運用地理信息系統（GIS）管理鋼鐵企業廠區管線的研究

王海濤 謝 迪

運用地理信息系統（GIS）管理鋼鐵企業廠區管線的研究

王海濤 謝 迪

利用地理信息系統（GIS）管理鋼鐵企業廠區管線，解決以往傳統的手工管理方式制約鋼鐵企業高速發展的問題。

地理信息系統 GIS 廠區管線 企業管理

1.鋼鐵企業傳統管理方式對企業高速發展的制約

2000-2009年這短短的10年里，我國經濟建設迅猛發展，石油、化工、建筑、交通、汽車、造船等各行業都以空前的速度成長，對鋼材的需求量也日益增多，鋼鐵企業規模日益擴大，從2000年的1.28億噸猛增到2009年的5.68億噸左右。

為滿足各行各業對鋼材的需求，各鋼鐵企業的改、擴建項目也隨之增加。與2000年以前的鋼鐵建設項目“啟動慢、工期長、投產緩”所不同的是，如今的鋼鐵建設項目的特點是：“項目啟動迅速、建設工期短、工程投產快”，緊跟市場經濟的變化，受其影響，受其制約，不再是以往計劃經濟管理體系下的生產模式。

廠區管線管理工作是鋼鐵企業日常生產運行、工程施工管理及指導、企業未來規模發展規劃的重要手段之一，但廠區管線管理模式多年來一直沿用傳統的手工管理模式，很難滿足當前鋼鐵企業高速發展的需要，此種矛盾在東北、上海、武漢等老牌鋼鐵基地的改、擴建項目中更為突出。

（1）工作效率低

鋼鐵企業的廠區管線管理工作仍采用上世紀80年代的管理模式，即傳統的手工方式管理廠區管線資料，采用人工歸檔、查詢、轉繪圖檔等手工方式進行日常管理及查詢工作，造成查詢信息、轉繪圖檔等工作效率低，不能迅速即時地為工程設計及施工提供準確有效的信息及技術支持，已跟不上鋼鐵企業高速發展的需求。

（2）信息準確率低

鋼鐵企業各專業的管線種類繁多，鐵、鋼、軋等各生產單位各區域面積管線較為集中、繁瑣、復雜，且鋼鐵廠各生產單位在日常生產過程中，各種搶修、補修、改造、新建等小型的工程項目較多，現場管線信息變動較快。但由于傳統的手工管理模式工作效率低，造成廠區管線資料管理維護手段落后，導致廠區管線資料的更新不能作到迅速及時，信息遺漏、老化、重復等問題較為嚴重，給今后的改、擴建工程提供的信息準確率低，嚴重影響了工程設計的準確性與工程的施工進度。

因此，實現廠區管線管理的“動態性、即時性、高效性、準確性”，適應鋼鐵企業“大型化、規模化、智能化”的發展需求，是鋼鐵企業生產管理和建設發展迫切需要解決的重要問題。

2.地理信息系統（GIS）

2.1 地理信息系統的概念及構成

地理信息系統（Geographical Information System，GIS）是一種決策支持系統，其存儲和處理的信息是經過地理編碼的，地理位置及與該位置有關的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。在地理信息系統中，現實世界被表達成一系列的地理要素和地理現象，這些地理特征至少由空間位置參考信息和非位置信息兩個組成部分。

2.2 地理信息系統的構成

一個完整的地理信息系統(GIS)主要由四個部分構成，即計算機硬件系統、計算機軟件系統、地理數據（或空間數據）和系統管理操作人員。其核心部分是計算機系統（軟件和硬件），空間數據反映地理信息系統的地理內容，而管理人員和用戶則決定系統的工作方式和信息表示方式。

（1）計算機硬件系統（見圖1）

計算機硬件系統是計算機系統中的實際物理裝置的總稱，可以是電子的、電的、磁的、機械的、光的元件或裝置，是地理信息系統的物理外殼。

（2）計算機軟件系統

計算機軟件系統是指必需的各種程序。對于地理信息系統應用而言，通常包括：計算機系統軟件、地理信息系統軟件和其他支持軟件、應用分析程序，見圖2。

（3）系統管理操作人員

人是地理信息系統中的重要構成因素，地理信息系統不同于一幅地圖，而是一個動態的地理模型。僅有系統軟硬件和數據還不能構成完整的地理信息系統，需要人進行系統組織、管理、維護和數據更新、系統擴充完善、應用程序開發，并靈活采用地理分析模型提取多種信息，為研究和決策服務。

（4）地理數據（或空間數據）

地理數據（或空間數據）是指以地球表面空間位置為參照的自然、社會和人文經濟景觀數據，可以是圖形、圖像、文字、表格和數字等。它是由系統的建立者通過數字化儀、掃描儀、鍵盤、磁帶機或其他系統通訊輸入地理信息系統，是系統程序作用的對象，是地理信息系統所表達的現實世界經過模型抽象的實質性內容。

在地理信息系統中，地理數據（或空間數據）主要包括：

1）某個已知坐標系中的位置：即幾何坐標，標識地理景觀在自然界或包含某個區域的地圖中的空間位置；

2）實體間的空間關系：通常包括：度量關系，如兩個地物之間的距離遠近；延伸關系（或方位關系），定義了兩個地物之間的方位；拓撲關系，定義了地物之間連通、鄰接等關系，是GIS分析中最基本的關系；

3）與幾何位置無關的屬性：即通常所說的非幾何屬性或簡稱屬性，是與地理實體相聯系的地理變量或地理意義；屬性分為定性和定量的兩種，前者包括名稱、類型、特性等，后者包括數量和等級；屬性的分類系統、量算指標對系統的功能有較大的影響。

2.3 地理信息系統的發展及應用

地理信息系統自產生以來，發展盡40年歷程。目前，地理信息系統正處于急劇變化與發展之中，總體上主要呈現網絡化、開放性、虛擬現實、集成化、空間多維性、組件化等的發展趨勢。其中，以組件技術為基礎的新一代地理信息系統在國土資源開發利用、環境檢測和評估、經濟建設規劃和管理、人口統計和調查、防災和抗災及各級政府決策等方面愈來愈扮演著重要的角色。

地理信息系統技術廣泛應用于農業、電力、公安、社區管理、教育、能源、城市綜合管網等幾乎所有行業，并正在走入人們日常的工作、學習和生活。

3.地理信息系統在鋼鐵企業中的應用

3.1 借鑒于地理信息系統在市政管網應用中的經驗

美國、德國、法國等發達國家的城市地理信息系統的應用有近30年的歷史，已形成相對完善的理論體系，積累了豐富的實施經驗，其中最重要的就是將管線數據由分散管理走向綜合集成管理：

（1）市政單位內部將管線數據、基礎設施數據及其他有關市政數據等整合構成全面的綜合數據庫；

（2）市政行業內部通過綜合數據庫進行“城市規劃、輔助設計和引導施工”等工作；

（3）政府部門利用綜合數據庫，進行城市的中、長期規劃及日常管理工作。

我國城市地理信息系統的應用已有10多年的歷史，部分沿海城市已逐步擺脫了以往傳統的人工管理管線模式，開始運用先進的數據庫管理模式，進行管線空間信息和屬性信息的管理，并很成功地解決了以下以往城市建設中常見的、困擾市政工作者的問題。

（1）由于地下管線現狀資料的缺漏和偏差造成施工時損壞地下管線，導致停水、停電、通訊中斷等現象，甚至引起災害事故發生；

（2）由于事先缺乏地下管線現狀資料，新的管線設計方案不合理、不科學，工程施工無法按設計進行，不得不反復修改設計方案，延誤工期；

（3）城市管線資料來源不明確，精度不可靠，且在傳統的管線資料管理模式下，圖文表格不統一，分類統計、檢索速度慢，無法為設計及施工及時快捷地提供可靠的信息。

3.2 地理信息系統在鋼鐵企業的功能需求

由于鋼鐵企業中廠區管線是鋼鐵企業的命脈，占據著極其重要的地位，因此地理信息系統在鋼鐵企業中的實施，可以以廠區管線為中心，建立專屬鋼鐵企業的廠區管線的地理信息系統－以地理信息系統（GIS）技術為核心、與計算機輔助設計技術（CAD）和辦公自動化（OA）相集成，以廠區管線為主要工作內容，具備支持空間決策和專家系統綜合分析能力的地理信息管理系統。它通過對廠區綜合管網數據進行統一建庫，集中管理，高效存儲，既能支持管理者的宏觀決策輔助，又滿足廣大建設單位對綜合管線成果的需求，能廣泛服務于鋼鐵企業的各個部門。

在功能上，地理信息系統除了能提供最基礎的信息查詢、統計、分析、繪圖等常見功能外，還支持綜合管線的數據管理、地圖管理及數據交換等延伸功能，該系統所能實現的具體功能需求如下：

（1）借助于地理信息系統強大的空間數據庫功能，可以將基礎地理信息、管線、管件空間信息及其復雜的屬性信息一體化，分類、分層、分塊地進行存儲管理；

（2）借助于地理信息系統強大的圖形功能和數據庫管理功能，為管線數據的更新提供便捷的工作機制，實現管線數據的動態更新、及時更新；

（3）借助于地理信息系統強大的空間分析能力、網絡分析功能和其他各種模型分析功能，實現綜合管線的橫斷面分析、縱斷面分析、水平凈距分析和垂直凈距分析，從而協助廠區管線的規劃和輔助設計，并能指導管線工程的順利施工和預防性維護；

（4）通過地理信息系統實現對管線的快速查找定位，并能統計出各類管線的屬性信息（如埋深、地面高層、材質和權屬等），實現屬性信息和空間信息的雙向查詢和定位功能；

（5）借助于地理信息系統的網絡運行功能和三維顯示功能，使鋼鐵企業的各個管理部門和管線權屬機構，能充分實現管線信息的共享并進行各自的管理 功能，如能遠距離瀏覽查詢、形象直觀地觀測綜合管線的分布和相應的空間關系等。

3.3 地理信息系統的應用給鋼鐵企業帶來的效益

地理信息系統在鋼鐵企業的應用，是對以往鋼鐵企業傳統管理模式的一次徹底顛覆，也是對鋼鐵企業管理的一次創舉，以往困擾鋼鐵企業的傳統管理模式與現代化飛速建設的矛盾，在運用地理信息系統后，能得到一次徹底的解決。

（1）優化檔案管理

1）快速、便捷的查詢

鋼鐵企業的檔案管理仍采用傳統的人工歸檔、查詢、轉繪圖檔等手工方式進行日常管理及查詢，此種方式，不能迅速即時地為工程設計及施工提供有效信息及技術支持，跟不上鋼鐵企業的發展速度。

采用地理信息系統，利用其強大的數據庫功能，可將廠區管線信息、建構筑物信息、鐵路道路等其它信息進行統一的電子歸檔存儲，建立全廠管線信息圖，再利用地理信息系統的屬性信息查詢功能，可直接查出所需要的資料，包括管線的材質、管徑、管深、用戶點、供應點、設計圖紙等相關信息，再利用其輸出功能，打印繪圖或直接調檔拷貝存盤，能及時快捷地向查詢者提供詳細、準確的信息，以供設計或決策使用。

查詢者只需在全廠管線圖中輕點鼠標，就可找到所需的資料，完全擺脫了以往繁瑣的手功查圖，大大提高的工作效率。

2）及時、快速的更新

以往的檔案歸檔入資料庫，因手工歸檔繁瑣，完全依賴人工，工作效率不高，存在著檔案歸檔不及時，或者是歸檔資料不準確，使檔案室中庫存資料與現狀實際情況不符，無法為今后的工程設計及施工提供準確的、有效的資料。

而利用地理信息系統強大的圖形繪制功能、數據錄入功能和數據庫管理功能，可使檔案管理者或設計者可通過系統的網絡運行功能，即時快捷地更新數據，實現管線數據的動態更新、及時更新。

（2）輔助管理者的決策

傳統的手工管理模式比較落后，特別是手工查詢信息、轉繪圖檔等工作效率低，不能迅速即時地為工程設計及施工提供準確有效的信息及技術支持，嚴重影響了工程設計的準確性與工程的施工進度。而利用地理信息系統，可建立完善的管線報建和管理機制，其輔助設計、網絡運行功能和空間分析能力，能夠為管理者對管線方案的決策提供依據，為設計者的設計方案提供準確、有效的引導。

鋼鐵企業生產單位、設計單位及施工單位，可將管線設計或施工方案利用地理信息系統的網絡運行功能，上報企業管線管理部門（以往此職能單位均為企業總圖管理機構），企業管線管理部門利用其空間分析能力、輔助設計能力等可核對上報的方案的可行性（是否與現有管線有所碰撞或與現有規劃有所沖突等），并對設計或施工進行引導，保障今后施工的順利進行。

或者，企業管線管理部門也可將企業遠期規劃上傳于數據庫，鋼鐵企業生產單位、設計單位及施工單位就可以自行將方案上傳于網絡進行方案核對，利用地理信息系統的碰撞分析功能，核查方案的可性行，提高工作的效率。

（3）高效的協同設計

以往的工程設計，均為單機設計，即各管線專業設計人員將各自的管線設計方案交于總圖專業進行匯總，然后找出碰撞點，再各自返回進行修改方案，然后再交于總圖專業再進行匯總。此類工作，至少要重復兩、三次，才算完成外線設計方案，比較耗時，重復的人工也較多，嚴重影響了設計的效率。

利用地理信息系統給鋼鐵企業下屬設計部門建立統一網絡工作平臺，利用其強大的圖形繪制功能、網絡運行功能和碰撞分析功能，各管線專業均可同時在同一平臺上進行專業設計，及時發現碰撞，及時修改方案，可大大提高工作效率，避免了以往單機設計的重復工作。

4.總結

地理信息系統經過幾十年的發展，已有了很多優秀的開發商開發了眾多的GIS軟件，比較有代表性的是美國GIS開發商ESRI、Intergraph和MapInfo的軟件產品以及我國的國產軟件MapGIS、GeoStar和Citystar等，已廣泛應用于各種非鋼行業，但在鋼鐵領域還是一片空白。

隨著鋼鐵企業生產規模的逐步擴大，工程建設及日常生產的節奏加快，廠區管線的管理問題，也越發顯得突出。根據地理信息系統在非鋼企業應用的成功案例，特別是在市政管線行業的成功運用，鋼鐵企業大可借鑒于市政行業運用地理信息系統的成功經驗，以解決與鋼鐵企業高速發展不相協調的廠區管線的管理問題，以實現廠區管線管理的動態性、即時性、高效性、準確性，降低管理成本、提高管理效益，為鋼鐵企業生產管理和建設發展的提供可靠的保障的最佳途徑之一。

[1]《地理信息系統－原理、方法和應用》作者：鄔倫 劉瑜等 科學出版社，2004

[2]《基于VB6.0的化工廠管線地理信息系統的設計》作者： 馬愛潔 麻均昌等 山西省建筑科技研究院 2007

（作者單位：中冶京誠工程技術有限公司、冶金工業規劃研究院）