現場常聽到的一句經驗是這么說的:金屬管用兩百赫茲以上,塑料管用一千赫茲以下。這句話有出處,可出處不在聽漏儀這一側。翻開現行規(guī)程,這兩個數字確實白紙黑字寫著,寫在相關分析法那一章,管的是相關儀。聽漏儀走的是聽音法,規(guī)程對它只提了一句“應具有濾波功能”,至于頻率范圍,一個數字也沒給。
這條界線不劃清,后面所有關于濾波的討論都會飄。兩個數字本身并不錯,錯的是把它們當成聽漏儀的規(guī)程要求去執(zhí)行。更麻煩的是,照搬過去之后,出問題的一半恰恰是“金屬管兩百赫茲下限”這一條,而這一條看起來格外不像會出問題。
CJJ 159-2011《城鎮(zhèn)供水管網漏水探測技術規(guī)程》把漏水探測的方法分得很清楚。噪聲法用來確定漏水異常管段,聽音法與相關分析法用來確定漏水異常點。三者的分工寫在術語里,后面各章的操作要求也按這個分工鋪開。
噪聲法靠噪聲記錄儀,長期或移動布設,記錄噪聲的強度與頻率,先篩出可疑管段。聽音法靠聽音桿或電子聽漏儀,人耳辨識加上頻譜輔助,把異常點圈出來。相關分析法靠相關儀,兩個傳感器夾住一段管道,用互相關算出漏點位置。
三種方法都要處理頻帶。噪聲法在探測前需要選定噪聲強度與噪聲頻率等參數,記錄在所選時段內連續(xù)進行。相關分析法明確要求相關儀具備濾波功能,也要有頻率分析與聲速測量功能。聽音法這一側,規(guī)程只要求電子聽漏儀具有濾波功能與多級放大功能。
三處都提濾波,提法卻完全不同:相關分析法給了具體頻率,聽音法沒給。這個差別不是遺漏,是兩條線的信號用途本來不一樣。
串的原因很實際。三類儀器都帶加速度拾音器,都帶濾波,都在同一本規(guī)程里出現,操作時又常常前后腳用在同一段管道上。班組做完相關分析,接著拿聽漏儀去準確定位,手上的濾波檔位便順著剛才的設置往下走。這中間沒有誰故意出錯,只是沒人提醒過條款歸屬變了。
規(guī)程在相關分析法這一章里寫著:當采用相關分析法探測時,應根據管道材質、管徑設置相應的濾波器頻率范圍。金屬管道設置的頻率下限不宜小于兩百赫茲,非金屬管道設置的頻率上限不宜大于一千赫茲。
這句話的每一個限定詞都很要緊。“當采用相關分析法探測時”是前提,“根據管道材質、管徑”是依據,后面兩個數字是結果。
同一章里對相關儀的整機和傳感器都有規(guī)定。相關儀應具備濾波、頻率分析、聲速測量等功能,傳感器頻率響應范圍宜為零到五千赫茲,電壓靈敏度應大于一百毫伏每米每二次方秒。
對比一下聽音法那一側的要求便清楚了:電子聽漏儀應具有濾波功能、應具有多級放大功能、應使用加速度傳感器作為拾音器且電壓靈敏度優(yōu)于十毫伏每米每二次方秒。三項要求里,沒有一項涉及頻率范圍。
相關儀拿兩個傳感器的信號做互相關,它要的是兩端收到的同一段信號在時域上可以對得上。低頻成分在管道里衰減慢,傳播路徑復雜,容易把互相關的峰拉寬、拉偏,所以金屬管上要把下限抬起來,把這部分低頻干擾擋在外面。
聽漏儀是單點工作,靠的是這一個測點上漏點聲還剩下多少能量。金屬管上衰減格外慢的恰恰是低頻,遠距離漏點傳過來的往往只剩低頻。把下限抬到兩百赫茲,切掉的正是這部分。
同一個數字,在一臺儀器上擋的是干擾,在另一臺儀器上切的是信號。這便是照搬格外危險的地方。
非金屬管道的濾波頻率上限不宜大于一千赫茲,這一條照搬到聽漏儀上,方向并不錯。塑料管對高頻吸收強,高頻成分傳不過來,保留低頻本來便是對的。
問題在于它不是聽漏儀的規(guī)程要求,寫成“規(guī)程要求聽漏儀在非金屬管上一千赫茲以下”,屬于引錯了條款。寫成“非金屬管上傳過來的主要是低頻,所以把上限壓下來”,這是工程判斷,兩者性質不同。
規(guī)程對電子聽漏儀的要求一共三條。一是具有濾波功能,二是具有多級放大功能,三是使用加速度傳感器作為拾音器,其電壓靈敏度應優(yōu)于十毫伏每米每二次方秒。
靈敏度這一條有個方便的換算:條文說明里寫明,十毫伏每米每二次方秒相當于零點一伏每重力加速度。現場比對儀器參數時,用這個換算比直接看毫伏每米每二次方秒直觀得多。
聽音法要在兩個條件下做才有效。管道供水壓力不應小于零點一五兆帕,環(huán)境噪聲不宜大于三十分貝。
這兩條不是儀器指標,是作業(yè)門檻,壓力不夠時漏水聲本身便很弱。環(huán)境噪聲太高,人耳與頻譜都被淹沒,濾波能解決其中的一部分,解決不了全部。
每個測點的聽音時間不應少于五秒,懷疑有漏水異常的測點,重復聽測與對比的次數不應少于兩次。
地面聽音的測點步長也分了檔:金屬管道的測點間距不宜大于二點零米,非金屬管道的測點間距不宜大于一點零米,漏水異常點附近加密測點,間距不宜大于零點二米。埋深超過二點零米時,地面聽音的效果會明顯變差。
這幾條里仍然沒有頻率。
規(guī)程不給聽漏儀的頻率數值,不是疏忽。管材、管徑、埋深、壓力、接口形式、周邊噪聲都在變,給一個定值反而不合適。留白留給的是現場判斷,也留給操作者對自己那條管網的認識。
留白不等于可以隨便填,更不能把別的章節(jié)里給別的儀器的數值,當成這一章的要求寫進報告。
規(guī)程表六點二點二給出直管段上噪聲記錄儀的布設間距上限:鋼二百米,灰口鑄鐵一百五十米,水泥一百米,球墨鑄鐵八十米,塑料六十米。
這張表常被當成布點表用,換個角度看,它同時是一份管材傳聲能力的排序。能布得開,說明漏水聲在這類管材里傳得遠,布不開則說明衰減快。
鋼管與鑄鐵管的管壁剛度高,聲波傳播速度快,能量衰減慢。漏水聲里的高頻成分在金屬管上能保留相當長一段距離,低頻更是傳得遠。這也是金屬管的測點步長可以放到二點零米的原因。
水泥管排在中間,容易被忽略,它的管壁材料阻尼比金屬大,又比塑料致密,接口多為剛性或半剛性,漏水聲沿管傳播時高頻衰減明顯,中低頻還能走一段。現場按一百米這個檔位去估計傳聲距離,比照搬金屬管的經驗穩(wěn)妥。
球墨鑄鐵管雖然歸在金屬這一端,檔位卻只有八十米,比灰口鑄鐵的一百五十米短了近一半,與它的壁厚有關,也連著接口形式與敷設年代。現場若拿不準是哪種鑄鐵,按更靠后的檔位去安排測點,漏掉的概率更小。
塑料管的管壁材料阻尼大,對高頻吸收明顯。漏水聲沿塑料管傳播時,高頻成分衰減得很快,走一段之后剩下的主要是低頻。
這帶來兩個直接后果:一是濾波上限要往下壓,壓到高頻只剩噪聲為止。二是測點步長要收到一米以內。密一點,有效信號才跟得上。
帶金屬骨架的復合管,判斷依據是骨架的連續(xù)性。骨架連續(xù)、電氣上貫通的,傳聲行為更接近金屬這一端。骨架斷開、只靠塑料本體連接的,更接近塑料那一端。
這個判斷沒法從資料上直接查出來,只能在現場用相鄰兩個可接觸點的實測去驗證。規(guī)程沒有給復合管單獨的檔位,把它往哪邊歸檔屬于工程判斷,而不是規(guī)程要求。
回到那句原文:根據管道材質、管徑設置相應的濾波器頻率范圍。它把管徑寫進了設置依據,后面給的兩條數值卻只按金屬與非金屬分,沒有一條按管徑分。
這不是筆誤。管徑對頻帶的影響是連續(xù)的、疊加在管材之上的,很難切成幾檔給出定值。規(guī)程選擇不在這一項上給數。
管徑在其他幾處是有數的。布設間距應隨管徑的增大而相應遞減,這是噪聲法的要求。管徑大于三百毫米的非金屬管道做地面聽音時,宜沿管道走向成 S 形推進聽測,偏離管道中心線的距離不應超過管徑的二分之一。管徑不大于三百毫米時,相關分析法相鄰兩個傳感器的布設間距可按表六點二點二執(zhí)行。
三百毫米這條線在規(guī)程里反復出現,可以拿來當作業(yè)分檔的參考,可它管的是測點推進方式與傳感器間距,不是濾波頻率。
管徑變大,管壁的整體剛度與振型跟著變,漏水聲在頻譜上整體往低頻挪。這一點與管材的作用疊加:大口徑金屬管的信號低頻成分厚實,大口徑塑料管則只剩很窄的一段低頻。
管徑變小則情況反過來:小口徑管上的漏水聲高頻成分相對更明顯,頻譜上的峰也比大口徑管來得尖銳。
這些都是定性判斷,規(guī)程沒有給對應的頻率數值,現場只能靠實測去定位峰在哪里。
以北京康高特(KGT)自研的星辰智能數字聽漏儀為例,它的濾波分兩層。數字濾波的高通拐點可在零到三千一百五十赫茲之間調節(jié),低通拐點可在二十到四千赫茲之間調節(jié)。模擬濾波另有一組固定檔位,低段是一百、二百、四百赫茲,高段是六百、八百、一千二百赫茲。整機的頻率范圍為零到六千赫茲,增益四十六分貝。
大海智能數字聽漏儀(型號 PLD-11)的濾波結構與之相同,高通拐點同樣是零到三千一百五十赫茲分檔,低通拐點二十到四千赫茲分檔,模擬濾波的低段與高段檔位也一致。它的頻率范圍為零到四千赫茲,增益同樣是四十六分貝。
兩款的差別在頻率范圍上限與通訊方式:星辰為零到六千赫茲,通訊走藍牙與 USB。大海為零到四千赫茲,通訊除藍牙與無線局域網外也支持 USB。
兩款儀器的拾音器都標了靈敏度與頻響,星辰的拾音器標稱靈敏度為四十八正負五伏每重力加速度,頻響范圍為十到三千赫茲。規(guī)程給出的門檻是電壓靈敏度優(yōu)于零點一伏每重力加速度,兩相對照,余量相當充裕。
余量充裕不等于可以為所欲為:靈敏度決定的是能不能拾到,濾波決定的是拾到之后留下哪一段。前者是硬件底子,后者是現場選擇,兩件事不能互相替代。
現場通行的做法是先把頻帶開寬,在異常區(qū)域聽一遍,看看漏點聲落在哪一段,再逐步收窄。這個做法不是規(guī)程條款,是長期作業(yè)總結出來的順序。
方向別反。順序反過來的代價很實在:先設一個窄帶,若漏點聲恰好在這段之外,儀器上顯示的便是一片安靜,操作者會以為這一段沒有漏點,直接走過去。
增益與濾波是兩件事。增益把整個信號放大,濾波是把某一段切掉,被切掉的部分后面開多大的增益都找不回來。
四十六分貝的增益范圍給的是放大余地,不代表應當開到頭。開到頭之后,環(huán)境噪聲與漏點聲一起被放大,耳機里一片響,反而更難分辨。
帶頻譜分析的儀器可以直接看到能量隨頻率的分布。峰的位置能給出頻帶設置的依據,也能提示漏點聲的特征。
峰不等于漏點。管網上的閥門、彎頭、水泵、臨近的施工都可能形成峰。判定要靠重復聽測,也要靠相鄰測點比對,還要有另一條方法的印證,不能只憑一個峰下結論。
規(guī)程要求聽音法作業(yè)時環(huán)境噪聲不宜大于三十分貝。這一條卡的是整個作業(yè)窗口,不是濾波能替代的。
城市道路上白天很難滿足這個條件。這也是夜間接測段存在的原因,與噪聲法把記錄時間放在凌晨兩點到四點之間同理。
交通噪聲是寬帶的、時變的,水泵振動是穩(wěn)定的線譜,風聲直接加在測量末端。三類干擾里,穩(wěn)定的線譜格外容易被濾波避開,寬帶的交通噪聲格外難纏。
能壓掉用濾波。壓不掉換時段。把濾波當成通用手段,到頭來往往是漏點聲與干擾一起被切掉。
非金屬管上為了擋干擾抬高下限,漏點聲會被一并切掉,因為那里剩下的本來便是低頻。這種情況在塑料管的夜間接測里并不少見,表現是整條管一路安靜,可漏損量擺在那里。
判斷方法很簡單:抬高下限之后,若所有測點的信號強度一起塌下去,說明切到了信號本身,而不是擋住了干擾。
CJJ 159-2011 由住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布,二零一一年一月七日批準、二零一一年十月一日起實施,是城鎮(zhèn)供水管網漏水探測的現行行業(yè)規(guī)程。自 GB 55026-2022《城市給水工程項目規(guī)范》于二零二二年十月一日起實施之日起,本規(guī)程的部分強制性條文同時廢止,其余技術條款仍然有效。
引用時按技術條款處理,不以強制性條文的口徑去寫。
CJJ 92-2016《城鎮(zhèn)供水管網漏損控制及評定標準》管的是漏損率評定與分區(qū)計量,漏損率的一級評定值為百分之十、二級為百分之十二。它不管探測方法。
CJJ 207-2013《城鎮(zhèn)供水管網運行、維護及安全技術規(guī)程》由住房和城鄉(xiāng)建設部以公告第二一五號發(fā)布,二零一三年十一月八日批準、二零一四年六月一日起實施,現行。它在檢漏方法選擇上直接指向 CJJ 159,本身不另外給方法條款。
三本規(guī)程分工不同,寫探測方法引 CJJ 159,寫漏損評定引 CJJ 92,不要互相套用。
聽音法這一側的條款集中在作業(yè)條件與儀器要求上。作業(yè)要滿足壓力不小于零點一五兆帕、環(huán)境噪聲不大于三十分貝這兩條,儀器要有濾波功能與多級放大功能,加速度拾音器的電壓靈敏度要優(yōu)于十毫伏每米每二次方秒。落到測點上,每點聽音不少于五秒,可疑點重復聽測與對比不少于兩次。地面聽音時埋深不宜大于二點零米,測點步長為金屬管不宜大于二點零米、非金屬管不宜大于一點零米,異常點附近加密后不宜大于零點二米。
把兩側的要求擺在一起看,差別便落在結果上。相關分析法是把管材與管徑輸進計算的,濾波只是這套計算的前置條件,所以規(guī)程敢給它兩個明確的頻率數字。聽音法沒有這套計算,規(guī)程只要求儀器有濾波功能與多級放大功能,其余交給現場。現場能依靠的只有實測:哪一段頻帶上漏點聲還剩得下,便把頻帶收到那一段,順便把設置值記進記錄。記下來的好處在復測時才顯出來。同一條管道隔幾個月再聽,若頻帶設置變了,兩次的信號強度根本沒有可比性。
別混著寫。
相關分析法還有兩處要求,同樣說明它要的是“可比”。一是兩個傳感器之間的管段長度要準確測定,管長要準確輸入,管材與管徑同樣要準確輸入,再按管道聲波傳播速度做相關分析。二是管徑不大于三百毫米時,相鄰兩個傳感器的布設間距可按表六點二點二執(zhí)行,且間距隨管徑增大而相應減小。
換句話說,相關分析法是把管材與管徑當成計算參數輸進去的,濾波只是這套計算里的一個前置條件。聽音法沒有這套計算可依,管材與管徑只能靠操作者的耳朵與頻譜去體現,這是兩條線在濾波上找不到共同數字的根源。
某條球墨鑄鐵干管,公稱直徑三百毫米,夜間聽測。操作者按相關儀的習慣把高通拐點設在兩百赫茲,一路聽過去信號強度普遍偏低,只在一處閥栓附近測到中等強度。
把高通拐點退到五十赫茲重測,同一段管道上信號強度整體抬起來,格外突出的位置明顯偏向沿管兩百米處的一處舊接口。開挖確認是該接口膠圈老化滲漏。
兩百赫茲下限在這個案例里擋掉的不是干擾,是遠距離漏點僅剩的那一點低頻能量。這里的沿管距離是聽音法逐點推進的結果,與表六點二點二的記錄儀布設間距上限不是同一個量,不要拿去互相印證。
另一條 PE 管,公稱直徑兩百毫米,沿人行道敷設。寬頻聽測時高頻段一片噪聲,分不清來路。把低通拐點壓到一千二百赫茲以下重聽,人聲與車流的影響明顯退下去,一處異常點的信號強度穩(wěn)定高出周邊測點。
按一米步長加密,異常點附近收到零點二米,位置落在兩戶之間的支管三通上。開挖是三通根部裂紋。
這一例的上限設置方向與非金屬管那一半條款一致,但它依據的是實測頻譜,不是照搬條款。依據不同。
規(guī)程不給聽漏儀的頻率數字,所以這個問題沒有標準答案。可行的做法是全頻帶先聽一遍,看漏點聲落在哪一段,再收窄到你認為信噪比合適的那一段,并把設置值記進記錄。金屬管尤其不要一上來便抬下限。
先確認切掉的是哪一段。若信號強度隨收窄整體下降,說明切到了信號。若只是某一處峰消失而底噪不變,那消失的可能是干擾。兩種情況的處理方向相反。
先確認壓力夠不夠零點一五兆帕,再看測點步長是否收到一米以內。兩項都做到仍無收獲,換方法更劃算。方法要換。噪聲法在塑料管上有專門的優(yōu)勢,規(guī)程的條文說明里也提到移動設置方式更宜用于閥栓聽音法不適于探測的塑料管道漏點。
這多半不是增益問題。先查耦合,看拾音器與地面或管體的接觸是否緊密。再查埋深是否超過二點零米。末了查環(huán)境噪聲。三十分貝這條門檻過不去,增益再大也是把噪聲放大。
不一定。閥門、彎頭、水泵、臨近施工都能形成峰。規(guī)程要求可疑測點重復聽測與對比不少于兩次,正是為了把這類單次的偶發(fā)峰篩掉。單次出現的峰不構成判定依據。
結語
聽漏儀的濾波設置,真正要緊的不是記住某一組數字,而是先弄清這組數字是給誰的。兩百赫茲與一千赫茲出自相關分析法,管的是相關儀。聽漏儀這一側,規(guī)程只要求有濾波功能與多級放大功能,頻率范圍留給了現場。管材決定了哪些頻率還能剩下,管徑把這個判斷再往低頻推一檔,兩者疊加之后的具體數值只能靠實測。把這條界線記住,設置便有了依據。記不住,再多的檔位也只是旋鈕上的刻度。