城市既有地下管網(wǎng)信息化建設關鍵技術探討

張世宇，林必毅，余麗麗

（深圳市賽為智能股份有限公司）

1 引言

城市地下管線包括給水、排水、燃氣、熱力、電力、電信、工業(yè)管線等，是城市的“生命線”。城市管線權屬復雜，埋于地下又是一個動態(tài)更新的過程，困擾著地下管線的管理工作[1～3]。

當前地下管線運維管理存在以下問題：

1）數(shù)據(jù)缺失嚴重

城市中很多管線鋪設年代久遠，管線數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象普遍，尤其是次干路支路和建筑外圍管線數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象嚴重。同時，隨著城市建設步伐加快、管線不斷更新，僅有的地下管線普查數(shù)據(jù)往往也失去了時效性。

2）圖紙精度不夠

傳統(tǒng)的地下管線采用二維的設計和記錄手段，常見的斷面圖、平面圖以及交叉節(jié)點圖等難以完整準確地表達管線之間、管線與周邊環(huán)境之間的關系，圖紙與實際情況往往有較大差異。

3）數(shù)據(jù)存儲分散

地下管線的數(shù)據(jù)存于不同部門，進行多頭管理。例如，電信管線隸屬于電信公司，供水管道隸屬于自來水公司等。這些管線數(shù)據(jù)所有者按照各自需求、不同格式，進行數(shù)據(jù)的保存、管理和維護工作，致使地下管線數(shù)據(jù)難以共享和綜合利用。

4）數(shù)據(jù)挖掘不到位

當前管線普查主要是給管線定位和定性，罕有進行深層次的數(shù)據(jù)挖掘，因此，造成了一定程度上的信息浪費，亟待搭建運維管理平臺進行科學分析和決策。

5）監(jiān)管方式落后

當前除個別建立實時監(jiān)控系統(tǒng)外，大部分權屬單位仍沿用傳統(tǒng)人力方式進行管線的日常巡檢和維護。而在實際工作中，巡查工作難以建立有效的監(jiān)督機制，對于重大危險源，傳統(tǒng)的人工方式難以監(jiān)管，易形成重大安全隱患。

6）事故頻發(fā)，應急反應能力較差

近年來，管道事故頻發(fā)，如燃氣管道泄漏、自來水管爆裂、施工挖斷電纜等，造成了停水、停電甚至爆炸、火災等事故，嚴重影響人們的日常生活及社會經(jīng)濟的發(fā)展。事故發(fā)生時，傳統(tǒng)的報警方式是由事故現(xiàn)場人員進行逐級上報，或者根據(jù)管線壓力監(jiān)測所發(fā)出參數(shù)變化進行報警，難以及時準確地鎖定爆管管段以及確定事故影響范圍。有時還需要大開挖來排查事故原因，管線管理能力和應急處置水平亟待提高。

綜上所述，落后的管線管理與高速發(fā)展的城市建設之間存在的矛盾日益尖銳，亟須探明地下管線的情況，并結合地形地貌，搭建地下管網(wǎng)智慧運維平臺進行信息化管理。信息化建設可分為基礎地形測繪、管線調查及平臺搭建3部分。

2 基礎地形測繪

基礎地形數(shù)據(jù)是指管線周邊最基本的地理信息，包括平面高程測量控制點、道路、水系、境界、地貌、植被、建筑物以及相關屬性信息等，用于表示城市的基本面貌并作為管線及附屬物信息空間定位的載體，是建立地下管網(wǎng)管理平臺的重要組成部分。

2.1 基礎矢量地形數(shù)據(jù)

矢量數(shù)據(jù)是經(jīng)過國家測繪部門測繪的標準空間數(shù)據(jù)。對于地下管線管理，矢量數(shù)據(jù)作為基礎底圖使用，并在具體業(yè)務應用中，對特定圖層進行分析和計算。在繪制基礎矢量地形圖時，要能夠分辨出綜合管網(wǎng)的最小管理單元，選取相應的比例尺。

2.2 地表地物三維模型

在搭建管線運維管理平臺時，為了更加真實直觀地展示三維場景，分析管線、周邊建筑物和構筑物的關系，需要對地表實景進行三維數(shù)據(jù)采集，如圖1所示。目前，地上三維模型的制作方式包括傾斜攝影測量、精細建模和粗模拉伸等。

圖1 實景三維模型

表1 物探方法及適用范圍

3 管網(wǎng)調查

3.1 管線調查內容及步驟

管網(wǎng)調查，指針對某一區(qū)域，一般在城市范圍內的地下管線敷設現(xiàn)狀進行的調查。管網(wǎng)調查主要工作包括資料整理、現(xiàn)場查驗以及地下管線探測等。實際工作中以“現(xiàn)場查驗為主，探測為輔”的原則，摸清地下管線的主要信息（包括管線材質、類別、規(guī)格、閥門、管線位置及埋深和窨井位置等）并經(jīng)采集、處理，最終形成空間地理信息數(shù)據(jù)。

地下管線探測的工藝流程如下：①確定工作范圍及對象；②搜集原始資料；③現(xiàn)場踏勘，記錄已知管線；④探測方法驗證；⑤編寫施工方案；⑥現(xiàn)場探測；⑦資料匯總。

3.2 常見物探技術概述

20世紀80年代后期，物探技術被引入到我國地下管線探測中，如今已經(jīng)成為既有地下管線資料獲取的重要技術手段，完善了以往僅靠現(xiàn)場查驗而導致資料不全、不準的情況[4]。

地下管線的物探技術主要有以下幾種方法：電磁感應法、電磁波法（探地雷達法）、淺層地震法、磁法、直流電法和紅外輻射法等。其中，電磁感應法和電磁波法是地下管線定位定深最常用的技術方法。

根據(jù)李學軍等[5]相關研究，常用物探方法與適用范圍，如表1所示。

采用物探技術進行管線探查過程中，應遵循以下原則：①從已知到未知，再回歸已知；②從簡單到復雜；③優(yōu)先選擇簡單、快速、有效的方法；④通過方法試驗及信息綜合來解決探測疑難點。

4 地下管網(wǎng)智慧管理平臺

20世紀90年代末，廣州市進行地下管線普查并成功開發(fā)搭建地下管線信息管理系統(tǒng)[6], 而后，國內各大城市相繼開展地下管線信息管理系統(tǒng)建設。當前，已開展城市地下管線普查和信息系統(tǒng)建設的城市占城市總數(shù)的1/3，其中，有近90%的城市能夠采取不同方式進行地下管線信息的動態(tài)更新。

目前，國內建立的地下管線信息運維系統(tǒng)大都基于GIS平臺進行二次開發(fā)[7]，能夠基本滿足地下管線的日常管理需求，常見功能[8，9]如下。

4.1 地上地下三維展示

平臺可根據(jù)管線及基礎地形數(shù)據(jù)進行三維管網(wǎng)及周邊地理信息展示。系統(tǒng)提供了方便的三維瀏覽功能，可通過圖層操作，選擇需要顯示的內容，如圖2所示。

圖2 三維管網(wǎng)展示

4.2 查詢、統(tǒng)計功能

在管網(wǎng)三維立體圖中可以從不同的角度瀏覽查詢管網(wǎng)的連接關系和管網(wǎng)的圖形參數(shù)和屬性信息等。系統(tǒng)提供查詢定位、管線標注、空間算量及管線統(tǒng)計等功能。

4.3 三維綜合管網(wǎng)分析

平臺支持水平凈距分析、垂直凈距分析、碰撞分析、橫斷面分析、縱斷面分析、影響范圍分析及連通分析等功能。

4.4 數(shù)據(jù)挖掘

地理信息和管線數(shù)據(jù)為城市級管網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘提供可能，通過相關技術手段，可大大提升城市地下管線數(shù)據(jù)庫的利用價值，如進行城市泄洪、排污能力評估，分析管線設計是否符合規(guī)范要求等。

4.5 管網(wǎng)預警管理

配合管網(wǎng)上安裝的相關實時監(jiān)測設備，利用回傳的監(jiān)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時監(jiān)控、報警管理、線路異常報警等功能。

4.6 應急管理

遇到突然事件時，可快速查找附近的應急設施資源，通知相關責任人，通過資源快速調度做到快速響應。同時，可以制定應急預案，配合應急演練。可以在地圖上做綜合應急模擬，防患于未然。

5 結語

本文結合現(xiàn)狀及行業(yè)技術發(fā)展水平，分析了城市既有地下管網(wǎng)信息化建設主要流程，包括3部分內容：基礎地形數(shù)據(jù)獲取、管網(wǎng)調查、基于GIS的地下管網(wǎng)智慧管理平臺建設。結合工程實際，提出了項目實施過程中的主要技術和主要功能。上述研究工作對于城市地下管網(wǎng)的智慧運維具有一定的借鑒意義，對于建筑信息化、智慧城市建立具有基礎性的指導意義。