基于市政管線與庭院管線的智能化管理

曾 致，劉 恒

（1.西安市勘察測繪院，陜西 西安 710054；2.中煤航測遙感集團有限公司，陜西 西安 710054）

0 引言

城市地下管線作為市政基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，承擔(dān)著城市物質(zhì)、能量和信息傳輸?shù)臉屑~作用[1-4]。而隨著科學(xué)理論和工藝技術(shù)的發(fā)展，人們對城市交通、建筑及其附屬物不斷進行完善，地下管線敷設(shè)種類、長度以及密度也在不斷增加。同時，由于地下管線的隱蔽性及管理水平滯后，城市建設(shè)過程中地下管線破壞會導(dǎo)致給水、電力、燃氣、軍用光纜等系統(tǒng)的癱瘓，嚴重影響城市運營以及國防安全。

近年來，隨著中國市政管網(wǎng)普查工作的發(fā)展，庭院管線成為智慧城市建設(shè)的一個焦點和重點[5]。庭院管線是連接城市主干市政管道與個別用戶住宅、商業(yè)建筑或工業(yè)設(shè)施的管道網(wǎng)絡(luò)，主要負責(zé)將水、天然氣、電力、通訊信號、排水等基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)從主要市政網(wǎng)絡(luò)細化并輸送至最終用戶[6-8]。庭院管線作為市政基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，承擔(dān)著城市提供的公共服務(wù)直接引入到用戶日常生活和工作空間中的關(guān)鍵角色。但由于庭院管線的復(fù)雜性和特殊性，以及與庭院管線的布局和狀態(tài)可能因年代久遠而缺乏準確記錄，這增加了對現(xiàn)有管線進行智能化升級的難度。目前，隨著數(shù)字信息、智慧城市、新型基礎(chǔ)測繪和實景三維的發(fā)展，地下管線智能化管理正在經(jīng)歷一場歷史性的改革。這些先進技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了地下管線的管理效率，還極大地增強了城市管理的智能化水平，這也為庭院管線創(chuàng)造了機遇。以往的學(xué)者僅僅從市政管線的角度進行研究和探討，而對庭院管線這一領(lǐng)域的關(guān)注相對較少。因此，文章結(jié)合智慧城市的建設(shè)理念與現(xiàn)代信息技術(shù)，深入探討了市政管線與庭院管線的聯(lián)系及其智能化管理的重要性。

1 市政管線與庭院管線構(gòu)成

1.1 市政管線

1.1.1 市政管線定義

市政管線是指布設(shè)在城市公共區(qū)域內(nèi)，負責(zé)輸送水、電、燃氣、熱力、通信等資源的管道和線路。這些管線屬于城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，是連接城市各個區(qū)域的主要線路，負責(zé)從資源生成或接收點向廣大用戶或分支管線輸送資源。市政管線通常由城市管理部門或相應(yīng)的公用事業(yè)機構(gòu)負責(zé)規(guī)劃、建設(shè)和維護，并且服務(wù)于整個城市的居民和商業(yè)單位。

1.1.2 市政管線分布特點

（1）種類豐富。市政管線涵蓋了從供水、排水管道，到電力、燃氣以及通訊等多個不同的基礎(chǔ)設(shè)施類型。

（2）分布密度高。在城市的道路沿線，市政管線密集布設(shè)，充分利用了人行道和非機動車道的有限空間，這種高密度的特點在人口密集區(qū)更加顯著。

（3）系統(tǒng)性強。盡管市政管線種類繁多，但都是按照既定的系統(tǒng)性進行規(guī)劃和布置的。這種系統(tǒng)性確保了管線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和效率。

2.4.2 亞組分析 根據(jù)研究人群所在不同地區(qū)進行亞組分析，有 11 項研究［4‐5，9‐10，13‐14，17‐19，21］人群所在地區(qū)為亞洲 ，5 項研究［11‐12，15‐16，20］人群所在地區(qū)為非亞洲。亞組分析結(jié)果顯示，在亞洲地區(qū)，糖尿病腫瘤患者發(fā)生CIPN的風(fēng)險高于非糖尿病腫瘤患者，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（OR=1.65，95%CI=1.28～2.12，P=0.000）；在非亞洲地區(qū)，糖尿病腫瘤患者發(fā)生CIPN的風(fēng)險高于非糖尿病腫瘤患者，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（OR=1.65，95%CI=1.08～2.53，P=0.020），見圖2。

（4）空間復(fù)雜性。特別是在市中心的廣場和交叉路口，管線的布設(shè)尤為復(fù)雜。由于地下管線規(guī)劃和管理的挑戰(zhàn)，不同的管線可能會相互交纏，形成一個復(fù)雜的三維網(wǎng)絡(luò)。

（5）主線導(dǎo)向。城市公共區(qū)域地下的市政管線盡管錯綜復(fù)雜，但它們通常圍繞若干主線展開，這些主線是整個管線網(wǎng)絡(luò)的支柱，通常長度較長，是連接城市的關(guān)鍵通道。

1.2 庭院管線

1.2.1 庭院管線定義

庭院管線指私人房地產(chǎn)（如住宅、工廠、辦公樓等）內(nèi)部的管線系統(tǒng)。主要包括內(nèi)部的供水、排水、供電、燃氣、通信等管道和線路，是從城市的主管線接入的分支，服務(wù)于特定建筑物或建筑群內(nèi)部的需求。庭院管線的規(guī)劃、建設(shè)和維護一般由物業(yè)管理者或房地產(chǎn)所有者負責(zé)。

1.2.2 庭院管線分布特征

（1）管線種類多樣性。隨著城市發(fā)展，地下管網(wǎng)功能不斷完善，其種類也隨著增加，主要包括供水（給水、中水）、排水（雨水、污水、雨污合流）、燃氣、供電（電力、路燈）、熱力、通信（電信、移動、聯(lián)通、網(wǎng)通、廣電、軍用）等。

（2）管線分布復(fù)雜性。庭院管線在建設(shè)、施工以及后續(xù)管網(wǎng)功能補充的過程中，受到各種因素影響，小區(qū)管線建設(shè)位置、深度、空間交叉具有很大的靈活性和不確定性。其管道分布具體表現(xiàn)有空間分布密集、走向平行并列、上下重疊和縱橫交錯、組合復(fù)雜等。

（3）管道管徑及材質(zhì)的多樣性。庭院管線應(yīng)其特殊的應(yīng)用環(huán)境、實際用途、流量需求、環(huán)境條件、美觀性和環(huán)保性能等要求，其管徑和管材的選擇也具有多樣性。例如：供水管道管材有鑄鐵管、球墨鑄鐵管、聚乙烯管等，管徑包括30～400 mm等，排水管道管材分為砼管、聚氯乙烯管、聚乙烯管、鐵管等，管徑包括100～800 mm等。

（4）管線權(quán)屬單位的多元化。在庭院管線區(qū)域，地下的各類管道歸屬關(guān)系通常呈現(xiàn)出錯綜復(fù)雜的格局。部分社區(qū)內(nèi)的管路系統(tǒng)可能分別歸屬于社區(qū)物業(yè)管理或者綜合后勤機構(gòu)的管轄之下，而小區(qū)內(nèi)的管道和城市的基礎(chǔ)設(shè)施管網(wǎng)直接連接，從而受到城市市政管理部門的直接監(jiān)管。同時，每個部門管線敷設(shè)工藝和管理方法不同，以及缺乏良好的協(xié)調(diào)溝通和統(tǒng)一管理機制，導(dǎo)致協(xié)調(diào)難度增加、責(zé)任劃分不清、信息共享不足，以及維護成本增加等，使得管道敷設(shè)隨意性和管理混亂。小區(qū)管線的多頭管理帶來特定風(fēng)險，這些風(fēng)險可能會威脅到管線的安全性和整體的服務(wù)質(zhì)量。

（5）探測環(huán)境復(fù)雜。小區(qū)管線探測面臨著一系列復(fù)雜因素，這不僅提高了探測的難度，也增加了作業(yè)的風(fēng)險。例如，多樣化的探測障礙，管線井長時間被占據(jù)，嚴重影響探測作業(yè)；管線信息不完善，由于歷史記錄的缺失或不完整，部分管線的具體位置和狀態(tài)可能并不明確；井的淤積和填埋情況會對探測造成干擾等。

1.3 市政管線與庭院管線的關(guān)系

市政管線作為主要的輸送通道，將水、電、燃氣等資源輸送到各個區(qū)域，這些資源到達特定的住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)或工業(yè)區(qū)時，通過庭院管線進一步分配到各個獨立的單位或家庭內(nèi)部。在實際應(yīng)用中，市政管線負責(zé)宏觀層面的分配，而庭院管線負責(zé)微觀層面的具體使用。兩者相輔相成，共同構(gòu)成了城市運作的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。此外，市政管線和庭院管線的維護和修理也需要各自負責(zé)的部門密切配合，以確保整個供應(yīng)系統(tǒng)的效率和安全。

2 市政管線與庭院管線智能化管理基礎(chǔ)

隨著城市化進程的加快，市政管線與庭院管線智能化管理已成為提高城市運營效率、保障公共安全和改善居民生活質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。智能化管理體系的建立，旨在通過先進的信息技術(shù)和自動化技術(shù)，實現(xiàn)對管線全生命周期的實時監(jiān)控、分析、調(diào)度和優(yōu)化，以達到精細化管理的目的。

2.1 開展庭院管網(wǎng)普查

在城市管理中，地下管線普查是確?；A(chǔ)設(shè)施完整性與安全的關(guān)鍵步驟[9-11]。雖然市政管線的普查工作已圓滿完成，但庭院管線普查工作進度滯后，未對其進行系統(tǒng)地檢查和評估。庭院管線主要目標是確定管線的準確位置、規(guī)格、類型和狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)普查，可以發(fā)現(xiàn)潛在的問題，提前采取維修或更換措施，防止更大的事故發(fā)生。此外，普查也有助于更新和優(yōu)化城市基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)庫，對發(fā)現(xiàn)問題的管線采取臨時修復(fù)措施，并制定一個長期的維護和更新計劃，為未來的城市規(guī)劃和發(fā)展提供準確的參考信息。

2.2 推動數(shù)據(jù)實時更新

目前，大部分城市通過建立市政地下管網(wǎng)信息平臺，實現(xiàn)了管網(wǎng)數(shù)據(jù)的實時動態(tài)更新，這對于提升城市基礎(chǔ)設(shè)施的效率和安全性起到了關(guān)鍵作用[12-13]。然而，庭院地下管網(wǎng)還未能建立自己的信息化平臺，同時也沒有接入市政的管網(wǎng)信息平臺。這種分離的狀態(tài)會導(dǎo)致信息孤島的產(chǎn)生，從而影響緊急響應(yīng)的協(xié)調(diào)性和效率[14]。

政府部門和行業(yè)管理部門應(yīng)在管線普查的基礎(chǔ)上，借鑒市政管網(wǎng)平臺的技術(shù)和經(jīng)驗，建立屬于庭院的專業(yè)管線應(yīng)用信息系統(tǒng)。庭院管網(wǎng)信息平臺存儲有關(guān)管網(wǎng)的所有信息，包括管道材質(zhì)、直徑、深度、位置、連接類型、安裝日期，以及維護記錄等。行業(yè)管理部門和各管線單位應(yīng)負責(zé)建設(shè)專業(yè)范圍內(nèi)的管線信息系統(tǒng)，并負責(zé)本專業(yè)管線的數(shù)據(jù)管理和更新，同時建立合作機制，共享數(shù)據(jù)資源，以便在需要時能夠迅速調(diào)動所需信息，實現(xiàn)跨部門、跨行業(yè)的協(xié)同工作。同時，平臺應(yīng)具備高級數(shù)據(jù)分析功能，可以通過數(shù)據(jù)挖掘識別潛在的管網(wǎng)問題，如預(yù)測管道老化和可能的破損點等。

2.3 強化管理，規(guī)范審批

利用管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)和信息平臺，將地下管線生命周期納入管理。地下管線涉及諸多管理部門和權(quán)屬單位，應(yīng)建立一個集政策制定、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、信息集成、規(guī)劃審批、監(jiān)督管理、應(yīng)急響應(yīng)為一體的機構(gòu)，嚴格執(zhí)行規(guī)劃許可、施工許可、挖掘許可、占道審批，以及竣工驗收等規(guī)定。同時，為確保綜合管理機構(gòu)有效運作，國家或地方政府需要確定其法律地位和職能權(quán)限，通過立法和行政手段，規(guī)定所有相關(guān)部門和權(quán)屬單位必須配合該機構(gòu)的工作，并配備足夠的資金和專業(yè)人才。此外，建立宣傳和違規(guī)施工獎懲舉報制度，鼓勵公眾、企業(yè)和相關(guān)人員積極參與到地下管線管理中來，通過對違規(guī)行為的監(jiān)督和舉報，共同推動施工活動的規(guī)范化。

3 市政管線與庭院管線的協(xié)同

為確?，F(xiàn)代城市的基礎(chǔ)設(shè)施能夠高效、安全、可持續(xù)地服務(wù)于社會，市政管線與庭院管線的協(xié)同運作至關(guān)重要。協(xié)同不僅僅意味著兩者之間物理連接的有效性，更關(guān)乎規(guī)劃設(shè)計、施工管理、運營維護及應(yīng)急響應(yīng)等多個層面的無縫對接與整合協(xié)作。

3.1 規(guī)劃設(shè)計的協(xié)同

在規(guī)劃和設(shè)計階段，市政管線與庭院管線的協(xié)同首先體現(xiàn)在宏觀規(guī)劃上。市政管線的規(guī)劃需要考慮整個城市的發(fā)展藍圖，而庭院管線則需與市政管線的布局相匹配。城市規(guī)劃者需與建筑師、管線工程師緊密合作，確保庭院管線的設(shè)計能夠順利接入市政管線，并在未來的城市發(fā)展中，兩者都能實現(xiàn)最大程度的功能拓展與技術(shù)升級。

3.2 施工管理的協(xié)同

施工階段是市政和庭院管線協(xié)同的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一旦市政管線施工完成，庭院管線的施工應(yīng)立即跟進，減少對居民正常生活的影響。為確保施工質(zhì)量，施工單位之間共享信息、協(xié)作解決問題。

3.3 運營維護的協(xié)同

市政管線和庭院管線一旦投入使用，運營維護的協(xié)同便至關(guān)重要。市政部門需要建立全面的管線信息管理系統(tǒng)，與各個庭院管線的管理機構(gòu)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，確保在發(fā)生管線故障時，可以迅速定位并協(xié)調(diào)相關(guān)單位進行修復(fù)。此外，定期的管線檢測和維護工作，需要市政與庭院同步進行，共同提升管線系統(tǒng)的可靠性和安全性。

3.4 應(yīng)急響應(yīng)的協(xié)同

在突發(fā)事件如自然災(zāi)害、管線破裂等緊急情況下，市政管線與庭院管線的協(xié)同應(yīng)急響應(yīng)機制顯得尤為重要。必須建立一個高效的信息通報系統(tǒng)，確保信息的快速流通和處理指令的明確下達，以最快速度響應(yīng)緊急事件，盡可能減少損失。

4 市政管線與庭院管線智能化建設(shè)內(nèi)容

市政管線與庭院管線的智能化建設(shè)正成為現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的關(guān)鍵，目標是通過引入高科技設(shè)備和系統(tǒng)，為城市地下管網(wǎng)多維度全生命周期管理提供從數(shù)據(jù)、服務(wù)到功能的全方位機制，全面賦能智慧城市規(guī)劃、城市建設(shè)、城市管理、城市運營、城市服務(wù)等一系列智慧城市應(yīng)用[15-17]。

4.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署

管線系統(tǒng)的智能化升級始于在整個網(wǎng)絡(luò)中部署一個全面的傳感器網(wǎng)絡(luò)。這一步是智能化基礎(chǔ)設(shè)施的核心，直接關(guān)系到系統(tǒng)能否準確、實時地捕捉到關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)。要實現(xiàn)全面監(jiān)控，必須布置各種類型的傳感器，如流量計、壓力傳感器和溫度傳感器等。同時，傳感器需要與先進的通信技術(shù)建立網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)性，通過網(wǎng)絡(luò)將所有傳感器收集到的數(shù)據(jù)集中起來進行分析，可以獲得系統(tǒng)運行的全貌，識別出效率低下的區(qū)域，預(yù)測維護需求，并優(yōu)化資源分配。為確保傳感器網(wǎng)絡(luò)的準確性和可靠性，還需要定期校準和維護，以防止數(shù)據(jù)偏差的累積對系統(tǒng)決策造成的不利影響。

4.2 數(shù)據(jù)分析與管理

通過復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理算法，分析平臺數(shù)據(jù)提取關(guān)鍵信息。這些信息不僅局限于當前的狀態(tài)，還包括了對未來可能發(fā)展趨勢的預(yù)測。通過機器學(xué)習(xí)算法，可以識別特定區(qū)域連續(xù)數(shù)日的流量增加，系統(tǒng)預(yù)測即將出現(xiàn)的管道擁堵或泄露；可以對異常狀態(tài)的管道提出警告；可以預(yù)測故障發(fā)生的具體時間和地點。通過歷史數(shù)據(jù)的深入分析，可識別出哪些指標的變化最終會導(dǎo)致系統(tǒng)故障。此外，數(shù)據(jù)平臺還需要具備學(xué)習(xí)和適應(yīng)的能力不斷完善其預(yù)測模型，以適應(yīng)新的數(shù)據(jù)模式和城市基礎(chǔ)設(shè)施的不斷變化。

4.3 自動化控制

智慧城市的構(gòu)建依賴于其基礎(chǔ)設(shè)施的自動化控制能力，尤其是在復(fù)雜且動態(tài)的管線系統(tǒng)中。實時數(shù)據(jù)監(jiān)控結(jié)合智能分析技術(shù)使得系統(tǒng)能夠自我調(diào)節(jié)，確保運行的穩(wěn)定性和高效性。具體來說，智能化的管線控制系統(tǒng)能夠不斷地接收和解析來自各種傳感器的數(shù)據(jù)流，這些數(shù)據(jù)流包含了如水壓、流量和水質(zhì)等關(guān)鍵指標的實時信息。當這些指標偏離既定的標準范圍時，系統(tǒng)即會采取相應(yīng)的自動化措施進行糾正。此外，自動化控制系統(tǒng)還可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和操作，工程師可以通過移動設(shè)備或中心控制室，實時了解管線狀態(tài)并進行調(diào)整。這種操作的靈活性大大提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少了物理干預(yù)的需求，使得管線管理更加高效和安全。

4.4 新技術(shù)的集成

采用地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）技術(shù)，結(jié)合前沿的新型基礎(chǔ)測繪技術(shù)和三維實景模擬，市政管線與庭院管線智能化管理邁入新的運維維度[18-20]。GIS 技術(shù)的核心作用在于提供精確的地理位置信息，它將每一段管線、每個接口和每個閥門的位置都清晰地映射出來。新型基礎(chǔ)測繪技術(shù)，如激光掃描（LIDAR）和衛(wèi)星遙感，為建立GIS系統(tǒng)提供了高精度的空間數(shù)據(jù)。實景三維模型則進一步增強了可視化，模擬真實世界中的建筑物、地形和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的布局，為運維人員提供直觀的環(huán)境感知。GIS 技術(shù)、新型基礎(chǔ)測繪和實景三維模型的集成，賦予了地下管線前所未有的空間智能和操作精確性，這對于提高城市管線的可靠性、優(yōu)化資源分配和提升居民的生活品質(zhì)具有至關(guān)重要的影響。

4.5 移動設(shè)備與云平臺

移動設(shè)備與云平臺的應(yīng)用使得管理人員可以隨時隨地監(jiān)控管線狀態(tài)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程訪問和實時更新。借助移動應(yīng)用，工作人員可以直接在現(xiàn)場接收指令、報告問題并更新維修狀態(tài)。

5 結(jié)論

文章通過分析市政管線與庭院管線的構(gòu)成，深入探討了不同區(qū)域地下管線智能化管理的基礎(chǔ)框架，管線之間的協(xié)同效應(yīng)，以及智能化建設(shè)內(nèi)容。市政管線與庭院管線智能化管理不僅是技術(shù)上的突破，更是對城市管理理念和居民生活方式的一次革新。未來，隨著智慧城市的不斷成熟和城市居民對高質(zhì)量生活需求的增加，智能化管線的建設(shè)和管理將更加精細化、個性化、互動化，成為推動數(shù)字城市向智慧城市轉(zhuǎn)型的重要力量。