城市地下管網(wǎng)綜合管理信息化研究及應(yīng)用

王海燕 胡婷 謝燕

摘要：針對(duì)城市地下管線安全問(wèn)題，利用航天系統(tǒng)工程理念，開展面向城市地下管線全生命周期管理和安全管理的整體解決方案的研究，建立地下管線綜合管理系統(tǒng)、綜合管廊管理系統(tǒng)、地下管線和綜合管廊大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用系統(tǒng)、地下管線及綜合管廊管理數(shù)據(jù)庫(kù)、地下管線及綜合管廊管理體系及標(biāo)準(zhǔn)體系，研究成果將有效提升城市地下管網(wǎng)線綜合管理水平。

關(guān)鍵詞：綜合管理；智慧管網(wǎng)；智慧管廊；數(shù)據(jù)共享

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2018）04-63-3

Research and Application of Comprehensive Management Informatization of Urban Underground Pipe Network

WANG Haiyan1， HU Ting2， XIE Yan1

（1. HIWING Mechanical & Electrical Technology Corp.， Ltd.， Beijing 100070， China； 2. JINGHANG Computing and Communication Research Institute， Beijing 100074， China）

0引言

按照國(guó)家關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線綜合管理的相關(guān)要求，針對(duì)“馬路拉鏈”、“城市看?！薄ⅰ肮芫€爆炸”及“窨井吃人”等突出問(wèn)題，應(yīng)用航天系統(tǒng)工程理論和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在地下管線以及相關(guān)附屬設(shè)施上部署傳感設(shè)備，通過(guò)管網(wǎng)綜合管理信息系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)城市綜合管線管理、全生命周期管理以及安全管理[1]，支撐標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和規(guī)章制度建立，構(gòu)建了地下管線綜合管理整體解決方案。在山東省德州市完成全國(guó)首個(gè)城市地下管線綜合管理試點(diǎn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，與北京、江蘇、四川、內(nèi)蒙及新疆等多個(gè)城市開展了地下管線及管廊綜合管理方面的合作，取得了較好成效。

1整體方案

產(chǎn)品數(shù)據(jù)是PDM系統(tǒng)的核心，而數(shù)據(jù)備份作為一種數(shù)據(jù)安全策略，確保了原始數(shù)據(jù)的一致性和安全性，在災(zāi)難和故障發(fā)生時(shí)能有效恢復(fù)原有數(shù)據(jù)，是避免數(shù)據(jù)丟失和保證數(shù)據(jù)安全的基本保障。

對(duì)于PDM系統(tǒng)而言，系統(tǒng)數(shù)據(jù)是不斷擴(kuò)展的，對(duì)此類系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份所需要的容量往往是難以預(yù)計(jì)的，若采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)備份方式，則需要隨著數(shù)據(jù)量的不斷擴(kuò)展進(jìn)行設(shè)備的更新，就提升了數(shù)據(jù)備份的成本。針對(duì)傳統(tǒng)備份系統(tǒng)不足，基于現(xiàn)有PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式的基本現(xiàn)實(shí)，結(jié)合云存儲(chǔ)采用廉價(jià)的設(shè)備構(gòu)建集群，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)，降低數(shù)據(jù)備份的成本，實(shí)現(xiàn)集群的無(wú)縫擴(kuò)展的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了PDM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，如圖1所示。

2智慧管網(wǎng)

2.1應(yīng)用架構(gòu)

針對(duì)各類城市地下管線及市政設(shè)施，基于普查、隱患排查、精確定位及物聯(lián)感知等工程建設(shè)，面向政府部門構(gòu)建管線GIS、規(guī)劃、建設(shè)、安全預(yù)警與監(jiān)管及應(yīng)急處置等一體化綜合管理平臺(tái)[2]，面向管線權(quán)屬單位建立專業(yè)管線管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)政府部門、管線權(quán)屬單位的業(yè)務(wù)協(xié)同與應(yīng)急聯(lián)動(dòng)，如圖2所示。

2.2綜合管理系統(tǒng)

綜合管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)地下管線的統(tǒng)籌規(guī)劃與建設(shè)管理、地下管線的安全監(jiān)管和預(yù)警及政府應(yīng)急處置能力與專業(yè)管線智能化系統(tǒng)集成，如圖3所示。

2.3專業(yè)管線智能化系統(tǒng)

（1）智慧供水

以GIS子系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)水源及供水設(shè)備的監(jiān)測(cè)，以及水力模型和漏損控制的應(yīng)用，從而達(dá)到安全供水、節(jié)能降耗和降低漏損，提高供水服務(wù)水平和業(yè)務(wù)管理水平。

（2）智慧排水

針對(duì)污水處理廠、中水廠、雨水泵站、雨水調(diào)蓄池、用戶排污口、入河排水口、內(nèi)澇點(diǎn)、雨水管道、污水管道和水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)、預(yù)警及應(yīng)急處置。

①排水監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)：將排水管網(wǎng)、泵站、污水廠以及河道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成到一起，并與GIS平臺(tái)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息的實(shí)時(shí)查詢與顯示、報(bào)警數(shù)據(jù)與歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)與管理，利于管理者對(duì)相關(guān)資料做全面的統(tǒng)計(jì)分析，為其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持[3]。

②排洪模型子系統(tǒng)：綜合城市降雨過(guò)程、地面徑流水文過(guò)程、地下管道排水能力和地表積水情況，構(gòu)建排洪模型，以科學(xué)準(zhǔn)確的方式分析城市內(nèi)澇的影響范圍、積水深度、積水量和積水時(shí)間等致災(zāi)因素，從而為內(nèi)澇防治對(duì)策和應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案的制定提供指導(dǎo)和依據(jù)。

③防洪抗旱指揮子系統(tǒng)：當(dāng)發(fā)生洪水和出現(xiàn)嚴(yán)重干旱時(shí)，則通過(guò)防汛指揮子系統(tǒng)迅速采集和傳輸水情、雨情、工情、旱情和災(zāi)情信息，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，經(jīng)分析制定出防洪抗旱調(diào)度方案，指揮搶險(xiǎn)救災(zāi)，有效地運(yùn)用水利工程體系，努力縮小水旱災(zāi)害范圍，最大限度地減少災(zāi)害損失。

（3）智慧燃?xì)?/p>

①燃?xì)獗O(jiān)測(cè)子系統(tǒng)：以管網(wǎng)GIS為基礎(chǔ)，對(duì)燃?xì)忾T站、輸氣管線以及調(diào)壓箱等燃?xì)庀到y(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)燃?xì)膺\(yùn)行的安全管理。

②燃?xì)夤芫W(wǎng)監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)：輔助燃?xì)馄髽I(yè)對(duì)場(chǎng)站和管網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)的調(diào)度、預(yù)警以及控制，提高燃?xì)馄髽I(yè)的整體管理能力，加強(qiáng)燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全系數(shù)，起到降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本的作用。

（4）智慧熱力

①熱力監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)：以管網(wǎng)GIS為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱源、管網(wǎng)、換熱站及供熱參數(shù)的自動(dòng)采集，集中遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，根據(jù)負(fù)荷變化自動(dòng)調(diào)節(jié)供熱量，為用戶熱網(wǎng)節(jié)能和安全運(yùn)行提供保障。

②熱力水力平衡分析子系統(tǒng)：在熱網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)能夠及時(shí)進(jìn)行計(jì)算分析可以獲得在各種負(fù)荷條件下?lián)Q熱站和熱用戶等的熱量需求、各種負(fù)荷狀態(tài)下的壓力、流量和溫度的分布。

③分戶計(jì)量控制子系統(tǒng)：通過(guò)用戶熱量表法及溫度面積法等熱計(jì)量分?jǐn)偡椒?，?shí)現(xiàn)分戶計(jì)量，同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)室內(nèi)溫度的遠(yuǎn)程干預(yù)，達(dá)到用戶自主節(jié)能和干預(yù)節(jié)能的目的。對(duì)室溫的采集和監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)換熱站環(huán)境溫度補(bǔ)償轉(zhuǎn)變成用戶室溫補(bǔ)償，杜絕用戶從回水管路放水盜熱的情況。用戶室溫情況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，變被動(dòng)服務(wù)為主動(dòng)服務(wù)，提高供熱服務(wù)水平，從熱源到用戶末端按需分配[4]。

2.4大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

將城市地理信息數(shù)據(jù)與城市地下管線相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成與融合，按照統(tǒng)一的編碼規(guī)范生成一張二三維一體化的綜合電子地圖，并對(duì)外提供“一張圖”共享服務(wù)，為各應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的二三維可視化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在“一張圖”上綜合分析與展現(xiàn)地理信息、管線信息、綜合規(guī)劃信息、隱患信息、在線監(jiān)測(cè)信息、預(yù)警信息及應(yīng)急處置信息；實(shí)現(xiàn)地下管線健康預(yù)測(cè)、應(yīng)急仿真、排洪及漏損監(jiān)測(cè)模型等大數(shù)據(jù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)綜合管廊規(guī)劃建設(shè)、健康預(yù)測(cè)、運(yùn)行狀態(tài)及安全分析等大數(shù)據(jù)應(yīng)用[5]。

2.5地下管線及綜合管廊管理數(shù)據(jù)庫(kù)

建立地下管線及綜合管廊管理數(shù)據(jù)庫(kù)，形成數(shù)據(jù)共享與交換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)政府部門和各權(quán)屬單位之間在管線數(shù)據(jù)與規(guī)劃、建設(shè)、隱患、監(jiān)測(cè)和預(yù)警數(shù)據(jù)的共享與交換；形成數(shù)據(jù)更新與分權(quán)查詢機(jī)制，實(shí)現(xiàn)管線新建及改建后數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，為政府部門及各權(quán)屬單位提供管線各類信息分權(quán)、準(zhǔn)確查詢與應(yīng)用服務(wù)[6]。

3智慧管廊

3.1應(yīng)用架構(gòu)

面向政府部門、管廊運(yùn)營(yíng)單位和管線權(quán)屬單位，建立包括管廊三維GIS、規(guī)劃與建設(shè)、管廊監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)管理和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)等功能的綜合管廊管理系統(tǒng)[7]。實(shí)現(xiàn)綜合管廊的規(guī)劃管理、項(xiàng)目管理和檔案管理，實(shí)現(xiàn)集環(huán)境、設(shè)備、管線、安防和消防為一體的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)海量存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)監(jiān)控，建立管廊運(yùn)營(yíng)、安全預(yù)警、應(yīng)急處置及應(yīng)急聯(lián)動(dòng)管理體系，如圖4所示。

3.2應(yīng)急聯(lián)動(dòng)

應(yīng)急聯(lián)動(dòng)主要有以下7個(gè)系統(tǒng)。①聯(lián)動(dòng)門禁系統(tǒng)：自動(dòng)開啟電子鎖，保證各出入口的通暢；②聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)：調(diào)動(dòng)攝像頭，切換監(jiān)控中心大屏幕上的圖像畫面；③聯(lián)動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)：包括送排風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)、排煙閥和排風(fēng)閥；④聯(lián)動(dòng)管網(wǎng)閥門：關(guān)閉上水、燃?xì)饧盁崃Φ戎鞴芫€閥門；⑤聯(lián)動(dòng)非消防電源：避免事故通過(guò)供電系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)大；⑥聯(lián)動(dòng)排水系統(tǒng)：冷、熱水管廊發(fā)生突發(fā)事件，立即啟動(dòng)排水系統(tǒng)；⑦應(yīng)急通信系統(tǒng)：監(jiān)控中心與現(xiàn)場(chǎng)處理事故救援人員進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，聯(lián)動(dòng)公安、消防、天燃?xì)?、熱力及自?lái)水等各專業(yè)管理公司統(tǒng)一行動(dòng)。

4結(jié)束語(yǔ)

圍繞生命周期和安全管理2條主線，研究構(gòu)建了城市地下管線綜合管理信息化整體解決方案、地下管線綜合管理系統(tǒng)和綜合管廊管理系統(tǒng)，建立了地下管線及綜合管廊大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用系統(tǒng)和地下管線及綜合管廊管理數(shù)據(jù)庫(kù)，形成數(shù)據(jù)共享與交換、數(shù)據(jù)更新與分權(quán)查詢機(jī)制。建立地下管線綜合規(guī)劃、統(tǒng)籌建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理、運(yùn)行監(jiān)管及應(yīng)急保障等五大綜合管理體系和地下管線普查及隱患排查、精確定位、物聯(lián)感知和綜合管理平臺(tái)四大技術(shù)體系，包括數(shù)據(jù)共享、信息技術(shù)、工程實(shí)施和規(guī)章制度四大類，共計(jì)17項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在內(nèi)的地下管線綜合管理標(biāo)準(zhǔn)體系。

參考文獻(xiàn)

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