基于探測普查成果的城市地下管線空間凈距研究

李江飛，嚴(yán)建國，周亮，常洲

(1.南京市城市地下管線數(shù)字化管理中心，江蘇 南京 210098； 2.南京捷鷹數(shù)碼測繪有限公司，江蘇 南京 210098)

1 引 言

自2019年江蘇響水“3.21”特別重大爆炸事故發(fā)生以來，安全生產(chǎn)工作再一次上升到新的高度。錯綜復(fù)雜的地下管線作為城市的生命線，承擔(dān)著運(yùn)輸生產(chǎn)生活信息、保障城市穩(wěn)定運(yùn)行的重要功能。改革開放以來，國內(nèi)城市建設(shè)規(guī)模和速度逐年增加，地下管網(wǎng)的種類和長度也越來越多、越來越長。據(jù)國家住建部中國城市建設(shè)《統(tǒng)計年鑒》[1]，2018年我國城市中供水、燃?xì)狻⒐?、排水管網(wǎng)長度已達(dá)268萬公里。為改善市容市貌，一些大城市實(shí)施了地上桿線下地工程。地下管網(wǎng)建設(shè)力度進(jìn)一步加大，城市的安全風(fēng)險也隨之增加。近幾年，一些城市甚至是一些特大城市地下管線安全生產(chǎn)事故頻發(fā)，給城市運(yùn)行和人民生命財產(chǎn)造成了重大損失[2]。經(jīng)統(tǒng)計[3]，2019年我國發(fā)生地下管線事故488起，其中管線破壞347起，地面塌陷106起，造成死亡90人，受傷108人。地下管線助推城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與管線事故造成重大經(jīng)濟(jì)損失的矛盾愈加凸顯，如何加強(qiáng)地下管線安全管理和掌握地下管線安全現(xiàn)狀成了當(dāng)前的關(guān)注焦點(diǎn)[4]。

2015年以來，國內(nèi)各地陸續(xù)開展并完成了地下管線探測普查，獲得了較為全面的地下管線基本信息，并建立了信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地下管線的信息化管理[5]。依據(jù)普查成果，國內(nèi)大多數(shù)城市也開展了地下管線信息動態(tài)維護(hù)，探索共建共享工作，逐步實(shí)現(xiàn)了地下管線信息的應(yīng)用推廣。但是，目前的數(shù)據(jù)應(yīng)用主要局限于規(guī)劃、設(shè)計、施工參考，基于數(shù)據(jù)本身的分析應(yīng)用較少，如何加強(qiáng)管線信息分析利用，提高經(jīng)濟(jì)附加值也成了管線信息管理者當(dāng)前的難題。

目前對地下管線安全研究大多集中在管線自身的安全上，包括管道老化、腐蝕、外力破壞等，但對地下管網(wǎng)中不同管線之間的相互影響，即管線之間的凈距現(xiàn)狀分析較少[6]。管線的凈距主要起到保護(hù)管道自身及周邊管線或構(gòu)筑物的作用，同時還需要滿足施工、維修、檢查的間距要求[7]。因此確保地下管線的凈距符合規(guī)范要求對于管線安全具有重要作用。雖然地下管線相關(guān)設(shè)計規(guī)范已經(jīng)對各網(wǎng)線的空間布局進(jìn)行了要求，但在實(shí)際設(shè)計和施工環(huán)節(jié)中，由于各種原因，經(jīng)常出現(xiàn)不符合規(guī)范要求的地下管網(wǎng)建設(shè)行為[8]，給地下管線的安全帶來了重大的安全隱患。準(zhǔn)確掌握城市地下管線的凈距現(xiàn)狀情況并針對性地進(jìn)行管理，是當(dāng)前城市安全的一項重要內(nèi)容。

2 地下管線凈距分析方法研究

2.1 地下管線凈距要求

根據(jù)《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》(GB 50289-2016)[9](以下簡稱《管線規(guī)劃規(guī)范》)，地下管線凈距包括水平凈距和垂直凈距，水平凈距指沿著道路方向平行敷設(shè)的管線外壁之間的距離，垂直凈距是指交叉管線外壁最近點(diǎn)之間的距離?！豆芫€規(guī)劃規(guī)范》中表4.1.9和表4.1.14分別對工程管線之間的最小水平凈距和工程管線交叉時的最小垂直凈距均做了規(guī)范，表1、表2節(jié)選了部分管線之間最小凈距要求，本文分析以此為依據(jù)。

表1 管線(部分)之間的最小水平凈距(單位/m)

表2 交叉管線(部分)之間的最小垂直凈距(單位/m)

2.2 管線凈距分析方法

利用GIS軟件的空間疊加分析和緩沖區(qū)分析開展管線凈距分析，首先對管線以其最大凈距為半徑進(jìn)行緩沖，以緩沖區(qū)進(jìn)行空間疊加分析，緩沖區(qū)內(nèi)管線則可能為凈距不足管線。然后以管線點(diǎn)(包括明顯點(diǎn)和隱蔽點(diǎn))為節(jié)點(diǎn)，對緩沖區(qū)內(nèi)管線進(jìn)行平面相交分析，判斷兩段管線是平行管線或交叉管線，本文假定兩個管線段在水平面無交點(diǎn)則為平行管線，有交點(diǎn)則為交叉管線。對于平行管線，其管線之間的凈距在水平面的投影長度為水平凈距，對于交叉管線，其在豎向平面的投影為垂直凈距，分析流程如圖1所示。

圖1 城市地下管線凈距分析流程

3 基于GIS的地下管線凈距實(shí)例分析

3.1 某城市地下管線概況

本文以華東某大城市為例，該市位于長江下游，是華東地區(qū)重要的政治、經(jīng)濟(jì)中心城市，建成區(qū)面積超 800 km2，常住人口約800萬人，下轄11個行政區(qū)。該市2015年完成了公共區(qū)域地下管線普查，2019年完成了非公共區(qū)域管線普查，共普查地下管線約16萬公里，普查內(nèi)容包括地下管線的地理空間信息以及基本的屬性信息。

3.2 某城市地下管線凈距分析結(jié)果

按照第2節(jié)所述分析方法和理論，利用地下管線數(shù)據(jù)的空間位置、類別、尺寸等信息，通過GIS的緩沖區(qū)分析、空間疊置分析、距離量算等方法，進(jìn)行某城市地下管線凈距分析(如圖2所示)，在不考慮管線探測誤差時，分析結(jié)果如表3所示。

表3 某市地下管線凈距分析結(jié)果(不考慮探測誤差)

圖2 管線凈距分析示意圖

可以看出，該市地下管線凈距不足點(diǎn)有 2 403 700個，電力、通信管線的凈距不足點(diǎn)占比較大，其中通信管線占總凈距不足點(diǎn)的46.5%，電力管線占總凈距不足點(diǎn)的32.1%；各類管線的間距不足情況與管線長度成正比關(guān)系。經(jīng)分析和現(xiàn)場驗證，電力、通信管線占比較多的原因是此兩類管線直埋敷設(shè)較多，且由于軟管特性，管位隨意性較大，所以容易產(chǎn)生與其他管線凈距不足情況。

本次凈距分析利用的是管線普查探測成果，由于探測存在一定誤差以及管線敷設(shè)存在一定的隨意性，導(dǎo)致首次篩選的管線凈距不足點(diǎn)范圍較大，數(shù)量較多。為使分析結(jié)果能夠進(jìn)一步篩查出城市地下管線間距嚴(yán)重不足或存在重大隱患的局部點(diǎn)位，基于前文分析結(jié)果，根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡叵鹿芫€探測規(guī)程，在分析中設(shè)定更為嚴(yán)苛的空間距離允許值，同時將直埋的通信管線和 350 V以下的電力管線不作為分析對象，進(jìn)行二次分析，結(jié)果如表4、圖3所示。

表4 某市地下管線凈距二次分析結(jié)果

圖3 某市地下管線凈距分析結(jié)果圖

從分析結(jié)果可以看出，在設(shè)定空間距離允許值并將直埋的通信管線和 350 V以下的電力管線不作為分析對象后，凈距不足情況由初次分析的 2 403 700個點(diǎn)，減少至 33 274個點(diǎn)，間距不足情況相較第一次分析的結(jié)果大大減少。從熱力圖(圖4)來看，間距不足情況主要集中在老舊城區(qū)。分析結(jié)果也更符合地下管線間距實(shí)際情況。

圖4 管線間距不足點(diǎn)位熱力圖

4 結(jié) 論

(1)本文提出基于GIS的空間分析功能，并結(jié)合管線埋設(shè)情況，進(jìn)一步優(yōu)化了城市地下管線凈距分析方法，可以比較真實(shí)地反映地下管線凈距水平情況，有助于掌握城市地下管線的凈距現(xiàn)狀，進(jìn)一步指導(dǎo)城市地下管線安全隱患排查整改，可以為安全生產(chǎn)工作提供參考。

(2)根據(jù)不同種類管線凈距分析結(jié)果來看，當(dāng)前國內(nèi)城市地下管線凈距不足情況較多，其中電力、通信管線因其自身屬于軟管材質(zhì)，且以直埋敷設(shè)方式為主，造成與其他管線凈距不足情況更為普遍。在電力、通信管線規(guī)劃建設(shè)中應(yīng)考慮加強(qiáng)保護(hù)設(shè)計，改變現(xiàn)有敷設(shè)方式，提高小型管廊應(yīng)用率。

(3)在老舊城區(qū)、人口密集區(qū)、建筑密度較高的區(qū)域地下管線凈距不足情況較多，且此類管線大多建設(shè)年代較久，需要進(jìn)一步核實(shí)、整改。在加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)和巡查的基礎(chǔ)上，還應(yīng)摸清各類地下管線的建設(shè)年代、運(yùn)營負(fù)荷、健康狀況等信息，開發(fā)建設(shè)深層次的信息庫，建立管線安全預(yù)警機(jī)制，降低管線安全事故風(fēng)險。