地下管線智慧化管理實(shí)踐與啟示

吳佩琦

隨著深入推進(jìn)實(shí)施京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略，北京城市副中心建設(shè)速度不斷加快，在建工程量年均三四百項(xiàng)，城區(qū)規(guī)模不斷擴(kuò)大，地下管線建設(shè)規(guī)模同步擴(kuò)張。隨之而來的城市地下管線安全隱患日益凸顯，如燃?xì)獗?、路面坍塌、城市?nèi)澇、大面積停水停氣等考驗(yàn)著城市管理綜合能力。北京市通州區(qū)以制度為抓手，以信息化為手段，不斷提高地下管線綜合承載能力，保障城市副中心“生命線”平穩(wěn)運(yùn)行。

一、地下管線綜合管理平臺(tái)

（一）建設(shè)歷程

2013年，通州區(qū)啟動(dòng)建設(shè)地下管線數(shù)據(jù)及信息化平臺(tái)，通過地下管線數(shù)據(jù)普查、地下管線三維信息化管理、地下管線施工安全防護(hù)管理等系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行，將通州區(qū)地下管線管理由二維平面管理提升到三維管理。同時(shí)，應(yīng)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將原有人工定期巡查擴(kuò)展到管線在線監(jiān)測(cè)預(yù)警、隱患排查等方面，實(shí)現(xiàn)城市地下管線全生命周期管理的風(fēng)險(xiǎn)可視化、監(jiān)管規(guī)范化、管理精細(xì)化、保障主動(dòng)化。

目前，已實(shí)現(xiàn)全區(qū)域市政道路范圍內(nèi)地下管線數(shù)字化全覆蓋，數(shù)據(jù)涵蓋供水、排水、燃?xì)?、電力、通信、電視、熱力、工業(yè)及探測(cè)范圍內(nèi)其他類地下管線和附屬設(shè)施等。為保障地下管線數(shù)據(jù)資料的現(xiàn)勢(shì)性和完整性，編制了《通州區(qū)地下管線數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新工作方案》，建立常態(tài)化地下管線數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新工作機(jī)制，每年對(duì)新建地下管線數(shù)據(jù)進(jìn)行更新普查和入庫。通州區(qū)地下管線系統(tǒng)建設(shè)范圍如圖1所示。

圖1 通州區(qū)地下管線系統(tǒng)建設(shè)范圍示意圖

（二）管理機(jī)制

先后編制了《通州區(qū)地下管線管理辦法》《通州區(qū)地下管線施工防護(hù)管理實(shí)施細(xì)則》和《通州區(qū)地下管線數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新工作方案》等，通州區(qū)城市管理委員會(huì)為地下管線綜合協(xié)調(diào)管理部門，協(xié)調(diào)督促地下管線權(quán)屬單位落實(shí)地下管線運(yùn)行管理職責(zé)。

（三）地下管線三維可視化

開展地下管線數(shù)字化管理系統(tǒng)三維平臺(tái)建設(shè)，利用云地理信息系統(tǒng)（GIS）、AR等技術(shù)，將真實(shí)環(huán)境與地下管線三維數(shù)據(jù)相結(jié)合，將通州區(qū)地下管線數(shù)據(jù)庫從二維平臺(tái)升級(jí)為三維平臺(tái)。通過系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)以下功能：

一是對(duì)地下管線施工工程的全過程管理。建立起從施工單位、權(quán)屬單位到行業(yè)監(jiān)管部門之間的溝通橋梁，避免因未掌握地下管線分布情況而盲目施工導(dǎo)致的各種安全事故。同時(shí)，加強(qiáng)地下管線隱患排查工作，對(duì)管線權(quán)屬單位進(jìn)行全面管理和實(shí)時(shí)跟蹤，建立管線施工和管線安全的全面監(jiān)管機(jī)制。

二是將地下管線從傳統(tǒng)的二維地圖變?yōu)槿S地圖。積極推動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)用，為道路管網(wǎng)改造施工提供更加精準(zhǔn)的地下管線數(shù)據(jù)服務(wù)和技術(shù)支持，有效降低地下管線施工安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。

三是建立地下管線數(shù)據(jù)服務(wù)工作快速響應(yīng)模式。通過基于移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)查詢、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、綜合分析等應(yīng)用，將地下管線三維數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境擬合，有效降低管線施工工作難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，提高道路施工和管網(wǎng)改造的工作效率。

四是建立地下管線動(dòng)態(tài)常態(tài)化更新機(jī)制。通過地下管線動(dòng)態(tài)更新，加強(qiáng)道路施工和管網(wǎng)改造工程的信息主動(dòng)收集和共享，不斷把各類信息有機(jī)結(jié)合和規(guī)范化，以達(dá)到地下管線長效管理目標(biāo)。

五是“無縫”集成真實(shí)世界信息和虛擬世界信息。運(yùn)用AR技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，將專業(yè)數(shù)據(jù)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相結(jié)合，為隱蔽空間作業(yè)、道路開挖等工作提供超越現(xiàn)實(shí)的感官體驗(yàn)（圖2）。

圖2 地下管線三維系統(tǒng)建模AR展示

（四）地下管線監(jiān)測(cè)預(yù)警

依托現(xiàn)有城市基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)資源，以預(yù)防燃?xì)獗?、城市?nèi)澇、管網(wǎng)泄漏等重大安全事故為目標(biāo)，以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)為支撐，以“點(diǎn)、線、面”相結(jié)合的方式，統(tǒng)籌分析評(píng)估城市復(fù)雜耦合風(fēng)險(xiǎn)，基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果對(duì)現(xiàn)有城市安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)感知網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充和完善。

通過安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)，感知管線實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)城市安全風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)預(yù)警管線安全事故風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行自動(dòng)化模型推演及研判分析，對(duì)事故災(zāi)害發(fā)生的可能性和損失程度進(jìn)行智慧化分級(jí)預(yù)警，建立城市安全運(yùn)行整體監(jiān)測(cè)、早期預(yù)警和高效應(yīng)對(duì)體系，同時(shí)根據(jù)預(yù)警類型和等級(jí)啟動(dòng)相應(yīng)級(jí)別的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高效聯(lián)動(dòng)處置，并對(duì)每一起事件形成一套全周期檔案，作為事件追溯和大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的依據(jù)。實(shí)現(xiàn)城市安全運(yùn)行管理“從被動(dòng)應(yīng)對(duì)向主動(dòng)防控”的轉(zhuǎn)變。

（五）系統(tǒng)應(yīng)用案例

地下管線數(shù)字化管理系統(tǒng)三維平臺(tái)為各級(jí)行業(yè)部門、地下管線權(quán)屬單位、建設(shè)工程施工單位等提供地下管線數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)核實(shí)服務(wù)，在地下管線施工安全管理、施工協(xié)調(diào)、應(yīng)急搶修、隱患治理等方面發(fā)揮了重要作用。

2022年1月，通州區(qū)故城東路新華小區(qū)供熱站供電線路發(fā)生故障。通過地下管線數(shù)字化管理系統(tǒng)三維平臺(tái)查閱既有管線資料，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)情況排查核實(shí)，充分利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，在出現(xiàn)應(yīng)急事故時(shí)第一時(shí)間快速反應(yīng)，運(yùn)用信息化手段精準(zhǔn)排查。

2022年1月，對(duì)通州區(qū)群芳中二街與群芳二路交叉口、群芳中二街與頤瑞中三街交叉口的過路電力拉管施工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)支持。通過信息化系統(tǒng)、AR技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管線數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)，清晰了解了施工現(xiàn)場(chǎng)的管線分布情況，與各權(quán)屬單位核實(shí)管線數(shù)據(jù)，對(duì)施工道路所涉及的管線種類、埋深進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，施工順利進(jìn)行。施工完成后，對(duì)新增、翻修的管線數(shù)據(jù)做統(tǒng)一的更新報(bào)備，與信息化系統(tǒng)保持統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性（圖3）。

圖3 通州區(qū)某交叉路口管線分布情況

2022年3月，通州區(qū)西小馬莊園西南門附近因施工單位發(fā)現(xiàn)不明管線，為避免二次事故發(fā)生，需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)支持。利用信息化系統(tǒng)、AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)施工區(qū)域地下管線進(jìn)行分析確認(rèn)，明確了不明管線，并現(xiàn)場(chǎng)與施工單位、權(quán)屬單位核實(shí)。

二、通州地下管線綜合管理平臺(tái)的亮點(diǎn)及不足

（一）亮點(diǎn)

一是實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化加工處理。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集中匯聚，系統(tǒng)對(duì)匯聚的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，基于分布式服務(wù)框架，提供數(shù)據(jù)接入轉(zhuǎn)換、融合處理等實(shí)時(shí)大數(shù)據(jù)處理等功能，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化加工處理。

二是建立數(shù)據(jù)全生命周期管理長效機(jī)制。依托城市安全基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、應(yīng)急資源數(shù)據(jù)等，為整個(gè)系統(tǒng)提供系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化以及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，滿足不同數(shù)據(jù)資源池?cái)?shù)據(jù)入庫需要，建立貫穿接入、存儲(chǔ)、使用、遷移等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)全生命周期管理長效機(jī)制。

三是實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)化和可視化。結(jié)合通州區(qū)數(shù)字孿生城市建設(shè)，實(shí)現(xiàn)城市全要素的數(shù)字化和虛擬化，達(dá)到城市狀態(tài)的實(shí)時(shí)化和可視化。將現(xiàn)有地下管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、城市運(yùn)行數(shù)據(jù)、城市安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、城市建設(shè)數(shù)據(jù)等相互對(duì)應(yīng)、相互映射、協(xié)同交互，形成物理世界和虛擬世界共生、虛實(shí)交融的城市發(fā)展格局。

（二）不足

一是由于城市副中心建設(shè)發(fā)展快，對(duì)地下管線施工管理還需進(jìn)一步加強(qiáng)，應(yīng)通過全生命周期監(jiān)管方式及時(shí)掌握管線的變化情況，確保信息完整和長效性。

二是由于老舊小區(qū)比較多，隱患較多、底數(shù)摸排困難，目前只覆蓋到城市道路的公共區(qū)域，對(duì)小區(qū)內(nèi)部管線的管理還缺乏有效手段。

三是管線物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)范圍只覆蓋到主城區(qū)范圍，為了進(jìn)一步提升城市安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)能力，還需加大監(jiān)測(cè)力度。

通州區(qū)某供電線路故障排除現(xiàn)場(chǎng)。作者提供

三、深化地下管線智慧化管理的經(jīng)驗(yàn)啟示

（一）建設(shè)快速響應(yīng)機(jī)制

結(jié)合地下管線三維平臺(tái)建設(shè)，將地下管線從傳統(tǒng)的二維地圖變?yōu)槿S地圖，推動(dòng)數(shù)據(jù)應(yīng)用，建立數(shù)據(jù)服務(wù)審核流程，為各企業(yè)在道路管網(wǎng)改造過程中提供更加精準(zhǔn)的地下管線數(shù)據(jù)服務(wù)和技術(shù)支持，有效降低地下管線施工安全隱患和風(fēng)險(xiǎn)。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，通過地下管線信息化系統(tǒng)，提供道路挖掘分析、管線老化預(yù)警分析、管線碰撞分析、歷史數(shù)據(jù)對(duì)比分析等功能，為多個(gè)重大工程提供了應(yīng)用支持，包括海綿城市的規(guī)劃設(shè)計(jì)、雪亮工程施工、各主干道路景觀改造、副中心老城雙修等，有力保障了“城市生命線”的安全運(yùn)行。

建立地下管線數(shù)據(jù)服務(wù)工作快速響應(yīng)機(jī)制，設(shè)立專職人員負(fù)責(zé)地下管線數(shù)據(jù)應(yīng)用和應(yīng)急響應(yīng)。當(dāng)企業(yè)施工或出現(xiàn)管線突發(fā)事故時(shí)，技術(shù)人員立即響應(yīng)，第一時(shí)間到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)配合權(quán)屬單位排查管線現(xiàn)場(chǎng)分布情況，結(jié)合三維應(yīng)用系統(tǒng)，制定應(yīng)急響應(yīng)路線，精準(zhǔn)定位管線信息，分析管線周邊情況，為應(yīng)急搶險(xiǎn)工作提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，避免管線發(fā)生二次事故。

將AR技術(shù)應(yīng)用到地下管線行業(yè)管理中，通過該技術(shù)把真實(shí)環(huán)境和地下管線三維數(shù)據(jù)結(jié)合起來，形成一種“透視眼”效果，解決了以往地下管線隱藏在地下難以查看和掌握的問題，把應(yīng)用場(chǎng)景從室內(nèi)搬到了室外，為現(xiàn)場(chǎng)施工、應(yīng)急搶險(xiǎn)等工作提供更加真實(shí)準(zhǔn)確的地下空間信息。

（二）建立地下管線行業(yè)管理常態(tài)化和長效機(jī)制

開創(chuàng)地下管線數(shù)據(jù)管理與業(yè)務(wù)服務(wù)新模式，將地下管線數(shù)據(jù)管理與地下管線數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新相結(jié)合，將管線調(diào)閱、施工信息分發(fā)、管線應(yīng)急處置、管線數(shù)據(jù)更新等各類信息規(guī)范化和有機(jī)結(jié)合，對(duì)管線業(yè)務(wù)信息與管線應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，建立地下管線行業(yè)管理常態(tài)化和長效機(jī)制。

（三）建立實(shí)時(shí)監(jiān)控、綜合指揮機(jī)制

目前，已初步完成對(duì)通州區(qū)老城區(qū)轄區(qū)內(nèi)燃?xì)?、供排水、熱力、綜合管廊等城市生命線工程和城市洪澇等安全監(jiān)測(cè)感知網(wǎng)絡(luò)覆蓋、監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，建成城市安全風(fēng)險(xiǎn)綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了“城市生命線”安全的日常值守、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)告報(bào)送、預(yù)測(cè)預(yù)警、輔助決策、風(fēng)險(xiǎn)分析等重要功能。

在實(shí)際業(yè)務(wù)工作中，建立了管線施工安全防護(hù)溝通機(jī)制，整合從施工企業(yè)、權(quán)屬單位到行業(yè)監(jiān)管部門之間的資源，協(xié)調(diào)施工、建設(shè)、監(jiān)管、運(yùn)行各部門在管線施工過程中對(duì)地下管線安全運(yùn)行的保護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管線施工工程的全過程管理，從而避免因未掌握地下管線情況而盲目施工導(dǎo)致的各種安全事故。

結(jié)合安全防護(hù)機(jī)制，整合各種管線施工工程信息，加強(qiáng)與各管線權(quán)屬單位的定期溝通，主動(dòng)收集地下管線施工信息，建立地下管線常態(tài)化更新機(jī)制，確保地下管線數(shù)據(jù)的及時(shí)更新和長期有效。

（責(zé)任編輯：趙立杰）