城市地下管網綜合管理信息化研究及應用

王海燕 胡婷 謝燕

摘要：針對城市地下管線安全問題，利用航天系統工程理念，開展面向城市地下管線全生命周期管理和安全管理的整體解決方案的研究，建立地下管線綜合管理系統、綜合管廊管理系統、地下管線和綜合管廊大數據分析應用系統、地下管線及綜合管廊管理數據庫、地下管線及綜合管廊管理體系及標準體系，研究成果將有效提升城市地下管網線綜合管理水平。

關鍵詞：綜合管理；智慧管網；智慧管廊；數據共享

中圖分類號：TP311文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2018）04-63-3

Research and Application of Comprehensive Management Informatization of Urban Underground Pipe Network

WANG Haiyan1， HU Ting2， XIE Yan1

（1. HIWING Mechanical & Electrical Technology Corp.， Ltd.， Beijing 100070， China； 2. JINGHANG Computing and Communication Research Institute， Beijing 100074， China）

0引言

按照國家關于加強城市地下管線綜合管理的相關要求，針對“馬路拉鏈”、“城市看海”、“管線爆炸”及“窨井吃人”等突出問題，應用航天系統工程理論和技術優勢，通過使用物聯網技術，在地下管線以及相關附屬設施上部署傳感設備，通過管網綜合管理信息系統建設，實現城市綜合管線管理、全生命周期管理以及安全管理[1]，支撐標準規范和規章制度建立，構建了地下管線綜合管理整體解決方案。在山東省德州市完成全國首個城市地下管線綜合管理試點項目的基礎上，與北京、江蘇、四川、內蒙及新疆等多個城市開展了地下管線及管廊綜合管理方面的合作，取得了較好成效。

1整體方案

產品數據是PDM系統的核心，而數據備份作為一種數據安全策略，確保了原始數據的一致性和安全性，在災難和故障發生時能有效恢復原有數據，是避免數據丟失和保證數據安全的基本保障。

對于PDM系統而言，系統數據是不斷擴展的，對此類系統進行數據備份所需要的容量往往是難以預計的，若采用傳統數據備份方式，則需要隨著數據量的不斷擴展進行設備的更新，就提升了數據備份的成本。針對傳統備份系統不足，基于現有PDM系統數據存儲方式的基本現實，結合云存儲采用廉價的設備構建集群，實現數據的分布式存儲，降低數據備份的成本，實現集群的無縫擴展的特點，設計了PDM數據存儲系統，如圖1所示。

2智慧管網

2.1應用架構

針對各類城市地下管線及市政設施，基于普查、隱患排查、精確定位及物聯感知等工程建設，面向政府部門構建管線GIS、規劃、建設、安全預警與監管及應急處置等一體化綜合管理平臺[2]，面向管線權屬單位建立專業管線管理系統，實現政府部門、管線權屬單位的業務協同與應急聯動，如圖2所示。

2.2綜合管理系統

綜合管理系統能夠實現地下管線的統籌規劃與建設管理、地下管線的安全監管和預警及政府應急處置能力與專業管線智能化系統集成，如圖3所示。

2.3專業管線智能化系統

（1）智慧供水

以GIS子系統為基礎，實現水源及供水設備的監測，以及水力模型和漏損控制的應用，從而達到安全供水、節能降耗和降低漏損，提高供水服務水平和業務管理水平。

（2）智慧排水

針對污水處理廠、中水廠、雨水泵站、雨水調蓄池、用戶排污口、入河排水口、內澇點、雨水管道、污水管道和水質監測點進行在線監測、預警及應急處置。

①排水監測子系統：將排水管網、泵站、污水廠以及河道監測數據集成到一起，并與GIS平臺進行集成，實現監測信息的實時查詢與顯示、報警數據與歷史監測數據統一存儲與管理，利于管理者對相關資料做全面的統計分析，為其他系統提供數據支持[3]。

②排洪模型子系統：綜合城市降雨過程、地面徑流水文過程、地下管道排水能力和地表積水情況，構建排洪模型，以科學準確的方式分析城市內澇的影響范圍、積水深度、積水量和積水時間等致災因素，從而為內澇防治對策和應急搶險預案的制定提供指導和依據。

③防洪抗旱指揮子系統：當發生洪水和出現嚴重干旱時，則通過防汛指揮子系統迅速采集和傳輸水情、雨情、工情、旱情和災情信息，并對其發展趨勢作出預測和預報，經分析制定出防洪抗旱調度方案，指揮搶險救災，有效地運用水利工程體系，努力縮小水旱災害范圍，最大限度地減少災害損失。

（3）智慧燃氣

①燃氣監測子系統：以管網GIS為基礎，對燃氣門站、輸氣管線以及調壓箱等燃氣系統進行實時監測，實現燃氣運行的安全管理。

②燃氣管網監控預警子系統：輔助燃氣企業對場站和管網進行監控，同時也可實現對管網的調度、預警以及控制，提高燃氣企業的整體管理能力，加強燃氣管網的安全系數，起到降低企業運營成本的作用。

（4）智慧熱力

①熱力監測子系統：以管網GIS為基礎，實現對熱源、管網、換熱站及供熱參數的自動采集，集中遠程監測，根據負荷變化自動調節供熱量，為用戶熱網節能和安全運行提供保障。

②熱力水力平衡分析子系統：在熱網運行狀態發生變化時，系統能夠及時進行計算分析可以獲得在各種負荷條件下換熱站和熱用戶等的熱量需求、各種負荷狀態下的壓力、流量和溫度的分布。

③分戶計量控制子系統：通過用戶熱量表法及溫度面積法等熱計量分攤方法，實現分戶計量，同時系統通過對室內溫度的遠程干預，達到用戶自主節能和干預節能的目的。對室溫的采集和監測實現換熱站環境溫度補償轉變成用戶室溫補償，杜絕用戶從回水管路放水盜熱的情況。用戶室溫情況實時監測，變被動服務為主動服務，提高供熱服務水平，從熱源到用戶末端按需分配[4]。

2.4大數據分析應用

將城市地理信息數據與城市地下管線相關業務數據進行集成與融合，按照統一的編碼規范生成一張二三維一體化的綜合電子地圖，并對外提供“一張圖”共享服務，為各應用系統提供統一的二三維可視化應用，實現在“一張圖”上綜合分析與展現地理信息、管線信息、綜合規劃信息、隱患信息、在線監測信息、預警信息及應急處置信息；實現地下管線健康預測、應急仿真、排洪及漏損監測模型等大數據應用，實現綜合管廊規劃建設、健康預測、運行狀態及安全分析等大數據應用[5]。

2.5地下管線及綜合管廊管理數據庫

建立地下管線及綜合管廊管理數據庫，形成數據共享與交換機制，實現政府部門和各權屬單位之間在管線數據與規劃、建設、隱患、監測和預警數據的共享與交換；形成數據更新與分權查詢機制，實現管線新建及改建后數據實時更新，為政府部門及各權屬單位提供管線各類信息分權、準確查詢與應用服務[6]。

3智慧管廊

3.1應用架構

面向政府部門、管廊運營單位和管線權屬單位，建立包括管廊三維GIS、規劃與建設、管廊監控、運營管理和應急聯動等功能的綜合管廊管理系統[7]。實現綜合管廊的規劃管理、項目管理和檔案管理，實現集環境、設備、管線、安防和消防為一體的監控數據海量存儲及實時監控，建立管廊運營、安全預警、應急處置及應急聯動管理體系，如圖4所示。

3.2應急聯動

應急聯動主要有以下7個系統。①聯動門禁系統：自動開啟電子鎖，保證各出入口的通暢；②聯動視頻監控系統：調動攝像頭，切換監控中心大屏幕上的圖像畫面；③聯動通風系統：包括送排風機、排煙風機、排煙閥和排風閥；④聯動管網閥門：關閉上水、燃氣及熱力等主管線閥門；⑤聯動非消防電源：避免事故通過供電系統進一步擴大；⑥聯動排水系統：冷、熱水管廊發生突發事件，立即啟動排水系統；⑦應急通信系統：監控中心與現場處理事故救援人員進行聯絡，聯動公安、消防、天燃氣、熱力及自來水等各專業管理公司統一行動。

4結束語

圍繞生命周期和安全管理2條主線，研究構建了城市地下管線綜合管理信息化整體解決方案、地下管線綜合管理系統和綜合管廊管理系統，建立了地下管線及綜合管廊大數據分析應用系統和地下管線及綜合管廊管理數據庫，形成數據共享與交換、數據更新與分權查詢機制。建立地下管線綜合規劃、統籌建設、運營管理、運行監管及應急保障等五大綜合管理體系和地下管線普查及隱患排查、精確定位、物聯感知和綜合管理平臺四大技術體系，包括數據共享、信息技術、工程實施和規章制度四大類，共計17項標準規范在內的地下管線綜合管理標準體系。

參考文獻

[1]國務院辦公廳.國務院辦公廳關于加強城市地下管線建設管理的指導意見27號[R].2014.

[2]耿繼軍.城市智慧管網信息系統的設計與研究[D].撫州：東華理工大學，2016.

[3]古鑫華.城市地下天然氣管網監測系統研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2017.

[4]周青.城市集中供熱智能化與智能熱網的構建研究[D].濟南：山東大學，2015.

[5]李偉.物聯網：影響未來[M].北京：中國發展出版社，2011.

[6]畢開春，夏萬利，李維娜.國外物聯網透視[M].北京：電子工業出版社，2012.

[7]徐勇軍，劉禹，王身.物聯網關鍵技術[M].北京：電子工業出版社，2012.