智慧管網(wǎng)應(yīng)用與分析

邱 帆

（重慶燃氣集團股份有限公司北碚分公司，重慶 400700）

0 引言

城市的地下管網(wǎng)線是城市運作的重要基礎(chǔ)設(shè)施，堪稱城市的“生命線”。隨著我國城市的快速發(fā)展，對城市地下管網(wǎng)線的要求越來越高。由于我國城市化建設(shè)速度快，以前的城市建設(shè)進程中忽視了地下管網(wǎng)的重要性，導(dǎo)致現(xiàn)在的城市運行建設(shè)規(guī)模不足、管理水平存在缺陷以及城市安全事故的頻頻發(fā)生，為我國現(xiàn)代化城市的建設(shè)提出了新的挑戰(zhàn)，特別是地下管網(wǎng)線的建設(shè)。2014 年，黨中央、國務(wù)院頒發(fā)了《關(guān)于加強城市地下管網(wǎng)線建設(shè)的指導(dǎo)意見》，對未來我國城市地下管網(wǎng)線的建設(shè)提出了新的指導(dǎo)意見和發(fā)展方向。進入現(xiàn)代化以來，在國家有關(guān)部門指導(dǎo)下，不斷提升地下城市管線管理水平，保證地下城市的高效安全穩(wěn)定運行是眼下最重要的問題。相關(guān)部門建立了地下管線的統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理平臺和綜合信息管理系統(tǒng)，建立統(tǒng)一的信息指揮中心，可以實現(xiàn)對整個城市底線管網(wǎng)線的統(tǒng)一管理。隨著我國智慧城市的出現(xiàn)，智慧管網(wǎng)逐漸形成，特別對于我國城市地下管網(wǎng)規(guī)模龐大的局面，提高其安全穩(wěn)定問題已是我國城市建設(shè)中的新期待，而智慧管網(wǎng)的具體優(yōu)勢，會給城市建設(shè)帶來怎樣的智能改變成為城市建設(shè)規(guī)劃中新的關(guān)注點。

1 智慧管網(wǎng)的內(nèi)涵

智慧城市出現(xiàn)后，智慧管網(wǎng)的產(chǎn)生應(yīng)運而生。智慧城市主要包括城市的交通智慧化、城市管理智慧化、城市規(guī)劃智慧化、城市規(guī)劃智慧化等，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及智能技術(shù)的不斷發(fā)展，對我國智慧化城市的建設(shè)起著不可小覷的推動作用。智慧城市是以現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為基礎(chǔ)，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將城市建設(shè)中的基礎(chǔ)設(shè)施體系通過智能化連成整個系統(tǒng)，從而可以實現(xiàn)整個城市的智能化管理和建設(shè)，不斷推動城市交通體系以及城市地下管網(wǎng)的建設(shè)，不斷完善城市的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃，最終形成智能城市體系。而智能城市管網(wǎng)也是借助于現(xiàn)代的計算機技術(shù)，利用現(xiàn)代的互聯(lián)網(wǎng)對地下城市運營的管網(wǎng)進行實時監(jiān)控以及數(shù)據(jù)采集，一旦發(fā)現(xiàn)運行不當及時更正并不斷進行優(yōu)化，以方便于對城市地下管網(wǎng)進行自動控制，實現(xiàn)現(xiàn)代城市地下管網(wǎng)的高效安全穩(wěn)定運行。

智慧管網(wǎng)的主要內(nèi)容主要包含有地下管網(wǎng)信息化建設(shè)、地下管網(wǎng)實時數(shù)據(jù)庫建立、借助于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、管網(wǎng)的綜合管理平臺建設(shè)。地下管網(wǎng)的信息化建設(shè)主要是通過數(shù)字化、信息化以及地理管理系統(tǒng)、計算機技術(shù)對地下管網(wǎng)進行實時的監(jiān)控，了解地下管線的運行狀態(tài)并對其進行信息的采集，對獲取的信息進行高效的數(shù)據(jù)處理、加工，建立地下管網(wǎng)的信息平臺，實現(xiàn)對地下管網(wǎng)信息的共享，使隱蔽的地下管網(wǎng)可以呈現(xiàn)在公眾的面前。

地下管線數(shù)據(jù)庫的建立主要是利用檢測技術(shù)獲得地下管線實時的運行狀態(tài)信息，同時可以獲取周圍環(huán)境的信息。因為很多的城市地下管線運行時受到環(huán)境的影響，會產(chǎn)生腐蝕和破壞的現(xiàn)象。為了使地下管網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，建立地下數(shù)據(jù)管理庫可以實現(xiàn)掌握地下管網(wǎng)不同標準的管線運行狀態(tài)。在運行時不斷完善其運行數(shù)據(jù)庫，為未來優(yōu)化城市地下管線發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指應(yīng)用通信以及信息處理將實體物品和數(shù)字網(wǎng)絡(luò)連接起來，實現(xiàn)資源的共享，在地下管網(wǎng)的建設(shè)過程中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)自動化監(jiān)控設(shè)備的實時監(jiān)控，利用物聯(lián)網(wǎng)可以實現(xiàn)將監(jiān)控中心和數(shù)字中心進行連接，對地下管網(wǎng)的運行狀態(tài)以及各管網(wǎng)的信息進行實時的監(jiān)控管理，將地下管網(wǎng)中的運行信息進行采集、數(shù)據(jù)傳輸、最后綜合應(yīng)用起來，可以對地下管網(wǎng)智能化的識別、監(jiān)控、跟蹤以及有效管理。

地下管網(wǎng)的綜合平臺建設(shè)是指將獲取到的各種信息連接起來實現(xiàn)對地下管網(wǎng)的綜合管理。地下管網(wǎng)的綜合平臺不僅可以發(fā)揮平臺的管理作用，還可以實現(xiàn)對地下管網(wǎng)事故的應(yīng)急處理和決策能力。在進行綜合管理平臺的建設(shè)維護時，需要對平臺信息進行及時更新，對地下管網(wǎng)的信息進行挖掘，將監(jiān)測的影像數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)進行融合，運用三維畫圖軟件以及數(shù)值模擬仿真軟件進行數(shù)據(jù)仿真，最后通過地下管網(wǎng)運行的一系列數(shù)據(jù)計算、仿真分析建立地下管網(wǎng)的應(yīng)急處理方案和決策方案。

2 智慧管網(wǎng)應(yīng)用分析

2.1 設(shè)計階段

在管網(wǎng)的設(shè)計階段，合理地優(yōu)化分布管網(wǎng)網(wǎng)線是智慧管網(wǎng)發(fā)揮高效安全的決定性影響因素。只有合理的設(shè)計管網(wǎng)網(wǎng)線的分布，才能最大程度的發(fā)揮智慧管網(wǎng)在城市建設(shè)中的作用。

2.2 施工階段

在地下管網(wǎng)施工之前需要進行可行性文件的審批工作。所以在進行施工前，需要進行調(diào)研，并根據(jù)當?shù)氐氖┕きh(huán)境制定出適合管網(wǎng)的施工方案和應(yīng)急預(yù)案，根據(jù)該施工特點進行施工方案的編寫。

2.3 日常運行階段

地下管網(wǎng)的日常運行工作內(nèi)容主要是指對管網(wǎng)的運行進行監(jiān)測同時對管線的有效期限進行管理。通過智慧管網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控地下管網(wǎng)網(wǎng)線的運行狀態(tài)，同時在第一時間發(fā)現(xiàn)地下管網(wǎng)網(wǎng)線中存在的問題。通過遠程監(jiān)控，利用管網(wǎng)中的超期預(yù)警系統(tǒng)可以及時的發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)中的超期的網(wǎng)線，節(jié)約大量的時間。

2.4 事故應(yīng)急處理階段

城市地下管網(wǎng)是一個隱蔽工程，開發(fā)地下管網(wǎng)十分不易，存在著極大的使用風(fēng)險。智慧管網(wǎng)這時候就發(fā)揮其智能作用，可以同時維護城市的地上空間和地下空間，為城市整體管網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供有效保障。

2.5 管線報廢階段

管線在城市地下管網(wǎng)運行過程中會出現(xiàn)報廢問題。由于管線報廢造成管線檔案不全等因素在管網(wǎng)建設(shè)過程中容易出現(xiàn)管網(wǎng)的安全問題。利用智慧管網(wǎng)有助于解決這一問題，智慧管網(wǎng)可以實時了解報廢管網(wǎng)的位置，不僅紀錄了當前報廢管網(wǎng)的歷史狀況還可以了解當前報廢管網(wǎng)的屬性。這樣有助于解決當前管網(wǎng)建設(shè)中存在的問題，為管網(wǎng)的實際運行管理提供可靠的依據(jù)。

3 智慧管網(wǎng)管理技術(shù)

3.1 管網(wǎng)仿真技術(shù)

現(xiàn)階段中地下管網(wǎng)中使用最多的就是GIS 系統(tǒng)和SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對管網(wǎng)的信息查詢，同時可以對管網(wǎng)進行實時監(jiān)控，在進行管網(wǎng)運行時可以利用SCADA 系統(tǒng)進行遠程操作對系統(tǒng)中的閥門進行遠程開關(guān)的控制。隨著智慧管網(wǎng)的發(fā)展，采用智慧管網(wǎng)仿真系統(tǒng)、GIS 系統(tǒng)以及SCADA 系統(tǒng)實時監(jiān)控相相結(jié)合的方式，可以實現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)的智能化管理。智慧管網(wǎng)的發(fā)展路徑如圖1 所示。

圖1 智慧管網(wǎng)發(fā)展路徑

智慧管網(wǎng)在智慧城市運營方面有很多方面的應(yīng)用。主要包括管網(wǎng)改造和新網(wǎng)的建設(shè)。管網(wǎng)運行時的平衡建設(shè)、智慧管網(wǎng)的完整性分析等。現(xiàn)在的設(shè)計部門大多使用仿真技術(shù)進行管網(wǎng)的設(shè)計，在前期階段可以減少很大的成本費用，在后期使用時可以真正意義上實現(xiàn)智慧管網(wǎng)的智慧化。現(xiàn)在的仿真技術(shù)對管網(wǎng)的管理方面有很大的提高。相信通過仿真技術(shù)實現(xiàn)管網(wǎng)管理智慧化，將會大大降低管網(wǎng)管理的成本支出。

3.2 管網(wǎng)及設(shè)備的全面SCADA 系統(tǒng)監(jiān)控

在智慧管網(wǎng)中，SCADA 系統(tǒng)中對其監(jiān)控范圍的控制也是十分必要的。傳統(tǒng)的SCADA 監(jiān)控系統(tǒng)只對場站、重要客戶以及管網(wǎng)的末端進行監(jiān)控，要真正地實現(xiàn)對智慧管網(wǎng)的管理，需要將密閉空間、第三方破壞、管道沉降等納入SCADA 監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)真正意義上對管網(wǎng)的智慧全方位監(jiān)控。SCADA 系統(tǒng)是利用現(xiàn)代計算機技術(shù)，控制技術(shù)和通信技術(shù)，實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，對工業(yè)進行本地或遠程的自動控制，對工藝進行全面，實時的監(jiān)視，并為生產(chǎn)，調(diào)試和管理提供必要的數(shù)據(jù).SCADA 系統(tǒng)是以計算機為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。它可以對現(xiàn)場的運行設(shè)備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，設(shè)備控制，測量，參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等各項功能。其主要結(jié)構(gòu)包括遠程控制單元（RTU），通信網(wǎng)絡(luò)，控制中心站。公司采用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲圖如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲

SCADA/EMS 系統(tǒng)的基礎(chǔ)條件已經(jīng)或即將具備，預(yù)計將于21 世紀初誕生。該系統(tǒng)的主要特征是采用Internet 技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及JAVA 技術(shù)等技術(shù)，繼續(xù)擴大SCADA/EMS 系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成，綜合安全經(jīng)濟運行以及商業(yè)化運營的需要。SCADA 系統(tǒng)是城市燃氣集輸供管計算機化和自動化的標志，是城市燃氣管理網(wǎng)絡(luò)化，自動化，信息化的基礎(chǔ)，是城市燃氣合理利用，可視調(diào)度，有效管理的科技手段，它為生產(chǎn)調(diào)度及時，準確，安全，可靠的提供管網(wǎng)運行工況數(shù)據(jù)，降低勞動強度，提高管理效益，使整個供氣生產(chǎn)管理過程可視化，規(guī)范化，自動化和信息化。

SCADA 系統(tǒng)在電氣化鐵道遠動系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)上已經(jīng)取得突破性進展，應(yīng)用上也有迅猛的發(fā)展。由于電氣化鐵道與電力系統(tǒng)有著不同的特點，在SCADA 系統(tǒng)的發(fā)展上與電力系統(tǒng)的道路并不完全一樣。在電氣化鐵道遠動系統(tǒng)上已經(jīng)成熟的產(chǎn)品有由西南交通大學(xué)開發(fā)的DWY 微機遠動系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)性能可靠、功能強大，在保證電氣化鐵道供電安全，提高供電質(zhì)量上起到了重要的作用，對SCADA 系統(tǒng)在鐵道電氣化上的應(yīng)用功不可沒。

3.3 管道完整性管理的智慧化

智慧管道中管道的完整性一直是監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)注的重點，管道的完整性涉及到整個管網(wǎng)的運行安全。智慧管網(wǎng)可以實現(xiàn)實時獲取管網(wǎng)的運行數(shù)據(jù)，對管網(wǎng)的運行狀態(tài)做出判斷，是實現(xiàn)智慧管網(wǎng)的智慧化管理的重要任務(wù)。一個完整的管理數(shù)據(jù)平臺應(yīng)該包括陰極管理平臺數(shù)據(jù)、工程施工數(shù)據(jù)以及管道修復(fù)數(shù)據(jù)等，將這些數(shù)據(jù)集中在一起采用風(fēng)險評價模型對其進行評價，對管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行全面收集，工作人員可以通過完整性的管理了解管網(wǎng)中的各種風(fēng)險信息，并對其進行風(fēng)險評價，實時展現(xiàn)管網(wǎng)管道的風(fēng)險狀態(tài)管理，實現(xiàn)對管網(wǎng)的智慧化管理。

4 智慧管網(wǎng)的應(yīng)用實踐

在現(xiàn)實生活中，將數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)結(jié)合是智慧管網(wǎng)的初步應(yīng)用，隨著燃氣等安全事故的日益增多，實行燃氣管網(wǎng)等的智能化管理已成為城市管理中的迫切需求。通過對燃氣管網(wǎng)的實時監(jiān)控管理，及時發(fā)現(xiàn)其存在的安全問題并及時地采取補救措施消除安全隱患，不僅奠定了智慧燃氣的安全管理基礎(chǔ)，更是推進智慧燃氣管理網(wǎng)改進的先行之舉。經(jīng)過調(diào)研，城市中的燃氣管網(wǎng)數(shù)量極多，某城市利用城市智慧燃氣管網(wǎng)監(jiān)控管理平臺并將其應(yīng)用到本市的城市建設(shè)中（圖3），取得了較好的成績。該成果減少了燃氣泄漏事故，同時深入促進了燃氣事故的應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)實踐探索，進一步提升了城市管理的系統(tǒng)功能。

5 結(jié)論

地下管網(wǎng)與城市生存和發(fā)展之間緊密相連，面對突出的城市化問題，需要構(gòu)件智慧城市化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)管網(wǎng)智慧運行以及管理。通過對地下管網(wǎng)網(wǎng)線的實時運行監(jiān)測、綜合管理以及管理平臺的建設(shè)，搭建城市地下管線中心數(shù)據(jù)交換機控制，實現(xiàn)資源的共享，有助于城市地下管網(wǎng)的安全高效運行。

圖3 智慧燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)