積極開展智慧管線建設(shè) 助力智慧城市

孫劍

（北京靈圖軟件技術(shù)有限公司）

1 引言

據(jù)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部城市科學研究會的統(tǒng)計，2012年第一批國家智慧城市90個試點所申報的重點工程項目中，涉及地下管線與空間綜合管理類的項目占比約63%（見圖1），這也表明大量的地方政府自發(fā)性地認識到地下管線信息化和智能化建設(shè)已迫在眉睫，智慧管線項目將成為各個城市智慧城市試點工作的核心，同時也是智慧城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)平臺。

圖1 住建部第一批智慧城市試點項目匯總

2 地下管線建設(shè)管理面臨嚴峻挑戰(zhàn)

2011年11月，中國城市規(guī)劃協(xié)會指出：據(jù)不完全統(tǒng)計，全國重大地下管線事故每天平均5.6起，每年僅開挖造成經(jīng)濟損失2000億元。其中2013年11月22日，中石化東黃輸油管道泄漏爆炸特別重大事故死亡62人，直接損失7.5億，舉國震驚。根據(jù)第三方統(tǒng)計，截至2012年全國城市僅有36%進行地下管線普查，大部分沒有建立良好動態(tài)更新機制、城市綜合地下管線信息系統(tǒng)及監(jiān)測預警系統(tǒng)。這些信息均表明當前城市地下基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是地下管線建設(shè)和運營情況形勢嚴峻，已嚴重影響我國新型城鎮(zhèn)化發(fā)展進度

3 地下管線建設(shè)管理問題的深度剖析

經(jīng)過對多個城市的調(diào)研和不同歷史階段地下管網(wǎng)情況的梳理，總結(jié)出最終導致地下管線事故不斷的原因，如圖2所示。

在貫穿管線數(shù)據(jù)全生命周期過程中，除了因為地質(zhì)災害、防腐層腐蝕、自然老化等非人為因素之外，還主要有以下幾個原因。

圖2 管線數(shù)據(jù)生命周期

1）體制機制方面

這包括權(quán)屬單位協(xié)調(diào)難度較大、施工流程監(jiān)管不嚴、審批環(huán)節(jié)缺失等，使得后續(xù)跨部門協(xié)調(diào)和數(shù)據(jù)更新機制都難以建立。雖然部分城市已建了地下管線綜合數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)，但大部分都未真正實現(xiàn)成果共享，沒有發(fā)揮應(yīng)有的數(shù)據(jù)價值，而是在普查、建庫結(jié)束后就靜止為“僵尸”數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)。2012年，據(jù)初步統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，浙江省11個市中10個市已進行地下管線普查，其中雖然有7市已向城建檔案機構(gòu)移交了管線的檔案信息，但10市中只有1市的城建檔案機構(gòu)提供地下管線檔案信息的對外利用和服務(wù)。

2）數(shù)據(jù)資源獲取、感知、監(jiān)測、信息系統(tǒng)方面

燃氣、自來水、井蓋等設(shè)施各異，難以監(jiān)測和上傳數(shù)據(jù)。存量管線探測，增量的竣工測量較專業(yè)，需借助專業(yè)測繪單位完成。已有的管線管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)陳舊，無法適應(yīng)機構(gòu)變化和流程調(diào)整，沒有兼顧移動應(yīng)用、位置服務(wù)的需求。地下空間管理是典型的三維地理信息應(yīng)用，傳統(tǒng)管線管理模式用戶體驗較差，操作繁雜，更新模式單一。

4 優(yōu)化體制機制是智慧管線的重要保障

體制機制是非常重要的原因，無論是建委的檔案館還是規(guī)劃局的下屬事業(yè)單位，都難以協(xié)調(diào)和統(tǒng)籌各類權(quán)屬單位的數(shù)據(jù)資源，難以制定城市級的數(shù)據(jù)普查和探測方案、數(shù)據(jù)共享方案、數(shù)據(jù)標準和共享服務(wù)標準等。

另外，由于我國體制原因，管線規(guī)劃管理由城市規(guī)劃部門負責，建設(shè)的開工許可管理由城市建設(shè)部門負責，建設(shè)中挖掘城市道路的行政許可管理由市政管理部門負責，工程檔案管理由城建檔案部門負責。這也導致了在開挖和覆土兩個核心環(huán)節(jié)監(jiān)管缺失，無法有效地將系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫應(yīng)用在流程中，權(quán)屬單位沒有在開挖前查詢和打印其工作區(qū)域的地圖，也沒有在工程結(jié)束覆土后將數(shù)據(jù)更新到綜合地下管線數(shù)據(jù)庫中，這使得數(shù)據(jù)共享和更新成為空談。

在綜合管線信息化管理中，要使以管線信息為核心的業(yè)務(wù)流程化，突破職能割據(jù)；以服務(wù)管線相關(guān)單位為中心，以管線信息流來組織管線相關(guān)單位的各個職能環(huán)節(jié)，并突破層級限制和部門限制的組織結(jié)構(gòu)扁平化，建立上下統(tǒng)一的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)和中心數(shù)據(jù)庫。更為專業(yè)、連貫和高效地行使具體職能，如圖3所示，可在管線相關(guān)建設(shè)工程項目審批時，需要提供地下管線現(xiàn)狀圖。這就要求施工企業(yè)借助城市綜合地下管線信息系統(tǒng)查詢綜合地下管線數(shù)據(jù)庫，打印出圖后獲取工程許可證，在工程作業(yè)完畢后，需要請有測繪資質(zhì)的專人來負責竣工測量和信息匯交，該步驟完成后政府才給予驗收合格證等相關(guān)批文；同時，政府安排專人完成地下管線數(shù)據(jù)的更新工作。

圖3 優(yōu)化體制機制是智慧管線的重要保障

5 監(jiān)測預警系統(tǒng)是智慧管線的發(fā)展重點

地下管網(wǎng)監(jiān)控環(huán)境中，絕大部分不具備可見光，并且大量信息無法通過監(jiān)視器獲得，例如有害氣體濃度、液體的溫度等。所以配置專業(yè)化的地下管網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備和傳感器將提高地下管網(wǎng)安全運營水平，為市政和權(quán)屬單位提供維修或翻新的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，政府和權(quán)屬單位進而快速決策，對有安全隱患的管線或基礎(chǔ)設(shè)施進行修繕或重建，降低安全風險。如圖4所示，在借助各類物聯(lián)網(wǎng)傳感器的基礎(chǔ)上，借助4G及專業(yè)的通信手段，將異構(gòu)的傳感信息技術(shù)發(fā)送運營中心。

6 三維GIS是智慧管線的核心基礎(chǔ)平臺

地下管線有天然的三維空間特性，黃島事故就是因為中國石化集團沒有及時獲知到輸油管網(wǎng)下面的排水溝渠的狀況，才導致了后來悲劇的發(fā)生。傳統(tǒng)的地下管線二維GIS系統(tǒng)難以實現(xiàn)上述需求，難以直觀了解地下基礎(chǔ)設(shè)施空間關(guān)系。近年來，隨著專業(yè)技術(shù)和計算機技術(shù)、VR技術(shù)的發(fā)展，使得地下管線的三維可視和數(shù)字可控成為可能，逐步向著“規(guī)劃標準化、建設(shè)可視化、運營自動化、管理體系化”方向發(fā)展。在整個項目規(guī)劃、建設(shè)和實施過程中，均可全程采用三維建模、三維GIS的方式整合和管理數(shù)據(jù)，如圖6所示。

圖4 監(jiān)測預警系統(tǒng)

圖5 三維GIS是基礎(chǔ)平臺

運用三維地理信息技術(shù)，將設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)化為三維模型；再通過先進的測量技術(shù)將現(xiàn)場環(huán)境和工程實體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實體三維模型，實現(xiàn)實體模型與設(shè)計模型的實時對比，及時了解建設(shè)過程中的實時信息，對整個建設(shè)階段進行可視化的管理。一旦地下管線普查和數(shù)據(jù)采集完成后，所有的數(shù)據(jù)均要按照住建部的最新標準《城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程》（CJJ 61-2003）進行，掌握埋深等信息，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和規(guī)格，為后續(xù)三維GIS系統(tǒng)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

圖6 良好的運營模式

圖7 智慧管線建設(shè)總體技術(shù)框架

7 運營模式是智慧管線健康發(fā)展的基礎(chǔ)

2013年，國家倡導通過特許經(jīng)營、投資補助、政府購買等方式，吸引民間資本。目前，大量的地下管網(wǎng)運營機構(gòu)幾乎全是政府下屬事業(yè)單位及關(guān)聯(lián)企業(yè)，政府直接對地下綜合管網(wǎng)的運營進行管理，實現(xiàn)投資、建設(shè)、運營三位一體，滿足社會整體利益，而沒有考慮采用特許經(jīng)營管理模式（BOTPPP）吸納民營資本。由于地下管網(wǎng)建設(shè)、運營和投資巨大，智慧管線系統(tǒng)的運維涉及到民生、城市安全，因此政府仍然在其中發(fā)揮重要的作用。但其弊端明顯，目前事業(yè)編制緊缺，人手不夠，難以滿足當前城鎮(zhèn)化需求，大量的日常數(shù)據(jù)更新、覆土測量工作需要專業(yè)人員協(xié)助。

在這種背景下，由民間機構(gòu)入股，與政府成立專業(yè)的實體。該實體獲得政府授權(quán)、受政府監(jiān)督，并承擔地下綜合管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)、運營管理工作，從而把政府部門的社會責任、規(guī)劃和協(xié)調(diào)能力與民營企業(yè)資金和管理效率結(jié)合在一起。

地方政府作為地下管網(wǎng)建設(shè)管理問題的責任主體，應(yīng)該建立相應(yīng)的綜合協(xié)調(diào)機構(gòu)，比如智慧管線領(lǐng)導小組（見圖6），辦公室可設(shè)在建委或規(guī)劃局，具體的運營機構(gòu)可以設(shè)立在建委檔案館或規(guī)劃局信息中心，運營機構(gòu)可以引入民營資本合作，安排專人負責與不同的權(quán)屬單位對接和服務(wù)工作，確保數(shù)據(jù)及時入庫和更新。

8 智慧管線建設(shè)總體技術(shù)框架

通過我國地下管網(wǎng)建設(shè)管理現(xiàn)狀的調(diào)研和思考，結(jié)合當前信息化和智能化的發(fā)展趨勢，站在政府和各個管線權(quán)屬單位角度，我們提出了的一個智慧管線的初步定義，那就是針對我國城鎮(zhèn)化進程中地下管線及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理的戰(zhàn)略需求，圍繞機制體制優(yōu)化，創(chuàng)新運營模式等核心議題，借助地理信息系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)、地下綜合管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和各類應(yīng)用系統(tǒng)等技術(shù)成果，使地下管線從規(guī)劃建設(shè)、安全運營維護、應(yīng)用管理、數(shù)據(jù)信息長效更新、共享服務(wù)等全生命過程都做到有章可循、有法可依、高效管理，真正實現(xiàn)城市地下管線信息的即時交換、共建共享、動態(tài)更新。

在具體實踐和應(yīng)用過程中，提煉和總結(jié)出的總體技術(shù)架構(gòu)如圖7所示。

管網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)包括：數(shù)據(jù)普查、建庫，綜合數(shù)據(jù)庫建立，滿足政府需求的綜合地下管線信息系統(tǒng)和滿足不同權(quán)屬單位的專業(yè)管線信息系統(tǒng)。其中政府部門的用戶包括規(guī)劃、建設(shè)、城管、應(yīng)急辦等多個部門，權(quán)屬單位包括供水、燃氣、電信企業(yè)等。目前，各個權(quán)屬單位的專業(yè)地下管線系統(tǒng)已開始應(yīng)用多年，專業(yè)性強，不同的管線材質(zhì)需要不同的傳感器來感知壓力、溫度和各種狀態(tài)。

城市綜合管線數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對給水、排水、燃氣、電力、電信、廣播電視、熱力、工業(yè)管道等管線的空間坐標數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)庫包含管線的走向、性質(zhì)、規(guī)格、材質(zhì)、埋設(shè)時間、權(quán)屬單位等屬性數(shù)據(jù)。

綜合管線信息化管理建設(shè)首先需要將智慧管線作為一個整體加以規(guī)劃建設(shè)，而不應(yīng)人為地孤立和分割信息，對已分布在城市不同單位、不同類型、不同形式的地下空間資料進行整合，并通過綜合管線普查或?qū)ΜF(xiàn)有資料整理來摸清綜合管線的空間分布及屬性信息，同時建立綜合管線數(shù)據(jù)庫。建立管線數(shù)據(jù)更新體制，通過綜合管線信息管理系統(tǒng)將竣工測量數(shù)據(jù)更新到綜合管線數(shù)據(jù)庫中，保證綜合管線信息的現(xiàn)時性。在現(xiàn)有綜合管線數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，建設(shè)智慧管線綜合管理平臺和共享平臺，提高智慧管線管理、科學決策、以及公共基礎(chǔ)設(shè)施突發(fā)事件監(jiān)測、應(yīng)急反應(yīng)和指揮決策的能力。