數(shù)字化技術(shù)在供熱管網(wǎng)管理中的應(yīng)用與創(chuàng)新

張春雨

（山東省東營市魯源熱力有限公司）

1 引言

供熱管網(wǎng)是城市地下管線基礎(chǔ)設(shè)施的重要分類，是城市運(yùn)營與發(fā)展的生命線。近年來城市建設(shè)規(guī)模不斷增加，供熱管網(wǎng)的體量也在不斷擴(kuò)張，為更好地適配城市建設(shè)與發(fā)展的需要，在龐大的用戶需求下，供熱管網(wǎng)不斷地進(jìn)行了擴(kuò)容與改造、更新與升級(jí)，給供熱管網(wǎng)管理的精細(xì)度與時(shí)效性帶來了諸多挑戰(zhàn)。

2 供熱管網(wǎng)管理存在的難點(diǎn)

供熱管網(wǎng)管理涉及諸多內(nèi)容，包括收費(fèi)供熱管理、管網(wǎng)建設(shè)與更新管理、管網(wǎng)運(yùn)維養(yǎng)護(hù)管理等。其中管網(wǎng)建設(shè)與更新管理是供熱管網(wǎng)管理的基礎(chǔ)，用戶供熱需求的與日俱增衍生出大量的管網(wǎng)擴(kuò)容與改造，傳統(tǒng)的紙質(zhì)記錄方式與人工管理模式在管網(wǎng)更新升級(jí)時(shí)存在脫檔問題，供熱管網(wǎng)建設(shè)與改造的相關(guān)資料一旦管理不當(dāng)出現(xiàn)遺失會(huì)導(dǎo)致供熱管網(wǎng)的管理缺乏抓手與依據(jù)。同時(shí)，紙質(zhì)的供熱管網(wǎng)數(shù)據(jù)與資料直觀性較差，調(diào)用與獲取的便捷性較低，不少資料的屬性數(shù)據(jù)與必須填寫內(nèi)容缺失，導(dǎo)致供熱管網(wǎng)建設(shè)與改造的相關(guān)數(shù)據(jù)更新不及時(shí)，且數(shù)據(jù)描述與表達(dá)的準(zhǔn)確性較差，不利于直接、快速地利用關(guān)鍵詞進(jìn)行精確檢索與模糊查詢[1]。傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理多以二維平面管線圖為核心，供熱管網(wǎng)的若干屬性如管道材質(zhì)、管徑大小、管道埋深、節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)等均無法統(tǒng)籌管理與直觀可視化呈現(xiàn)，不利于供熱管網(wǎng)建設(shè)與更新的統(tǒng)計(jì)與分析。在管網(wǎng)運(yùn)維養(yǎng)護(hù)管理方面，傳統(tǒng)的運(yùn)維養(yǎng)護(hù)模式以供熱管網(wǎng)泄漏等事故的處理為主，預(yù)測(cè)、預(yù)警、預(yù)防工作缺少抓手與依據(jù)。供熱管道多位于地表以下，且與其他地下管線如電力管線、排水管道、給水管道等交錯(cuò)分布，日常巡檢的覆蓋面有限，通過人工巡查發(fā)現(xiàn)供熱管網(wǎng)故障問題這一模式的實(shí)用性不高。供熱管網(wǎng)管理部門無法根據(jù)管網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行與工作狀態(tài)預(yù)測(cè)管網(wǎng)泄漏、斷裂等事故的發(fā)生，并提前采取應(yīng)急措施加以養(yǎng)護(hù)與維修，加大了供熱管網(wǎng)巡檢管理與事故預(yù)警的難度，也不利于從管道故障數(shù)據(jù)中分析提煉故障發(fā)生規(guī)律，不利于應(yīng)急搶修資源的合理調(diào)度與科學(xué)處置，影響供熱管網(wǎng)管理的安全性與高效性[2]。

3 供熱管網(wǎng)管理中的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用

將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用在供熱管網(wǎng)管理中，利用傳感器設(shè)備、自動(dòng)控制系統(tǒng)、GIS 技術(shù)、調(diào)度算法等對(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行數(shù)字化建設(shè)與數(shù)字化管理，可以切實(shí)推動(dòng)供熱管網(wǎng)的建設(shè)改造、供熱調(diào)度、線路監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警、日常巡檢等向自動(dòng)化與智能化方向發(fā)展（見圖1）。

圖1 供熱管網(wǎng)巡檢GIS系統(tǒng)

3.1 供熱管網(wǎng)一張圖管理

供熱管網(wǎng)一張圖管理是利用GIS 技術(shù)、三維建模技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)等對(duì)供熱管網(wǎng)以矢量地圖的形式加以呈現(xiàn)與展示。將供熱管網(wǎng)根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分為管線、管點(diǎn)、管面，其中管線與管點(diǎn)是最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，若干管點(diǎn)與管線構(gòu)成片區(qū)內(nèi)的供熱管面。管線數(shù)據(jù)包括起始管點(diǎn)、終止管點(diǎn)、管道半徑、管道材質(zhì)、管道埋深、管道長(zhǎng)度等屬性數(shù)據(jù)，管線空間數(shù)據(jù)表示為兩個(gè)管點(diǎn)之間的連接線[3]。管點(diǎn)數(shù)據(jù)包括精準(zhǔn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)、所連接的管線編碼、管點(diǎn)類型等屬性數(shù)據(jù)，管點(diǎn)空間數(shù)據(jù)表達(dá)為點(diǎn)狀要素。通過將供熱管網(wǎng)從邏輯層面進(jìn)行抽象，形成由管點(diǎn)與管線形成的管面，在二維矢量地圖層面直觀顯示供熱管道的空間分布、管道走向、空間關(guān)聯(lián)關(guān)系，并為各管線與管點(diǎn)添加相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)，以便管理人員利用供熱管網(wǎng)一張圖系統(tǒng)直觀瀏覽供熱管網(wǎng)數(shù)據(jù)，空間查詢、快速定位到某條供熱管道并通過圖屬關(guān)聯(lián)查詢獲知管道的屬性數(shù)據(jù)。在供熱管網(wǎng)一張圖的基礎(chǔ)上，管理人員可以更加便捷、多樣地對(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行管理與分析，如利用地圖測(cè)距功能實(shí)現(xiàn)管點(diǎn)之間的最近距離，利用緩沖區(qū)分析法查詢出特定區(qū)域內(nèi)包含的供熱管線與管點(diǎn)數(shù)據(jù)，擴(kuò)容或改造的管道可實(shí)時(shí)在一張圖系統(tǒng)中進(jìn)行空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)更新，以便統(tǒng)計(jì)供熱管網(wǎng)建設(shè)與改造的工作量，實(shí)時(shí)查看改造的臺(tái)賬資料等。在供熱管網(wǎng)一張圖管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入三維建模技術(shù)對(duì)供熱管網(wǎng)進(jìn)行三維建模與可視化，從三維立體層面可視化展示出不同埋深、走向的供熱管網(wǎng)空間分布格局，以便關(guān)聯(lián)人員便捷地進(jìn)行供熱管網(wǎng)二三維切換與空間漫游。

3.2 供熱管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理

在供熱管網(wǎng)一張圖管理模式的基礎(chǔ)上，引入傳感器設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建供熱管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。在供熱管網(wǎng)的關(guān)鍵管點(diǎn)與管線部位布設(shè)安裝壓力測(cè)量表、溫度傳感器、流量傳感器等設(shè)備設(shè)施，利用上述設(shè)備設(shè)施實(shí)時(shí)采集供熱管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)及運(yùn)行參數(shù)，動(dòng)態(tài)、客觀、準(zhǔn)確地反映供熱管網(wǎng)的運(yùn)行情況。例如利用流量傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供熱管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的流量，根據(jù)不同節(jié)點(diǎn)的流量推算出各供熱管道段的參數(shù)變化，輔助分析供熱管道的管損情況，并及時(shí)對(duì)流量變化較大的管段進(jìn)行熱力泄漏預(yù)警。通過傳感器的布設(shè)以及供熱管網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，可以構(gòu)建出集管道或節(jié)點(diǎn)的若干屬性數(shù)據(jù)于一體的屬性模型，包括壓力、溫度、流量、干度、冷凝水量等。基于供熱管網(wǎng)屬性模型，可為供熱管網(wǎng)運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)提供客觀數(shù)據(jù)分析，供熱管網(wǎng)管理人員可利用運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)以及屬性模型科學(xué)分析供熱管道的保溫情況、老化情況，并推測(cè)出故障處的管道段定位，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)供熱管網(wǎng)管理以故障檢修為主、預(yù)警預(yù)防為輔的模式，提高供熱管網(wǎng)故障問題的提前發(fā)現(xiàn)、提前警示、提前干預(yù)與處理，有效延長(zhǎng)供熱管道的使用壽命。例如，利用供熱管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)對(duì)供熱管網(wǎng)的管道通流蒸汽量、蒸汽干度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與預(yù)處理，分析通流蒸汽量是否低于管道設(shè)計(jì)流量的30%，蒸汽干度是否低于85%，利用水沖擊判斷算法科學(xué)評(píng)判上述數(shù)據(jù)的實(shí)際表征，若是上述數(shù)據(jù)均低于相關(guān)閾值，則供熱管道容易因冷凝水而產(chǎn)生積水現(xiàn)象，若是管道長(zhǎng)時(shí)間處于積水狀態(tài)，容易導(dǎo)致水沖擊事故。在利用供熱管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)進(jìn)行管網(wǎng)運(yùn)行狀況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與科學(xué)分析的基礎(chǔ)上，利用遠(yuǎn)程自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)供熱管網(wǎng)的啟停與冷卻狀態(tài)進(jìn)行控制，根據(jù)管網(wǎng)運(yùn)行狀況分析結(jié)果提煉出管網(wǎng)運(yùn)行異常，從而自動(dòng)化控制管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，最大限度地減小管網(wǎng)故障率。

3.3 供熱管網(wǎng)巡檢管理

傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)巡檢工作以人工為主，巡檢人員工作時(shí)若是遇到故障點(diǎn)，須將故障點(diǎn)的相關(guān)信息進(jìn)行描述，以便運(yùn)維養(yǎng)護(hù)隊(duì)伍精準(zhǔn)找到此故障點(diǎn)加以維修。但人工巡檢時(shí)，供熱管網(wǎng)故障地點(diǎn)描述不準(zhǔn)確，拍照時(shí)周邊缺少鮮明的參照物（建筑、橋梁、路標(biāo)等），導(dǎo)致后期施工人員現(xiàn)場(chǎng)維修養(yǎng)護(hù)時(shí)需要花費(fèi)大量的時(shí)間找尋故障處。同時(shí)，巡檢人員反饋故障問題線索后，問題轉(zhuǎn)辦情況、整改情況等缺少反饋與閉環(huán)，巡察問題線索維修臺(tái)賬更新動(dòng)態(tài)性不夠。供熱管網(wǎng)管理人員需要耗費(fèi)大量的時(shí)間在問題線索匯總、轉(zhuǎn)辦、統(tǒng)計(jì)上，工作效率低下且容易出錯(cuò)。將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到供熱管網(wǎng)巡檢管理中，每一個(gè)巡檢發(fā)現(xiàn)的問題點(diǎn)位都可以唯一對(duì)應(yīng)到一個(gè)三維坐標(biāo)（經(jīng)度、緯度、高程），利用問題點(diǎn)位與經(jīng)緯度坐標(biāo)的一一對(duì)應(yīng)特點(diǎn)，以高德地圖為底圖，將巡查發(fā)現(xiàn)的問題點(diǎn)位按坐標(biāo)精準(zhǔn)標(biāo)識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)巡檢發(fā)現(xiàn)問題點(diǎn)位在電子地圖上的精準(zhǔn)、可視化展示。問題點(diǎn)位管理除對(duì)問題點(diǎn)位進(jìn)行增加、刪除、修改、查詢外，還應(yīng)拓展點(diǎn)位可視化管理功能。如利用問題點(diǎn)位標(biāo)記的不同顏色、不同尺寸大小表達(dá)供熱管道的不同破損嚴(yán)重程度、不同整改進(jìn)度等，提高供熱管網(wǎng)巡檢數(shù)據(jù)表達(dá)的豐富程度。此外，依托電子地圖進(jìn)行點(diǎn)位展示，可以在地圖上清晰的看出哪條管道的破損最嚴(yán)重的，哪條管道的質(zhì)量最好，哪個(gè)片區(qū)的供熱管道質(zhì)量問題層出不窮，哪一年新建或改造的供熱管道管養(yǎng)成效更好等。每一位問題線索報(bào)送人登錄系統(tǒng)后，可將現(xiàn)場(chǎng)巡查發(fā)現(xiàn)并記錄的供熱管道故障信息（文字+圖片）實(shí)時(shí)錄入到系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)問題線索的及時(shí)發(fā)現(xiàn)、即時(shí)上傳；可查看已報(bào)送問題線索的整改進(jìn)度與整改情況，有效解決整改反饋缺回應(yīng)的問題。問題線索匯總?cè)丝山y(tǒng)籌管理所有報(bào)送的問題線索，包括增加、刪除、修改、查詢；可對(duì)報(bào)送的線索進(jìn)行審核與打分；可統(tǒng)計(jì)所有巡察人員在不同時(shí)期內(nèi)的報(bào)送情況、積分情況并自動(dòng)按組、按人給出考核結(jié)果；可將問題線索轉(zhuǎn)交至問題線索承辦人賬號(hào)；可查看已轉(zhuǎn)交問題線索的整改進(jìn)度與整改情況，有效解決供熱管網(wǎng)巡查管理效率低下的問題。問題線索承辦人可統(tǒng)籌管理所有轉(zhuǎn)交的問題線索，包括增加、刪除、修改、查詢；可將問題線索轉(zhuǎn)交給相應(yīng)的維修養(yǎng)護(hù)人；可查看已轉(zhuǎn)交問題線索的整改進(jìn)度與整改情況。維修養(yǎng)護(hù)人可查看所有轉(zhuǎn)交待整改的問題線索，并根據(jù)問題線索的三維坐標(biāo)以及其他信息精準(zhǔn)快速的找到供熱管道故障處，以便高效開展維修養(yǎng)護(hù)工作；可將整改進(jìn)度與整改完成情況實(shí)時(shí)上傳至系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)巡察發(fā)現(xiàn)問題的整改反饋閉環(huán)。考慮到即知即報(bào)、即轉(zhuǎn)即辦的供熱管網(wǎng)巡查工作要求，可在供熱管網(wǎng)巡檢管理系統(tǒng)中引入信息提示功能，如短信提示、APP 消息提示等，問題線索上傳報(bào)送、轉(zhuǎn)辦、整改反饋等均可設(shè)置實(shí)時(shí)提示，提醒相應(yīng)用戶登錄系統(tǒng)查看問題線索并付諸行動(dòng)。

3.4 供熱管網(wǎng)應(yīng)急搶修管理

當(dāng)管網(wǎng)中發(fā)生突發(fā)事故時(shí)，GIS 系統(tǒng)應(yīng)能夠?yàn)橥话l(fā)事故的緊急處理，為事故搶修提供輔助決策。事故搶修在管網(wǎng)中突發(fā)爆管時(shí)，能夠根據(jù)熱源分布情況以及節(jié)門狀態(tài)，制定出合理的處理方案，及時(shí)排除故障。如果發(fā)現(xiàn)節(jié)門失效(損壞、失靈)，系統(tǒng)能夠擴(kuò)大關(guān)閥（二次甚至多次關(guān)閥）處理，找到停熱用戶與需關(guān)閉的節(jié)門，同時(shí)能夠搜索出與停熱有關(guān)的其他管網(wǎng)設(shè)備。系統(tǒng)采用準(zhǔn)確的關(guān)閥搜索方案與優(yōu)化算法，能夠在最短時(shí)間內(nèi)搜索出需要關(guān)閉的節(jié)門與停熱用戶，輸出具有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)門啟閉通知單、用戶停熱通知單，維修、施工現(xiàn)場(chǎng)圖。大大提高搶修人員的工作效率和供熱企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。

4 結(jié)語

數(shù)字化技術(shù)是在信息時(shí)代下的支撐性技術(shù)，其依托計(jì)算機(jī)技術(shù)將原有的紙質(zhì)資料與數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化，助力各行業(yè)領(lǐng)域向信息化、便捷化、智慧化方向發(fā)展。將數(shù)字化技術(shù)引入到供熱管網(wǎng)管理中，利用數(shù)字化技術(shù)天然的實(shí)時(shí)、先進(jìn)等優(yōu)勢(shì)提高收費(fèi)供熱、客服中心、新用戶入網(wǎng)、管網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)與更新、泄漏預(yù)警等供熱管網(wǎng)管理方面的精準(zhǔn)度、精細(xì)度與時(shí)效性，可為供熱管網(wǎng)管理相關(guān)部門提供收費(fèi)、調(diào)度、開發(fā)、監(jiān)察、一線運(yùn)行等提供技術(shù)支持與平臺(tái)支撐。