些不盡人意之處，以現(xiàn)有條件，還不能成為一種可以廣泛使用的探測(cè)定位方式[1]。
3 常見的地下PE管道定位方式[2]
    (1) 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，具有抗擊回填沖擊、壓迫及土壤中化學(xué)物質(zhì)腐蝕的特性。
    這種定位方式成本低廉，但只有在開挖之后才能夠知道PE管道的大致走向，后期成本較高。
    (2) 示蹤線
    通常選用BV2.5mm2聚乙烯絕緣無護(hù)套電纜電線作為示蹤線，非開挖穿越地段有時(shí)采用BV2.5mm2雙線或BV4.0mm2銅線。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傷害，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，它能起到示蹤線和示蹤帶的雙重作用。
   (4) 警示PE保護(hù)板
   與警示帶作用相似，警示PE保護(hù)板也是理地燃?xì)夤艿赖囊环N定位方式，可有效地起到警作用。其主要特點(diǎn)是：使用壽命長；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)識(shí)系統(tǒng)
   電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)在歐美發(fā)達(dá)國家已有40多年的使用歷史，白上個(gè)世紀(jì)末以來，在我國燃?xì)庑袠I(yè)也開始逐步得到應(yīng)用。它不僅可以指示出其埋設(shè)的位置，還可以將內(nèi)部儲(chǔ)存的信息，比如提示管道口徑、埋設(shè)時(shí)間、三通彎頭、閥門、周邊建筑物情況等特征點(diǎn)的精確信息發(fā)送給電子探測(cè)儀，有效彌補(bǔ)其它示蹤方式的不足。
    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、海拔高度)，變相對(duì)定位為絕對(duì)定位。
4 電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)介紹
    (1) 組成
    電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)由電子標(biāo)識(shí)器和電子標(biāo)識(shí)定位儀(探測(cè)儀)兩部分組成，其中，電子標(biāo)識(shí)器埋設(shè)在地下PE管道的頂部位置。
    (2) 工作原理
    電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)實(shí)施對(duì)PE管道定位是基于射頻原理工作的。工作原理如下圖1所示。
 

    電子探測(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標(biāo)識(shí)器吸收并存儲(chǔ)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；而當(dāng)探測(cè)儀停止發(fā)送信號(hào)，標(biāo)識(shí)器將儲(chǔ)存的能量釋放并反射回探測(cè)儀；探測(cè)儀檢測(cè)返回的信號(hào)強(qiáng)度來確定標(biāo)識(shí)器所在的具體地點(diǎn)，信號(hào)最強(qiáng)處就是標(biāo)識(shí)器的正上方，探測(cè)到標(biāo)識(shí)器位置實(shí)際上就是掌握到了燃?xì)夤艿赖奈恢谩?/span>
   (3) 外觀與諧振頻率
   城市燃?xì)馐褂玫碾娮訕?biāo)識(shí)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的是國際統(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)識(shí)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)識(shí)器介紹
   電子標(biāo)識(shí)器是電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的核心組成部分。有球形電子標(biāo)識(shí)器(M)、球型電子信息標(biāo)識(shí)器(ID)、釘形標(biāo)識(shí)器、全程(盾形)標(biāo)識(shí)器等四種類型。其中，ID電子信息標(biāo)識(shí)器可記錄埋設(shè)管道的特性：管徑、壓力、埋深、事件點(diǎn)。
    ① 球形電子標(biāo)識(shí)器
    主要是由密封防水聚乙烯殼體及其內(nèi)部的無線天線構(gòu)成。本身是一個(gè)無源體，它只能夠接收和反射專用探測(cè)儀的信號(hào)。
    內(nèi)部是一個(gè)特定低頻的諧振電路，外殼防潮、防鹽酸、防腐蝕、耐擠壓，不受溫度的影響。采用自對(duì)準(zhǔn)水平設(shè)計(jì)，其內(nèi)部的電磁感應(yīng)線圈都可以漂浮在防凍液表面，確保最佳的接受效果和探測(cè)深度。無論何種敷設(shè)方式下，感應(yīng)線圈總保持水平位置。球型標(biāo)識(shí)器中的防凍液體使其能適用于低至40℃的極寒環(huán)境(電子標(biāo)識(shí)器內(nèi)含聚乙烯乙二醇和水的混合物)。
    ② 球型電子信息標(biāo)識(shí)器
    是在前者的基礎(chǔ)上增加一片可存儲(chǔ)設(shè)施相關(guān)信息的RFID芯片。這些ID標(biāo)識(shí)器均用唯一的標(biāo)識(shí)號(hào)碼進(jìn)行了預(yù)編程。這一號(hào)碼還用一個(gè)可卸下的條形碼標(biāo)簽附在標(biāo)記器上，可將該標(biāo)簽撕去，貼設(shè)備圖以供將來參考之用。ID標(biāo)記器還能編程包含客戶的細(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。該信息由用戶編寫并鎖定。
   ③ 釘形標(biāo)識(shí)器
   垂直安裝方式。使用沖擊鉆在硬質(zhì)路面上打一個(gè)垂直的孔洞，30～40cm深，將釘形電子標(biāo)識(shí)器放入，然后填埋孔洞即可。它有助于用戶標(biāo)識(shí)那些采用非開挖技術(shù)安裝及已存在的設(shè)施。
   ④ 全程(盾形)標(biāo)識(shí)器
   外形設(shè)計(jì)可以起到防止人工挖掘傷害的作用，同時(shí)起到警示的效果。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)土或沙土上安放全程標(biāo)識(shí)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)識(shí)定位儀
    習(xí)慣上我們稱之為電子探測(cè)儀，它用于探測(cè)地下標(biāo)識(shí)器的位置，作用半徑為3m。當(dāng)用其對(duì)地下電子標(biāo)識(shí)器進(jìn)行探測(cè)時(shí)，探測(cè)儀先向地下發(fā)出一定頻率的電磁波信號(hào)，當(dāng)靠近標(biāo)識(shí)器時(shí)，電子標(biāo)識(shí)器會(huì)反射定位儀發(fā)出的信號(hào)，從而被探測(cè)儀發(fā)現(xiàn)和接收，并通過聲音和讀數(shù)來告知操作者地下設(shè)施的全面信息?？蓽?zhǔn)確探測(cè)出標(biāo)識(shí)器的位置(即管線位置)，并具有金屬管線探測(cè)儀的雙重功能。
5 電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的應(yīng)用
    為了確保電子標(biāo)識(shí)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)識(shí)器的埋設(shè)，包括埋設(shè)方式、位置、數(shù)量、施工、驗(yàn)收等都是有一套嚴(yán)格規(guī)定，必須予以遵守。
    (1) 電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[3]
    認(rèn)真領(lǐng)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，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)的發(fā)展情況，這是做好電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。
    (2) 電子標(biāo)識(shí)器的設(shè)置與安裝部位
    一般情況下，以下部位需要設(shè)置電子識(shí)器。
    ① 所有地下燃?xì)夤艿栏黝愰y門、不可見井蓋處；分支點(diǎn)、接頭，如三通、異經(jīng)接頭等置；非人井內(nèi)的轉(zhuǎn)彎處的起始至終止位置；與它地下設(shè)施的交越處。
    ② 燃?xì)夤艿罊M過道路、河流或其他公共設(shè)的兩端，可以是燃?xì)夤艿辣Ｗo(hù)管的兩端；非開技術(shù)敷設(shè)的地下管線的兩端。
    ③ 燃?xì)夤艿赖纳疃茸兓却笥?.5m時(shí)埋設(shè)位置為最高和最低處。
    ④ 所有預(yù)埋預(yù)放的燃?xì)夤艿蓝祟^；所有檔圖紙上標(biāo)注的其他重要地下燃?xì)庠O(shè)施點(diǎn)；其他為重要而需要標(biāo)注的事件點(diǎn)。
    ⑤ 對(duì)于已建管道，在維修過的地下燃?xì)夤芑蚪宇^處，必須在覆土前安裝電子信息標(biāo)識(shí)器記錄維修信息；其它市政管線開挖工程，如遇氣管線，也必須安裝電子信息標(biāo)識(shí)器。
    用于標(biāo)識(shí)燃?xì)夤艿?、供水管道、污水管道電纜的電子標(biāo)識(shí)器各自的安裝位置示意圖如下圖2所示。

   (3) 電子標(biāo)識(shí)器的安裝
    電子標(biāo)識(shí)器應(yīng)采用上置方式水平安裝，單獨(dú)或合并使用膠布、扎帶穩(wěn)固安裝于彎管及管末端位置。但當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)情況不適合上置安裝時(shí)，也可將電子標(biāo)識(shí)器安裝在燃?xì)夤艿赖撞俊０惭b工作完成后，務(wù)必將已安裝的電子標(biāo)識(shí)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)使用電子探測(cè)器對(duì)已安裝的電子標(biāo)識(shí)器進(jìn)行可探性測(cè)試，以確定埋于地下的電子標(biāo)識(shí)器安裝妥當(dāng)，并應(yīng)記錄所有測(cè)結(jié)果。
    (4) 施工要求
    施工時(shí)應(yīng)由具備電子標(biāo)識(shí)器安裝資格的員負(fù)責(zé)電子標(biāo)識(shí)器的施工工作，并嚴(yán)格按照設(shè)文件進(jìn)行施工。如出現(xiàn)下述情況：施工圖有誤管道定位點(diǎn)發(fā)生變化、需要增減標(biāo)識(shí)器等，應(yīng)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)單位意，并出具設(shè)計(jì)變更后方可繼續(xù)施工。
    電子標(biāo)識(shí)器埋設(shè)前應(yīng)嚴(yán)格按照施工要求將標(biāo)識(shí)器下方的回填土夯實(shí)，以減小沉降量。
    (5) 驗(yàn)收要求
    電子標(biāo)識(shí)器施工驗(yàn)收應(yīng)作為整個(gè)工程驗(yàn)收的一部分被列入流程。建設(shè)單位應(yīng)嚴(yán)格審查施工單位的電子標(biāo)識(shí)器信息記錄表，對(duì)沒有該表或填寫不全的工程，不能做竣工處理。驗(yàn)收人員驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)將定位儀探測(cè)的結(jié)果與電子標(biāo)識(shí)器的施工圖中的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比，保證電子標(biāo)識(shí)器的位置與定位點(diǎn)水平方向誤差不得超過要求。
   (6) 運(yùn)行管理
   電子標(biāo)識(shí)器交付運(yùn)行管理后，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。
    (7) 功能拓展
    圖3是電子標(biāo)識(shí)器的功能拓展示意圖，由GPS現(xiàn)場(chǎng)記錄電子標(biāo)識(shí)器的經(jīng)度、緯度、海拔高度等信息，將數(shù)據(jù)上傳到電子地圖系統(tǒng)，由此記錄標(biāo)識(shí)器所在位置的絕對(duì)坐標(biāo)[4]。

6 電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析
    (1) 購置與施工成本分析
    電子標(biāo)識(shí)器：按照“直線每隔100m放置一個(gè)電子標(biāo)識(shí)器；彎道、岔路口及每個(gè)重要節(jié)點(diǎn)放置一個(gè)電子標(biāo)識(shí)器”要求，1km管線需放置電子標(biāo)識(shí)器15個(gè)左右。電子標(biāo)識(shí)器平均單價(jià)約155.00元/個(gè)，則購置成本約2325元，折合2.33元/m。
    示蹤線：1km示蹤線的購置與安裝成本約為2000元，折合2.00元/m。
    可見，兩者初次購置與安裝成本基本接近。
    若考慮到“電子標(biāo)識(shí)器50年使用壽命、而示蹤線30年使用壽命”這一因素，則電子標(biāo)識(shí)器的購置成本只有示蹤線的70%左右。
    (2) 使用功能及可靠性比較
    電子標(biāo)識(shí)器：可以準(zhǔn)確定點(diǎn)定位，快速確定管道、彎頭、三通、高低位、閥門、穿越地具體位置等，可靠性較高，使用壽命長，至少達(dá)到50年。且可以回收使用，當(dāng)管線改道時(shí)，可以將電子標(biāo)識(shí)器重新使用到新的管線位置。而帶有芯片的球型電子信息標(biāo)識(shí)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斷點(diǎn)、可靠性差，檢測(cè)時(shí)耗費(fèi)時(shí)間長。且使用壽命平均不到30年，也不能重復(fù)使用。
   (3) 日常維護(hù)成本
   電子標(biāo)識(shí)器：不需要電源，基本上沒有后期的維護(hù)工作。
    示蹤線：每隔500～800m要有引出樁；對(duì)地絕緣電阻需滿足＞999MΩ要求。因此，需要一定的日常維護(hù)費(fèi)用。
    (4) 其它優(yōu)勢(shì)
    與多條非燃?xì)夤芫€同溝鋪設(shè)時(shí)，借助于電子標(biāo)識(shí)器可分辨出其中的燃?xì)夤芫€；且探測(cè)范圍廣、抗噪聲等干擾能力強(qiáng)。示蹤線很難做到這點(diǎn)。
7 結(jié)語
    電子標(biāo)識(shí)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)簡便、使用壽命長、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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(本文作者：羅東曉1，2 1.新奧能源控股有限公司 河北廊坊 065001；2.中山大學(xué) 廣東廣州 510275)