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增强数据驱动的管道管理

2023-10-24 xylem Hallam贾文强
报告封面

赋能数据驱动管道管理 保持公用事业一步领先 投资合适的管道,在正确的时间进行主动的、数据驱动的维护。 从PureTechnologies了解更多关于管道管理解决方案。 目录 引言................................................................................................................... 2基础设施挑战.2风险分析 与系统规划.................................................................3系统控制...................... .......................................................................................7数据收集:检查与监 测..............................................................9数据分析与资产性能建模.............. .........................................16资产规划与缓解.................................................... .....................22 封面:通过主动的、数据驱动管理,公用事业公司可以大大延长输水管道和压力管道的使用寿命。照片来自MahaHeang,Shutterstock.com。 版权 © 2023年由美国水务协会出版;permissions@awwa.org。版权所有,侵权必究。未经版权所有者事先书面许可,本出版物任何部分均不得以任何形式或任何方式复制、储存或传输。 本指南是AWWA必备知识系列的一部分,由AWWA和Xylem合作编写。AWWA的贡献者包括John R.Hughes(编辑)、DawnFlancher(技术和研究项目高级经理)、DanielFeldman(设计师)和KarenPacyga(生产经理)。Xylem的贡献者包括EricToffin(全球产品经理)、AshanMcNealy(状况评估工程经理)、CameronWhite(国家和战略客户高级经理)、EvanBiedenbach(业务发展经理)、JeffreyZdrojewski(业务发展经理)、DustinPark(高级状况评估工程师)和KristinaTwigg(需求生成经理)。 介绍 水输配干线管和污水压力输配干线管为北美各地的社区提供关键服务。泄漏、破裂和老化会削弱对这些宝贵资产的信心。然而,像老化或过去的故障这样的因素并不一定是管道当前状况的良好指标。 水务行业正越来越多地采用主动管理策略,用于地下基础设施。这一转变得益于评估技术和数据分析,这些技术和分析能够提供有关资产绩效的中短期和长期洞察。关键管道具有较长的使用寿命,可以通过数据驱动管理大大延长。本指南是AWWA必备知识系列的一部分,探讨了管道所有者如何利用图1所示框架收集和利用数据,以降低风险、管理成本,并在其资产生命周期内保持可靠性。 图1。有效的管道管理是一个帮助水务和污水企业更好管理地下基础设施的过程。 ©2023污霸.保留所有权利. 基础设施挑战 自2004年以来,AWWA一直进行其年度水行业状况调查(www.awwa.org/sotwi),该平台允许北美及其他地区的水行业专业人士分享他们对关键水行业挑战和活动的见解。基础设施老化以及融资资本改善自调查开始以来一直位列前五挑战,而基础设施老化已连续10多年位居首位。在2023年调查中,当被问及与现有基础设施更新和更换相关的具体问题的重要性时,48%的受访者认为维持基础设施可靠性是一项极其重要的关注点。 公共事业越来越多地采用主动资产管理策略,以帮助他们应对广泛的基础设施挑战,包括以下: 管理隐蔽基础设施。公共事业可以利用检查和监控数据,在短期内识别和解决有风险的管道,并对未来管道状况进行建模,以制定可靠的长期计划。 更新老化基础设施。利用状况数据,可以提高网络可靠性并延长资产寿命,通过这些数据确定哪些管道和阀门可以继续运行,哪些需要维修或更换。 为改善融资资本。管道所有者可以利用关于资产状况和风险的确切数据更有效地优先考虑项目并调配资源。公用事业公司可以 也通过计划维修、防止故障和最大化资产寿命来降低整体生命周期成本。 减少水资源短缺,确保可持续发展。利用管道和阀门状态数据,公用事业公司可以减少水量损失,降低更新和更换项目的碳足迹,并提高网络控制和弹性。 改善社区关系。利用数据可以促进更好的社区参与和信任,以验证和改善资产可靠性与服务水平,限制中断,并赋予负责任的财政决策权力。 在未来十年内,社区将投资数十亿美元用于更新老化的管道资产。一个积极的状态评估计划可以帮助公用事业机构确定其资本改进资金的投资优先级。此外,先进技术可以通过确定埋地基础设施的健康状况,为实现数据驱动的资产管理决策,从而帮助供水和污水公用事业机构实现巨大的效益,如图2所示。 风险评估与系统规划 一个状况评估计划为公用事业公司提供了更高的网络可见性,使管道所有者能够了解他们拥有的资产、它们的位置及其状况。评估 图2。数据驱动的管道管理提供了广泛的好处。 ©2023污霸.保留所有权利. 同时提供必要的数据来开发资产随时间恶化的可靠估计,以便公用事业获得系统完整性的长远观点。 然而,在这项工作完成之前,一个有效的状况评估计划需要资金。如美国水工业协会(AWWA)供水实践手册M77中详述的,水管状况评估(www.awwa.org/M77),这样的支持是通过提出状况评估的商业案例、制定有效的状况评估成本核算方法、创建适当的预算以及通过有效的沟通获得城市领导者、公众和其他利益相关者的支持而建立的 。 投资于状态评估可以通过降低风险成本来证明其合理性。公共事业公司可以通过测量泄漏、故障及其引发的紧急维修的社会、经济和环境后果,更好地理解风险降低工作的价值。大型管道故障的直接和社会成本可能超过100万美元。事实上,诸如服务中断和财产损失等社会影响可能会使故障成本翻倍。 状况评估也有助于公用事业公司更好地优先考虑甚至推迟原定资本投资。在许多情况下,公用事业公司可以通过在维护方面进行增量、数据驱动的投资来延长大口径管道的使用寿命,并降低资产生命周期成本。根据M77,一些公用事业公司在实施一种方法时,使用状况评估来查找和定位特定的管道缺陷,而不是更换整个主干管道,记录了400-800%的投资回报率。 传统的管道更换决策主要具有被动性——是对故障的反应,或基于有限的信息,如管道年龄和故障历史、定性的目视检查数据以及资产关键性。然而,数据显示管道故障通常是由局部劣化引起的,其余管道仍然处于可用状态。因此,很难证明在故障反应或仅基于年龄的情况下进行大规模更换的成本和干扰。 北美公用事业运营着数千英里的地下输水管道和压力管道。现实情况是,资金没有跟上水资源基础设施的需求,而管道的老化速度比公用事业部门能够替换它们的速度更快。这进一步强化了了解资产状况和风险的需求。 一个主动性的状态评估计划始于识别哪些管道最需要关注。风险评估在确定资产检查优先级和确定适当评估水平方面发挥着关键作用。对系统风险有初步了解是制定一个平衡服务水平、生命周期成本和可接受风险的评估计划的关键。系统化方法考虑计划中包含的所有管道,而不是单独看待每个资产或评估。挑战在于根据风险确定计划中每个资产的正确投资水平。 风险评估考虑了资产失效的概率和后果,如图3所示。失效概率估计资产无法满足定义的服务水平的可能性。失效后果估计资产失效时应产生的社会、经济和环境影响。 图3。一个企业的整体风险框架应考虑资产失效的概率和后果。 ©2023污霸.保留所有权利. 木本植物开始一项状况评估项目,通过收集和审查针对公用事业资产的信息,例如过去的故障和土壤腐蚀性。将此信息与来自世界各地的类似管道的状况数据进行结合,提供了一个有价值的基准测试工具,使公用事业机构能够了解相同材料、尺寸、年龄和设计的管道在类似运营和环境条件下是如何反应的。 此初步风险分析可提供关于疑似管道状况的见解,以便公用事业公司在投资评估方法之前进行了解。然而,直到实际评估进行之前,失效的概率仍然相对未知。这就是为什么失效的后果在指导关于状况评估计划的早期决策时是有益的。 将故障估计概率与管道关键性和故障后果叠加,可提供一种广泛的衡量风险的方法。随着风险的增加,使用高分辨率检测方法和工程分析来收集更详细信息的价值也随之增加。 例如,高风险的主要任务需要更高分辨率的评估方法,例如现场电磁探测和连续结构监测。一个无法容忍关键管道任何故障的公用事业公司需要加大在状况评估和持续维护方面的投入。利用高分辨率检查和监测数据的高级分析可以预测未来管道性能,并为长期资产管理战略提供信息。 相反,公共事业公司可以利用筛查级工具(如泄漏检测和瞬态压力监控)有效管理后果较低的主管道,这些工具可以指导短期运营和维修决策,从而提高基础设施的可靠性。这种做法将更多资源导向后果较高的管道,并使公共事业公司能够降低风险并以最具成本效益的方式分配资源。 技术进步和数据分析正在改变隐蔽基础设施的游戏规则。管道所有者可以利用图4中所示方法的组合来识别受困管道段,进行针对性维修,并以整体更换成本的一小部分使管道恢复到几乎全新的状态。通过采用基于状态数据的主动资产管理策略,公用事业公司能更好地控制风险和成本,为决策提供依据,将资源引导至最需要的地方,为短期和长期计划提供信息,并优化生命周期成本。 图4。一个状况评估方法应该基于公用事业机构的目标、预算和风险承受能力。 ©2023污霸.保留所有权利. 系统控制 给水系统控制阀门,如闸阀和蝶阀,有助于控制管网中的流量。阀门对于隔离管网部分以限制管道故障的持续时间和影响至关重要。主动的系统控制计划确保在紧急情况、日常维护或管道检查期间,公用事业部门能够定位、访问和操作关键阀门。 随着配水系统老化,各种形式的故障概率会升高。如图5所示,当阀门未得到积极维护且在需要时无法工作时,故障风险会加剧。当阀门无法运行时,管道故障持续时间会更长,并影响更广泛区域,导致服务中断、水质和压力问题、消防流量挑战、洪水以及其他问题。如图6所示,优化系统控制措施包括识别和清查阀门、检查阀门、修复和维修阀门,以及提供可操作的现场数据,以利于持续运行和维护。 识别和盘点阀门。寻找阀门浪费了关键时间,在主管道破裂时增加了附带损害、影响区域以及失水量。公用事业部门应确认对阀门进行物理访问并核实其确切位置。 图5。当阀门可运行且可定位时,公用事业部门可以更快地做出响应并尽量减少管道失效的后果。 ©2023污霸.保留所有权利. 图6。可以采用四步流程来优化系统控制。 ©2023污霸.保留所有权利. 检查阀门。根据Wachs水务公司的说法,作为Xylem品牌的一部分,该公司服务的所有阀门中约有40%因物理状况(错位、结垢、杂物等)而无法操作,或者因为无法找到、无法进入,或者位置不正确。一旦找到阀门,重要的是要确认它们可以操作并且没有泄漏。如果阀门无法运行,则无法用于系统控制和关停。 修复和修理阀门。大多数不可操作的阀门都可以修复,许多甚至可以在现场在条件评估和数据文档过程中进行修复。平均而言,只有2%的阀门需要更换以恢复可用性。阀门修复可以包括将阀门箱提升至标高,更换操作螺母以便从街道层面操作阀门,重新装备损坏的外部齿轮,以及许多其他可以恢复阀门全部功能和延长其使用寿命的修复。 提供可操作的现场数据。在实地评估阀门之后,公用事业部门将拥有资产清单及其物理状况的信息。下一步是确保所有利益相关者都能获得准确、有价值的信息。一个易于