建设智慧管线，助力智慧城市

· 文|智慧城市地下空间联合实验室 孙剑

建设智慧管线，助力智慧城市

· 文|智慧城市地下空间联合实验室 孙剑

一、引言

2014年5月22日，李克强总理来到内蒙古赤峰市德润污水处理厂在建项目工地，他说：我们的城市亮丽光鲜，但地下基础设施仍是短板。“面子”是城市的风貌，而“里子”则是城市的良心，这是百年大计。

据住房与城乡建设部城市科学研究会的统计，2012年第一批国家智慧城市90个试点所申报的重点工程项目中，涉及地下管线与空间综合管理类的项目占比约63%，表明大量的地方人民政府已自觉地认识到地下管线信息化和智能化建设迫在眉睫。智慧管线项目将成为各个城市在智慧城市试点工作的核心，同时也是智慧城市建设的重要基础平台。

据不完全统计，全国重大地下管线事故每天平均5.6起，每年仅开挖造成经济损失2000亿元。其中2013年11月22日，中石化东黄输油管道发生泄漏爆炸，造成特别重大事故，死亡62人，直接损失7.5亿元，举国震惊。根据第三方统计，截至2012年全国城市仅有36%进行地下管线普查，大部分没有建立良好动态更新机制、城市综合地下管线信息系统及监测预警系统。这些信息表明当前城市地下基础设施，尤其是地下管线建设和运营情况形势严峻，已严重影响新型城镇化发展进度。

2013年9月16日，国务院下发《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》（国发〔2013〕36）号明确提出城市基础设施是城市正常运行和健康发展的物质基础，对于改善人居环境、增强城市综合承载能力、提高城市运行效率、稳步推进新型城镇化、确保2020年全面建成小康社会具有重要作用。文件对地下管线、共同沟建设等有大量的篇幅进行阐述，明确提出城市建设设施建设要“先地下，后地上”的原则。

2014年6月3日，国务院办公厅2014第27号文件《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》正式颁布，这一改之前安全生产类型文件由国家安监局发布的惯例，首次由国务院办公厅进行发布。在总体工作要求章节对城市建设、设施建设再次明确“先地下，后地上”的原则开展城市地下管网建设工作，另外从“加强规划统筹，严格规划管理”，“统筹工程建设，提高建设水平”，“加强改造维护，消除安全隐患”，“开展普查工作，完善信息系统”，“完善法规标准，加大政策支持”，“落实地方责任，加强组织领导”六个方面全面完整地提出了具体的指导意见。

二、地下管线建设管理问题分析

经过对多个城市的调研和不同历史阶段我国地下管网情况的梳理，导致地下管线发生事故的因素如图1所示。

管线事故贯穿管线数据全生命周期过程，除了因为地质灾害、防腐层腐蚀、自然老化等非人为因素之外，主要是由下述问题导致的：

1）体制机制方面，这包括权属单位协调难度较大、施工流程监管不严、审批环节缺失等，这使得后续跨部门协调机制和数据更新机制都难以建立。虽然国内部分城市已建了地下管线综合数据库和信息系统，但是大部分都未真正实现成果共享，没有发挥应有的数据价值，大部分在普查结束，建库结束后就静止为“僵尸”数据库和系统。据2012年初步统计,浙江省11个市中10个市已进行地下管线普查，其中虽然有7市已向城建档案机构移交了管线的档案信息，10市中只有1市的城建档案机构提供地下管线档案信息的对外利用和服务。

图1 管线数据生命周期

2）数据资源获取、感知，监测、信息系统方面，燃气、自来水、井盖等设施各异，难以监测和数据上传。存量管线探测、增量的竣工测量较专业，需由专业测绘单位完成。已有管线管理系统技术架构陈旧，无法适应机构变化和流程调整，没有兼顾移动应用、位置服务的需求。地下空间管理是典型的三维地理信息应用，传统管线管理模式用户体验较差，操作繁杂，更新模式单一。

三、智慧管线解决思路

首先，应优化体系机制；其次，监测预警系统是智慧管线的发展重点。

地下管网监控绝大部分不具备可见光基础，并且大量信息无法通过监视器获得，例如有害气体浓度、液体的温度等。所以配置专业化的地下管网监测设备和传感器将提高地下管网安全运营水平，为城市市政和权属单位提供维修或翻新的基础数据，政府和权属单位进而快速决策，对有安全隐患的管线或基础设施进行维修或重建，将安全风险降低。在借助各类物联网传感器的基础上，借助4G及专业的通信手段，将异构的传感信息技术发送运营中心。

北斗可用于燃气管线日常巡检，泄漏监测、防腐检测、施工管理、应急抢修等。

地下管线有天然的三维空间特性，黄岛事故就是因为中国石化集团方面没有及时获知到输油管网下面的排水沟渠的现状，才导致了后来悲剧的发生。传统的地下管线二维GIS系统难以实现上述需求，难以直观了解地下基础设施空间关系，近年来，随着专业技术和计算机技术、VR技术的发展，使得地下管线的三维可视和数字可控成为可能，逐步向着“规划标准化、建设可视化、运营自动化、管理体系化”方向发展。在整个项目规划、建设和实施过程中，均可全程采用三维建模、三维GIS的方式整合和管理数据，如图2所示。

图2 管线三维GIS模型

运用三维地理信息技术，将设计图纸转化为三维模型；再通过先进的测量技术将现场环境和工程实体数据测量转化为实体三维模型，实现实体模型与设计模型的实时对比，及时了解建设过程中实时信息，对整个建设阶段进行可视化的管理。一旦地下管线普查和数据采集完成后，所有的数据均要按照住建部的最新标准《城市地下管线探测技术规程-CJJ61 2003》进行，掌握埋深等高程信息，确保数据质量和规格，为后续三维GIS系统应用奠定基础。

四、智慧管线建设总体技术框架

通过对地下管网建设管理现状的调研和分析，结合当前信息化和智能化的发展趋势，从政府和各个管线权属单位角度，提出了智慧管线的初步定义，那就是针对我国城镇化进程中城市地下管线及基础设施建设管理的战略需求，围绕机制体制优化，创新运营模式等核心议题，借助北斗系统、地理信息系统，物联网、地下综合管网基础数据库和各类应用系统等技术成果，使地下管线从规划建设、安全运营维护、应用管理、数据信息长效更新、共享服务等全生命过程都做到有章可循、有法可依、高效管理，真正实现城市地下管线信息的即时交换、共建共享、动态更新。

在具体实践和应用过程中，提炼和总结出的总体技术架构如图3所示。

图3 智慧管线建设总体技术框架

管网体系结构包括数据普查、建库，综合数据库建立，满足政府需求的综合地下管线信息系统，满足不同权属单位的专业管线信息系统。其中政府部门的用户包括规划、建设、城管、应急办等多个部门，权属单位包括供水、燃气、电信企业等。目前各个权属单位的专业地下管线系统已开始应用多年，专业管线系统专业性强，不同的管线材质需要不同的传感器来感知压力、温度和各种状态。而目前最为迫切是城市一级的综合地下管线信息系统。

城市综合管线数据库实现对给水、排水、燃气、电力、电信、广播电视、热力、工业管道等管线的空间坐标数据和属性数据的统一管理，数据库包含管线的走向、性质、规格、材质、埋设时间、权属单位等属性数据。

城市综合管线信息化管理建设首先需要将智慧管线作为一个整体加以规划建设，而不应人为地孤立和分割信息，并对已有分布在城市不同单位、不同类型、不同形式的地下空间资料进行整合，并通过综合管线普查或对现有资料整理来摸清综合管线的空间分布及属性信息，并建立综合管线数据库。建立管线数据更新体制，通过综合管线信息管理系统将竣工测量数据更新到综合管线数据库中，保证综合管线信息的现势性。在综合管线数据库的基础上，建设智慧管线综合管理平台和共享平台，提高智慧管线管理、科学决策、以及公共基础设施突发事件监测、应急反应和指挥决策的能力。