运用地理信息系统（GIS）管理钢铁企业厂区管线的研究

王海涛 谢 迪

运用地理信息系统（GIS）管理钢铁企业厂区管线的研究

王海涛 谢 迪

利用地理信息系统（GIS）管理钢铁企业厂区管线，解决以往传统的手工管理方式制约钢铁企业高速发展的问题。

地理信息系统 GIS 厂区管线 企业管理

1.钢铁企业传统管理方式对企业高速发展的制约

2000-2009年这短短的10年里，我国经济建设迅猛发展，石油、化工、建筑、交通、汽车、造船等各行业都以空前的速度成长，对钢材的需求量也日益增多，钢铁企业规模日益扩大，从2000年的1.28亿吨猛增到2009年的5.68亿吨左右。

为满足各行各业对钢材的需求，各钢铁企业的改、扩建项目也随之增加。与2000年以前的钢铁建设项目“启动慢、工期长、投产缓”所不同的是，如今的钢铁建设项目的特点是：“项目启动迅速、建设工期短、工程投产快”，紧跟市场经济的变化，受其影响，受其制约，不再是以往计划经济管理体系下的生产模式。

厂区管线管理工作是钢铁企业日常生产运行、工程施工管理及指导、企业未来规模发展规划的重要手段之一，但厂区管线管理模式多年来一直沿用传统的手工管理模式，很难满足当前钢铁企业高速发展的需要，此种矛盾在东北、上海、武汉等老牌钢铁基地的改、扩建项目中更为突出。

（1）工作效率低

钢铁企业的厂区管线管理工作仍采用上世纪80年代的管理模式，即传统的手工方式管理厂区管线资料，采用人工归档、查询、转绘图档等手工方式进行日常管理及查询工作，造成查询信息、转绘图档等工作效率低，不能迅速即时地为工程设计及施工提供准确有效的信息及技术支持，已跟不上钢铁企业高速发展的需求。

（2）信息准确率低

钢铁企业各专业的管线种类繁多，铁、钢、轧等各生产单位各区域面积管线较为集中、繁琐、复杂，且钢铁厂各生产单位在日常生产过程中，各种抢修、补修、改造、新建等小型的工程项目较多，现场管线信息变动较快。但由于传统的手工管理模式工作效率低，造成厂区管线资料管理维护手段落后，导致厂区管线资料的更新不能作到迅速及时，信息遗漏、老化、重复等问题较为严重，给今后的改、扩建工程提供的信息准确率低，严重影响了工程设计的准确性与工程的施工进度。

因此，实现厂区管线管理的“动态性、即时性、高效性、准确性”，适应钢铁企业“大型化、规模化、智能化”的发展需求，是钢铁企业生产管理和建设发展迫切需要解决的重要问题。

2.地理信息系统（GIS）

2.1 地理信息系统的概念及构成

地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是一种决策支持系统，其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间位置参考信息和非位置信息两个组成部分。

2.2 地理信息系统的构成

一个完整的地理信息系统(GIS)主要由四个部分构成，即计算机硬件系统、计算机软件系统、地理数据（或空间数据）和系统管理操作人员。其核心部分是计算机系统（软件和硬件），空间数据反映地理信息系统的地理内容，而管理人员和用户则决定系统的工作方式和信息表示方式。

（1）计算机硬件系统（见图1）

计算机硬件系统是计算机系统中的实际物理装置的总称，可以是电子的、电的、磁的、机械的、光的元件或装置，是地理信息系统的物理外壳。

（2）计算机软件系统

计算机软件系统是指必需的各种程序。对于地理信息系统应用而言，通常包括：计算机系统软件、地理信息系统软件和其他支持软件、应用分析程序，见图2。

（3）系统管理操作人员

人是地理信息系统中的重要构成因素，地理信息系统不同于一幅地图，而是一个动态的地理模型。仅有系统软硬件和数据还不能构成完整的地理信息系统，需要人进行系统组织、管理、维护和数据更新、系统扩充完善、应用程序开发，并灵活采用地理分析模型提取多种信息，为研究和决策服务。

（4）地理数据（或空间数据）

地理数据（或空间数据）是指以地球表面空间位置为参照的自然、社会和人文经济景观数据，可以是图形、图像、文字、表格和数字等。它是由系统的建立者通过数字化仪、扫描仪、键盘、磁带机或其他系统通讯输入地理信息系统，是系统程序作用的对象，是地理信息系统所表达的现实世界经过模型抽象的实质性内容。

在地理信息系统中，地理数据（或空间数据）主要包括：

1）某个已知坐标系中的位置：即几何坐标，标识地理景观在自然界或包含某个区域的地图中的空间位置；

2）实体间的空间关系：通常包括：度量关系，如两个地物之间的距离远近；延伸关系（或方位关系），定义了两个地物之间的方位；拓扑关系，定义了地物之间连通、邻接等关系，是GIS分析中最基本的关系；

3）与几何位置无关的属性：即通常所说的非几何属性或简称属性，是与地理实体相联系的地理变量或地理意义；属性分为定性和定量的两种，前者包括名称、类型、特性等，后者包括数量和等级；属性的分类系统、量算指标对系统的功能有较大的影响。

2.3 地理信息系统的发展及应用

地理信息系统自产生以来，发展尽40年历程。目前，地理信息系统正处于急剧变化与发展之中，总体上主要呈现网络化、开放性、虚拟现实、集成化、空间多维性、组件化等的发展趋势。其中，以组件技术为基础的新一代地理信息系统在国土资源开发利用、环境检测和评估、经济建设规划和管理、人口统计和调查、防灾和抗灾及各级政府决策等方面愈来愈扮演着重要的角色。

地理信息系统技术广泛应用于农业、电力、公安、社区管理、教育、能源、城市综合管网等几乎所有行业，并正在走入人们日常的工作、学习和生活。

3.地理信息系统在钢铁企业中的应用

3.1 借鉴于地理信息系统在市政管网应用中的经验

美国、德国、法国等发达国家的城市地理信息系统的应用有近30年的历史，已形成相对完善的理论体系，积累了丰富的实施经验，其中最重要的就是将管线数据由分散管理走向综合集成管理：

（1）市政单位内部将管线数据、基础设施数据及其他有关市政数据等整合构成全面的综合数据库；

（2）市政行业内部通过综合数据库进行“城市规划、辅助设计和引导施工”等工作；

（3）政府部门利用综合数据库，进行城市的中、长期规划及日常管理工作。

我国城市地理信息系统的应用已有10多年的历史，部分沿海城市已逐步摆脱了以往传统的人工管理管线模式，开始运用先进的数据库管理模式，进行管线空间信息和属性信息的管理，并很成功地解决了以下以往城市建设中常见的、困扰市政工作者的问题。

（1）由于地下管线现状资料的缺漏和偏差造成施工时损坏地下管线，导致停水、停电、通讯中断等现象，甚至引起灾害事故发生；

（2）由于事先缺乏地下管线现状资料，新的管线设计方案不合理、不科学，工程施工无法按设计进行，不得不反复修改设计方案，延误工期；

（3）城市管线资料来源不明确，精度不可靠，且在传统的管线资料管理模式下，图文表格不统一，分类统计、检索速度慢，无法为设计及施工及时快捷地提供可靠的信息。

3.2 地理信息系统在钢铁企业的功能需求

由于钢铁企业中厂区管线是钢铁企业的命脉，占据着极其重要的地位，因此地理信息系统在钢铁企业中的实施，可以以厂区管线为中心，建立专属钢铁企业的厂区管线的地理信息系统－以地理信息系统（GIS）技术为核心、与计算机辅助设计技术（CAD）和办公自动化（OA）相集成，以厂区管线为主要工作内容，具备支持空间决策和专家系统综合分析能力的地理信息管理系统。它通过对厂区综合管网数据进行统一建库，集中管理，高效存储，既能支持管理者的宏观决策辅助，又满足广大建设单位对综合管线成果的需求，能广泛服务于钢铁企业的各个部门。

在功能上，地理信息系统除了能提供最基础的信息查询、统计、分析、绘图等常见功能外，还支持综合管线的数据管理、地图管理及数据交换等延伸功能，该系统所能实现的具体功能需求如下：

（1）借助于地理信息系统强大的空间数据库功能，可以将基础地理信息、管线、管件空间信息及其复杂的属性信息一体化，分类、分层、分块地进行存储管理；

（2）借助于地理信息系统强大的图形功能和数据库管理功能，为管线数据的更新提供便捷的工作机制，实现管线数据的动态更新、及时更新；

（3）借助于地理信息系统强大的空间分析能力、网络分析功能和其他各种模型分析功能，实现综合管线的横断面分析、纵断面分析、水平净距分析和垂直净距分析，从而协助厂区管线的规划和辅助设计，并能指导管线工程的顺利施工和预防性维护；

（4）通过地理信息系统实现对管线的快速查找定位，并能统计出各类管线的属性信息（如埋深、地面高层、材质和权属等），实现属性信息和空间信息的双向查询和定位功能；

（5）借助于地理信息系统的网络运行功能和三维显示功能，使钢铁企业的各个管理部门和管线权属机构，能充分实现管线信息的共享并进行各自的管理 功能，如能远距离浏览查询、形象直观地观测综合管线的分布和相应的空间关系等。

3.3 地理信息系统的应用给钢铁企业带来的效益

地理信息系统在钢铁企业的应用，是对以往钢铁企业传统管理模式的一次彻底颠覆，也是对钢铁企业管理的一次创举，以往困扰钢铁企业的传统管理模式与现代化飞速建设的矛盾，在运用地理信息系统后，能得到一次彻底的解决。

（1）优化档案管理

1）快速、便捷的查询

钢铁企业的档案管理仍采用传统的人工归档、查询、转绘图档等手工方式进行日常管理及查询，此种方式，不能迅速即时地为工程设计及施工提供有效信息及技术支持，跟不上钢铁企业的发展速度。

采用地理信息系统，利用其强大的数据库功能，可将厂区管线信息、建构筑物信息、铁路道路等其它信息进行统一的电子归档存储，建立全厂管线信息图，再利用地理信息系统的属性信息查询功能，可直接查出所需要的资料，包括管线的材质、管径、管深、用户点、供应点、设计图纸等相关信息，再利用其输出功能，打印绘图或直接调档拷贝存盘，能及时快捷地向查询者提供详细、准确的信息，以供设计或决策使用。

查询者只需在全厂管线图中轻点鼠标，就可找到所需的资料，完全摆脱了以往繁琐的手功查图，大大提高的工作效率。

2）及时、快速的更新

以往的档案归档入资料库，因手工归档繁琐，完全依赖人工，工作效率不高，存在着档案归档不及时，或者是归档资料不准确，使档案室中库存资料与现状实际情况不符，无法为今后的工程设计及施工提供准确的、有效的资料。

而利用地理信息系统强大的图形绘制功能、数据录入功能和数据库管理功能，可使档案管理者或设计者可通过系统的网络运行功能，即时快捷地更新数据，实现管线数据的动态更新、及时更新。

（2）辅助管理者的决策

传统的手工管理模式比较落后，特别是手工查询信息、转绘图档等工作效率低，不能迅速即时地为工程设计及施工提供准确有效的信息及技术支持，严重影响了工程设计的准确性与工程的施工进度。而利用地理信息系统，可建立完善的管线报建和管理机制，其辅助设计、网络运行功能和空间分析能力，能够为管理者对管线方案的决策提供依据，为设计者的设计方案提供准确、有效的引导。

钢铁企业生产单位、设计单位及施工单位，可将管线设计或施工方案利用地理信息系统的网络运行功能，上报企业管线管理部门（以往此职能单位均为企业总图管理机构），企业管线管理部门利用其空间分析能力、辅助设计能力等可核对上报的方案的可行性（是否与现有管线有所碰撞或与现有规划有所冲突等），并对设计或施工进行引导，保障今后施工的顺利进行。

或者，企业管线管理部门也可将企业远期规划上传于数据库，钢铁企业生产单位、设计单位及施工单位就可以自行将方案上传于网络进行方案核对，利用地理信息系统的碰撞分析功能，核查方案的可性行，提高工作的效率。

（3）高效的协同设计

以往的工程设计，均为单机设计，即各管线专业设计人员将各自的管线设计方案交于总图专业进行汇总，然后找出碰撞点，再各自返回进行修改方案，然后再交于总图专业再进行汇总。此类工作，至少要重复两、三次，才算完成外线设计方案，比较耗时，重复的人工也较多，严重影响了设计的效率。

利用地理信息系统给钢铁企业下属设计部门建立统一网络工作平台，利用其强大的图形绘制功能、网络运行功能和碰撞分析功能，各管线专业均可同时在同一平台上进行专业设计，及时发现碰撞，及时修改方案，可大大提高工作效率，避免了以往单机设计的重复工作。

4.总结

地理信息系统经过几十年的发展，已有了很多优秀的开发商开发了众多的GIS软件，比较有代表性的是美国GIS开发商ESRI、Intergraph和MapInfo的软件产品以及我国的国产软件MapGIS、GeoStar和Citystar等，已广泛应用于各种非钢行业，但在钢铁领域还是一片空白。

随着钢铁企业生产规模的逐步扩大，工程建设及日常生产的节奏加快，厂区管线的管理问题，也越发显得突出。根据地理信息系统在非钢企业应用的成功案例，特别是在市政管线行业的成功运用，钢铁企业大可借鉴于市政行业运用地理信息系统的成功经验，以解决与钢铁企业高速发展不相协调的厂区管线的管理问题，以实现厂区管线管理的动态性、即时性、高效性、准确性，降低管理成本、提高管理效益，为钢铁企业生产管理和建设发展的提供可靠的保障的最佳途径之一。

[1]《地理信息系统－原理、方法和应用》作者：邬伦 刘瑜等 科学出版社，2004

[2]《基于VB6.0的化工厂管线地理信息系统的设计》作者： 马爱洁 麻均昌等 山西省建筑科技研究院 2007

（作者单位：中冶京诚工程技术有限公司、冶金工业规划研究院）