高校地下管线信息化建设与管理初探——以清华大学昌平科研基地为例

韩 标 昝青锋 刘 俊 赵志号 张 挺

高校地下管线信息化建设与管理初探——以清华大学昌平科研基地为例

韩 标 昝青锋 刘 俊 赵志号 张 挺

[清华大学]

我国城市地下管线信息管理以及信息化发展近年来得到了快速发展，但仍存在发展不平衡、信息共享难等问题。高校校园地下管线信息化工作近年来也取得了显著进展。清华大学昌平科研基地作为一个新建园区，应在基地信息化建设中系统规划、统筹考虑地下管线信息化工作；严格坚持相关标准和规范，防范信息孤岛和数据烟囱；高度重视信息安全，采用具有完全自主知识产权的国产软件；建立长效机制，及时动态更新地下管线信息。另外，应探索向三维模式发展，向地下、地面、地上一体化发展，向管线监测预警预报和全生命周期管理发展，向辅助决策方向发展。

地下管线信息化；数据共享；信息安全；预警预报；辅助决策

城市地下管线是城市最重要的基础设施之一，被称为城市的生命线。城市地下管线信息，是城市规划建设和运维管理的基础。地下管线信息化建设是加强地下管线信息管理的重要方向。西方发达国家目前已基本实现地下管线信息化管理，近年来我国地下管线信息化发展也取得了显著进展，高校地下管线信息化发展也受到了广泛的重视。

一、我国城市及高校地下管线信息管理及信息化发展综述

（一）我国城市地下管线信息化建设发展历程

纵观我国城市地下管线信息化的发展历程，基本上是随着城市以及城市地下管线的发展而发展，大致可分为原始、起步、平稳发展、快速发展等四个阶段。[1]

原始阶段大致处于1990年代初期，中国城市现代化建设处于缓慢发展阶段，城市地下管线种类少、规模小。管线权属部门和城建部门都建有档案室，以保存管线图纸和相关资料，属于传统档案管理模式。

起步阶段大致处于1990年代中期，城市现代化建设步伐加快，地下管线种类增加，规模增大，功能逐渐复杂。制图软件和数据库技术的出现为建立地下管线数据库提供了可能。采用制图软件管理管线图形信息、采用数据库软件管理管线和管件属性数据是当时的主要做法，但是两种信息分别存储在不同系统，难以统一管理。

平稳发展阶段大致处于1990年代后期至2005年之间，当时城市化发展迅速，地下管线系统日益庞大复杂，底数不清、数据不准、精度不高等问题严重阻碍城市发展。当时地理信息系统（GIS）在欧美国家已广泛应用，中国GIS技术也开始发展。地理信息系统软件（如GeoMap、MapGIS等）因为具有将空间地理数据与属性数据结合的优点而广受欢迎，使管线空间信息和属性信息统一管理成为可能。

2005年以来，城市地下管线信息化建设进入快速发展阶段。随着相关政策与标准规范的相继出台，地下管线信息管理和信息化发展各自为政、信息“烟囱”、数据“孤岛”等现象有望得到克服，信息共享已逐步成为可能。

（二）城市地下管线信息化建设存在的问题以及近年来的进展

城市地下管线具有种类多、分布广、线路长、埋设密集、相互埋设关系复杂等特点，给其信息化建设和管理工作带来困难。虽然近来我国地下管线信息化建设工作取得了较快发展和显著成就，但是与城市经济水平和社会期望尚有较大差距，一些突出问题尚未根本解决。主要问题表现为：法律法规不健全，缺乏统一的管理机构和系统规划；信息资源产权部门化，共享困难；信息动态更新不及时，缺少长效保证机制。

法律法规不健全、统一管理机构缺位，是我国城市地下管线管理模式差异较大、发展不平衡、存在问题较多的根本原因。从管理体制看，市政部门、发改委、规自委、城建部门、路政和交管部门各管一块。从权属和运维看，自来水公司、电力公司、燃气公司、排水公司、热力公司分别负责供水、电力、燃气、排水和热力管线的运维；路灯管理处负责路灯管线的运维；有线电视公司负责有线电视管线的运维；移动、联通等公司等分别负责各自电信管线的运维。管理主体众多、各自为战，必然导致一系列问题的发生。

针对这样的情况，政府也一直在努力推进改革。国务院办公厅2014年6月发布文件（国办发[2014]27号），要求按照统一数据标准建立相关信息系统，以实现信息即时交换、共建共享、动态更新。截至2016年11月,北京市测绘设计研究院完成北京城六区4万公里地下管线摸底普查，水电气热等地下管线首次登记在“一张图”上。[2]2019年11月，住建部等四部委发布通知，要求加强数据标准化建设，建立数据共享以及同步更新机制，要求在数据共享以及动态更新上取得显著突破。

（三）高校地下管线信息管理及信息化发展状况

高校是城市的一个部分，高校地下管线信息管理及信息化工作，大体与城市相关工作同步。从目前检索、收集到的信息来看，高校地下管线信息化快速发展主要集中在2010年以后。2010年天津师范大学、2015年天津大学新校区弱电管网管理系统建成投入使用；2017年南开大学、2018年山东大学青岛校区地下管网综合管理平台建成投入使用，实现校园地下各类水、电、气、暖、弱电管网资源可视化呈现。2019年6月清华大学校园弱电管网管理系统建成投入使用。这些系统的建设使用，有效提升了管理效率，并为资源优化和科学决策提供支持。

二、清华大学昌平科研基地基本情况及地下管线现状

清华大学昌平科研基地位于昌平区南口镇，距学校本部约40公里，距昌平城区约9公里。东邻北京警察学院，西接北京化工大学，南至辛力庄村、龙虎台村，北至虎峪村。基地包括一期、二期及始建于1960年的核研院，一期A地块于2019年11月竣工交付、B地块正在建设。整个基地总占地面积约2700亩，建筑面积130万平方米（图1、2）。规划入住师生8000人，第三方服务机构800人。基地建设工作于2013年启动，是学校“十三五”规划的重点项目。

图2 昌平基地规划效果图

一期A地块目前投入使用的地下管线有强电、路灯、自来水、中水、雨水、污水、弱电、消防水、热力、电信、燃气等管线。A地块交付后的零星建设中，已数次发生水管、电信光缆被挖断等事件。如果在大量师生入驻、大量研究工作已开展的情况下发生类似事件，后果不堪设想。由此可见，查清地下管网现状、建立综合管理信息系统，不仅是政府要求，也是基地管理内在需求。目前基地一期A地块竣工交付不久，其他部分还处于建设期，相关图纸资料比较齐全，底数比较清楚，正是进行管网信息化的有利时机。通过信息化手段将地下管网位置路由和使用状况实时直观呈现，将显著提高效率，减少失误。昌平服务中心已申请立项启动基地地下管网信息化工作，目前正在推进中。

三、清华大学昌平科研基地地下管线信息化应注意的问题

（一）地下管线信息化建设和管理，应置于基地智慧化建设视域进行系统规划统筹协调

坚持智慧化基地建设，是学校对于昌平科研基地的要求，也是昌平科研基地的发展方向。当前基地智慧化建设的一个难点在于，基地的运转模式、管理方式和业务流程等很多方面，都是全新的，甚至有些内容目前还是未知的，有待于管理服务机构和入驻院系在实践中共同探索。在这样的情况下推进智慧化建设，只能坚持实事求是原则，摸着石头过河。任何急躁冒进、急于求成、盲目决策、轻率作为的做法，都将适得其反。应坚持一个目标、一张蓝图、分步实施、逐步融合的总体战略，克服“重建设、轻管理”“重地上、轻地下”“重展示、轻实用”“重眼前、轻长远”等陈旧落后观点，坚持系统思维、科学规划和全生命周期管理，有序推进基地智慧化工作，并与学校本部数字校园智慧校园建设协同融合，有序推进基地地下管线信息化工作。

（二）应严格坚持相关标准和规范，防范信息孤岛和数据烟囱

限于当前城市地下管线信息化发展现状，对于昌平科研基地而言，有些情况依然无法避免，比如园区中通信光缆是中国移动、中国联通、中国电信的，燃气管道是燃气公司的，电力电缆是电力公司的。但是园区管理由昌平服务中心全面负责，统筹协调地下管线信息化工作有便利之处。国家以及地方层面的相关标准和规范的陆续出台，如《基础地理信息数据基本规定》（GB21139-2007）、《基础地理信息数据库基本规定》（CH/T 9005-2009）、《信息技术地下管线数据交换技术要求》（GB/T 29806-2013）、《地下管线数据建库标准》（DB11/T 1452-2017）等，有效促进了地下管线信息化发展的标准化、规范化。

昌平科研基地地下管线信息化工作中，一定要严格遵守相关数据标准和规范，防范信息孤岛和数据烟囱，确保相关信息互通互联信息共享。

（三）高度重视信息安全，全部使用具有完全自主知识产权的国内软件资源

地下管线信息具有特别重要价值。如果这些信息被不法分子或者敌对分子获取，将对城市安全造成巨大威胁。住建部和国家保密局明确规定了部分相关地下管线信息为国家秘密，保密期限为长期。[3]因此，地下管线综合管理信息系统的安全保密工作意义重大。

在地下管线信息化过程中，应同时设计、建设、使用信息安全防护体系，进行网络安全、运行安全、数据与应用安全等方面的技术防护，通过安全技术措施实现数据中心安全防护、数据共享体系与对外扩展应用接口防护、数据管理与备份等。

另一个需要高度重视的问题是，早期数据库软件和地理信息系统（GIS）软件，基本上都是国外开发的。好在上世纪90年代以来，国内也研发了具有完全自主知识产权的地理信息系统软件，国内也有企业另辟蹊径，发展了地下管网信息化专业软件。地下管线信息化发展应该努力采用完全国产具有完全自主知识产权的软件系统。

（四）建立及时动态更新地下管线信息的长效机制，确保数据现势性

此前我国大部分城市都开展过地下管线普查，并建立了综合地下管线数据库和信息应用系统。随着城市的快速发展，如果缺乏地下管线信息动态更新的长效机制，那么新建、改建、扩建和废弃的地下管线资料就不能及时完整更新到数据库中，几年过后，地下管线数据库就不能反应实际情况，不能为城市规划、建设、管理、应急和防灾减灾提供应有的信息支撑。昌平科研基地本身就处于逐步建设的发展过程中，所以必须建立及时动态更新地下管线信息的长效机制，明确责任部门，建立相关管理及经费保障制度，确保数据现势性。

四、清华大学昌平科研基地地下管网信息化发展的建议

（一）从二维模式向三维模式发展

传统地下管线信息系统大多基于二维GIS，而三维GIS则可以带来更多的提升，例如，强大的可视化功能和量算分析功能，这些新特点具有很高的实用价值。目前三维GIS在地下管线信息化建设和管理中已经有了比较广泛的应用，已经成为高校地下管线信息化发展的方向。

（二）从地下向地上、地面、地下一体化方向发展

传统地下管线管理系统仅表达地下空间，或者使用切换的方法分别表达地上与地下空间。随着应用整体性需求不断加强，管线表达已经不仅局限于地下，而是向地上、地面、地下一体化方向发展。这也是当前管线信息化建设的一个方向。通过BIM和GIS的结合，实现全三维空间一体化数字化，已经有不少成功案例。当然，也有通过GIS技术实现地上、地面、地下一体化的成功案例。

（三）从线路管理向预警预报方向发展，向全生命周期管理发展

传统地下管线信息管理以管理静态信息为主，仅仅表达了地下管线是否存在、如何走向的问题。而由于管道损坏、腐蚀等原因，漏水、漏气等泄漏问题普遍存在，不仅造成损失，还存在严重安全隐患。2013年山东青岛“11.22”特大事故[4]、2021年湖北十堰“6.13”重大事故[5]的直接原因都是地下管道泄漏。

随着物联网技术和传感器技术飞速发展，目前已经实现对气体浓度、尘埃度、水量、火焰、音频、视频等复杂参数的数据采集。物联网传输技术也得到迅速发展并实用化。地下管线的渗漏检测和防腐检测以及地下管线内传输物质运动状况监测已经不存在技术上的问题，地下管线信息化由线路管理向状态监测、预警预报和管线全生命周期监测发展，也是地下管线信息化发展的必然方向。

（四）向多层次、多方位支持辅助决策方向发展

随着大数据、云计算、物联网以及人工智能的发展，管线信息应用不再局限于传统的查询浏览，而正向多层次、多方位支持辅助决策系统方向发展，在城市规划、公共安全、应急管理等方面发挥更大的作用。昌平科研基地作为新建区，有条件在后续规划和建设中同步建设地下管线信息系统，并发挥辅助决策作用。

[1] 杨伯钢， 张保钢， 陶迎春， 龙家恒.城市地下管线数据建库与共享应用[M].北京：测绘出版社，2011.

[2] 北京市测绘设计研究院.北京市测绘设计研究院已完成北京城六区4万公里地下管线摸底普查[J]. 北京测绘，2016（06）：2-2.

[3]吴克松，颜春城 ，马力． 地下管线综合管理信息系统的安全防护[J]． 城市勘测，2020( 05) : 90-94．

[4] 中华人民共和国应急管理部. 山东省青岛市“11•22”中石化东黄输油管道泄漏爆炸特别重大事故调查报告[EB/OL].（2014-01-10）[2022-0708]. https://www.mem.gov.cn/gk/sgcc/tbzdsgdcbg/2013/201401/t20140110_245228.shtml.

[5] 湖北省应急管理厅. 湖北省十堰市张湾区艳湖社区集贸市场“6·13”重大燃气爆炸事故调查报告[EB/OL].（2021-09-30）[2022-0708]. http:// yjt.hubei.gov.cn/yjgl/aqsc/sgdc/202109/t20210930_3792103.shtml.

基金课题： 昌平科研基地地下管网信息化建设与管理研究（2021年清华大学办公室业务研究课题）

（责任编辑：赵相华）