城市地下管网综合管理信息化研究及应用

王海燕 胡婷 谢燕

摘要：针对城市地下管线安全问题，利用航天系统工程理念，开展面向城市地下管线全生命周期管理和安全管理的整体解决方案的研究，建立地下管线综合管理系统、综合管廊管理系统、地下管线和综合管廊大数据分析应用系统、地下管线及综合管廊管理数据库、地下管线及综合管廊管理体系及标准体系，研究成果将有效提升城市地下管网线综合管理水平。

关键词：综合管理；智慧管网；智慧管廊；数据共享

中图分类号：TP311文献标志码：A文章编号：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

按照國家关于加强城市地下管线综合管理的相关要求，针对“马路拉链”、“城市看海”、“管线爆炸”及“窨井吃人”等突出问题，应用航天系统工程理论和技术优势，通过使用物联网技术，在地下管线以及相关附属设施上部署传感设备，通过管网综合管理信息系统建设，实现城市综合管线管理、全生命周期管理以及安全管理[1]，支撑标准规范和规章制度建立，构建了地下管线综合管理整体解决方案。在山东省德州市完成全国首个城市地下管线综合管理试点项目的基础上，与北京、江苏、四川、内蒙及新疆等多个城市开展了地下管线及管廊综合管理方面的合作，取得了较好成效。

1整体方案

产品数据是PDM系统的核心，而数据备份作为一种数据安全策略，确保了原始数据的一致性和安全性，在灾难和故障发生时能有效恢复原有数据，是避免数据丢失和保证数据安全的基本保障。

对于PDM系统而言，系统数据是不断扩展的，对此类系统进行数据备份所需要的容量往往是难以预计的，若采用传统数据备份方式，则需要随着数据量的不断扩展进行设备的更新，就提升了数据备份的成本。针对传统备份系统不足，基于现有PDM系统数据存储方式的基本现实，结合云存储采用廉价的设备构建集群，实现数据的分布式存储，降低数据备份的成本，实现集群的无缝扩展的特点，设计了PDM数据存储系统，如图1所示。

2智慧管网

2.1应用架构

针对各类城市地下管线及市政设施，基于普查、隐患排查、精确定位及物联感知等工程建设，面向政府部门构建管线GIS、规划、建设、安全预警与监管及应急处置等一体化综合管理平台[2]，面向管线权属单位建立专业管线管理系统，实现政府部门、管线权属单位的业务协同与应急联动，如图2所示。

2.2综合管理系统

综合管理系统能够实现地下管线的统筹规划与建设管理、地下管线的安全监管和预警及政府应急处置能力与专业管线智能化系统集成，如图3所示。

2.3专业管线智能化系统

（1）智慧供水

以GIS子系统为基础，实现水源及供水设备的监测，以及水力模型和漏损控制的应用，从而达到安全供水、节能降耗和降低漏损，提高供水服务水平和业务管理水平。

（2）智慧排水

针对污水处理厂、中水厂、雨水泵站、雨水调蓄池、用户排污口、入河排水口、内涝点、雨水管道、污水管道和水质监测点进行在线监测、预警及应急处置。

①排水监测子系统：将排水管网、泵站、污水厂以及河道监测数据集成到一起，并与GIS平台进行集成，实现监测信息的实时查询与显示、报警数据与历史监测数据统一存储与管理，利于管理者对相关资料做全面的统计分析，为其他系统提供数据支持[3]。

②排洪模型子系统：综合城市降雨过程、地面径流水文过程、地下管道排水能力和地表积水情况，构建排洪模型，以科学准确的方式分析城市内涝的影响范围、积水深度、积水量和积水时间等致灾因素，从而为内涝防治对策和应急抢险预案的制定提供指导和依据。

③防洪抗旱指挥子系统：当发生洪水和出现严重干旱时，则通过防汛指挥子系统迅速采集和传输水情、雨情、工情、旱情和灾情信息，并对其发展趋势作出预测和预报，经分析制定出防洪抗旱调度方案，指挥抢险救灾，有效地运用水利工程体系，努力缩小水旱灾害范围，最大限度地减少灾害损失。

（3）智慧燃气

①燃气监测子系统：以管网GIS为基础，对燃气门站、输气管线以及调压箱等燃气系统进行实时监测，实现燃气运行的安全管理。

②燃气管网监控预警子系统：辅助燃气企业对场站和管网进行监控，同时也可实现对管网的调度、预警以及控制，提高燃气企业的整体管理能力，加强燃气管网的安全系数，起到降低企业运营成本的作用。

（4）智慧热力

①热力监测子系统：以管网GIS为基础，实现对热源、管网、换热站及供热参数的自动采集，集中远程监测，根据负荷变化自动调节供热量，为用户热网节能和安全运行提供保障。

②热力水力平衡分析子系统：在热网运行状态发生变化时，系统能够及时进行计算分析可以获得在各种负荷条件下换热站和热用户等的热量需求、各种负荷状态下的压力、流量和温度的分布。

③分户计量控制子系统：通过用户热量表法及温度面积法等热计量分摊方法，实现分户计量，同时系统通过对室内温度的远程干预，达到用户自主节能和干预节能的目的。对室温的采集和监测实现换热站环境温度补偿转变成用户室温补偿，杜绝用户从回水管路放水盗热的情况。用户室温情况实时监测，变被动服务为主动服务，提高供热服务水平，从热源到用户末端按需分配[4]。

2.4大数据分析应用

将城市地理信息数据与城市地下管线相关业务数据进行集成与融合，按照统一的编码规范生成一张二三维一体化的综合电子地图，并对外提供“一张图”共享服务，为各应用系统提供统一的二三维可视化应用，实现在“一张图”上综合分析与展现地理信息、管线信息、综合规划信息、隐患信息、在线监测信息、预警信息及应急处置信息；实现地下管线健康预测、应急仿真、排洪及漏损监测模型等大数据应用，实现综合管廊规划建设、健康预测、运行状态及安全分析等大数据应用[5]。

2.5地下管线及综合管廊管理数据库

建立地下管线及综合管廊管理数据库，形成数据共享与交换机制，实现政府部门和各权属单位之间在管线数据与规划、建设、隐患、监测和预警数据的共享与交换；形成数据更新与分权查询机制，实现管线新建及改建后数据实时更新，为政府部门及各权属单位提供管线各类信息分权、准确查询与应用服务[6]。

3智慧管廊

3.1应用架构

面向政府部门、管廊运营单位和管线权属单位，建立包括管廊三维GIS、规划与建设、管廊监控、运营管理和应急联动等功能的综合管廊管理系统[7]。实现综合管廊的规划管理、项目管理和档案管理，实现集环境、设备、管线、安防和消防为一体的监控数据海量存储及实时监控，建立管廊运营、安全预警、应急处置及应急联动管理体系，如图4所示。

3.2应急联动

应急联动主要有以下7个系统。①联动门禁系统：自动开启电子锁，保证各出入口的通暢；②联动视频监控系统：调动摄像头，切换监控中心大屏幕上的图像画面；③联动通风系统：包括送排风机、排烟风机、排烟阀和排风阀；④联动管网阀门：关闭上水、燃气及热力等主管线阀门；⑤联动非消防电源：避免事故通过供电系统进一步扩大；⑥联动排水系统：冷、热水管廊发生突发事件，立即启动排水系统；⑦应急通信系统：监控中心与现场处理事故救援人员进行联络，联动公安、消防、天燃气、热力及自来水等各专业管理公司统一行动。

4结束语

围绕生命周期和安全管理2条主线，研究构建了城市地下管线综合管理信息化整体解决方案、地下管线综合管理系统和综合管廊管理系统，建立了地下管线及综合管廊大数据分析应用系统和地下管线及综合管廊管理数据库，形成数据共享与交换、数据更新与分权查询机制。建立地下管线综合规划、统筹建设、运营管理、运行监管及应急保障等五大综合管理体系和地下管线普查及隐患排查、精确定位、物联感知和综合管理平台四大技术体系，包括数据共享、信息技术、工程实施和规章制度四大类，共计17项标准规范在内的地下管线综合管理标准体系。

参考文献

[1]国务院办公厅.国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见27号[R].2014.

[2]耿继军.城市智慧管网信息系统的设计与研究[D].抚州：东华理工大学，2016.

[3]古鑫华.城市地下天然气管网监测系统研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2017.

[4]周青.城市集中供热智能化与智能热网的构建研究[D].济南：山东大学，2015.

[5]李伟.物联网：影响未来[M].北京：中国发展出版社，2011.

[6]毕开春，夏万利，李维娜.国外物联网透视[M].北京：电子工业出版社，2012.

[7]徐勇军，刘禹，王身.物联网关键技术[M].北京：电子工业出版社，2012.