埋地管道用电子标签定位方案的设计

《GB50028-2006城镇燃气设计规范》推荐中压和低压燃气管道宜用聚乙烯管材。与钢管相比，聚乙烯管材具有不腐蚀、抗土壤沉降、施工简便、造价便宜等突出优点，弱点是在地面探查确定管道埋地的具体位置较为困难，导致其后第三方施工时挖断、钻穿管道事故时有发生[1]。

目前国内城镇燃气管道越来越多地使用电子标签进行定位，电子标签埋设在管道周边，通过地面探查其位置来判断管道路由。与以往的示踪线相比，电子标签可以最大限度消除误判[2]。然而，现实中常常忽视管道定位方案技术设计，简单地统一选型，导致实际效果大打折扣。或全部选用低档产品无法获取必要的安全管理数据，或全部选用高档产品造成不必要的浪费，更常见的是选用高档产品，又试图通过减少用量以降低工程总造价，结果影响到管道运行安全。

根据城镇埋地燃气管道及各类电子标签的特点，进行合理的定位技术方案设计，对于经济合理地保证燃气管道安全运行具有特别重要的意义。

1.电子标签工作原理

电子标签系统由埋地电子标签及地面探测器两部分组成，高档电子标签内置只读或读写的芯片，存贮管段和管件特点等相关信息的代码（图1）。

当探测器接近电子标签时，其所发射特定频率的无线电波，使电子标签内部与之频率相应的线圈与电容发生谐振产生感应电流，该感应电流的磁场信号又可被探测器感知，信号最强点即为电子标签上方地表[3]。这有点类似手电筒和反光镜的关系，探测器相当于手电筒，电子标签相当于反光镜（图2）。凭借吸收的能量，电子标签还可发送出存贮在芯片中的相关信息，供探测器接收。

不同谐振频率的电子标签用于标识不同种类的管线（如燃气、自来水、电缆等），探测器设定不同频率，可以选择性寻找某类电子标签，其他种类电子标签不会响应，这在地下管网繁杂交叉、重叠时尤其可贵，能有效区别不同的管道，避免误判[4]。

2.各类电子标签技术经济对比

（1）全向电子标签

全向电子标签是内有三组正相交谐振线圈的塑料棱球。三组线圈同时受激谐振产生的全向磁场，使探测器无论自哪个方位接近都能产生最佳响应，在距离电子标签5m远处就可以感知到电子标签的信号，从而实现快速查找。此类标签配置有可读写芯片，最多存储2000个字符的数据，包括坐标位置、埋深、管径、管件名称、防腐方式、压力等级、建设日期、施工单位、维护记录等，主要缺点是价格昂贵。

（2）单向电子标签

单向电子标签内部只有一组谐振线圈，所以价格明显低于全向电子标签，外形有圆球型、圆柱型两类。圆球型电子标签的内部有防冻液，可以使线圈漂浮，将其随意埋在管沟内或埋设后发生偏转时，线圈都自动保持在水平状态，以便于地面快速查找[5]。圆柱型电子标签则要求垂直埋设，此时线圈呈水平方位。依据高径比，其又细分为碟型、柱型、钉型等，以满足不同工况需求。扁平的碟型适合安装在井盖上；圆球型、柱型电子标签用尼龙扎带捆绑埋设在管道附近；细长的钉型电子标签通常安装在地表0.5m深的钻孔内，与管道无连接。此类电子标签共同特点是具有方向性，探测器位于这些电子标签上方时，响应信号强度与全向电子标签相当，但偏离正上方则响应信号减弱较快，感知半径在3m左右。单向电子标签分带芯片的电子信息标签和无芯片的电子定位标签两种，电子信息标签价格高于电子定位标签，具体差值取决于芯片性能。

（3）环型电子标签

环型电子标签也属于单向电子定位标签，与其他各种电子标签的根本差别在于其安装方式。从工作原理可知，每个电子标签都独立工作，无相互连接关系，但也由于这个特点，单个电子标签错位就不宜发现，经常有第三方施工后将电子标签丢弃或随意埋在偏离管道的位置。环型电子标签直接套在管道外侧，这样就彻底杜绝其与管道分离的风险。此时单组谐振线圈与地面并非水平状态，不利于地面快速查找，可对于第三方施工前必须准确定位，查找速度要求并不高，但希望更密集的定位点。环型电子标签均不带芯片，且结构简单，价格仅为全向电子标签的一半，恰满足这种要求。

3.定位技术设计原则

（1）定位点分类及选型

A类为关键节点。今后第三方施工可能性较大，一旦损坏影响巨大且修复困难，如大型定向钻穿越河流两端，不可中断的交通干线穿越两端。此类穿越段地表难以设置定位点，需要从两端取得尽可能多的管道信息，指导整个管段的维护管理。A类节点应设置全向电子标签，芯片记录坐标位置、埋深、管径、压力等级、穿越方向、建设日期、施工单位等。

B类为重要节点。如直埋弯管的两端，三通、四通、变径点，与其他地下管道的交叉点，破损维修过的位置。此类节点是管道走向的控制点，也是安全管理的薄弱点。B类节点宜设置带芯片单向电子标签，芯片记录坐标位置、埋深、管径、管件名称、压力等级、施工单位、维修记录等。

C类为一般节点。如各类阀门，不可见的井盖，预留盲端，变坡点等。C类节点宜设置无芯片单向电子标签。

D类为非节点。平直管段每间距20m，直埋弯管的弧形段每间隔2m。D类非节点宜设置环型电子标签。

（2）根据现场环境调整布局

定位技术设计方案应具有远瞻性，一是定位点要避开今后可能难以检测的位置；二是要避免所取信息重复，造成不必要浪费；三要充分考虑今后第三方施工破坏风险，设置必要的冗余定位点。

4.结束语

电子标签是城镇燃气埋地管道定位的有效手段，忽视定位技术设计，简单地统一选型，会导致实际效果大打折扣。根据各类电子标签特点及适用条件，结合管道上各种节点的具体情况，通过技术经济分析，分类选择不同的电子标签，并依据现场环境调整布局，才能经济合理地保证燃气管道安全运行。

参考文献：

[2]李文静.燃气管线电子标识及信息管理系统项目应用及管理的展望[J].上海煤气，2010

（1）：36-39.

[5]汪颖.浅谈电子标识系统在燃气管网上的设计[J].上海煤气，2009

（2）：13-14.