数字化技术在供热管网管理中的应用与创新

张春雨

（山东省东营市鲁源热力有限公司）

1 引言

供热管网是城市地下管线基础设施的重要分类，是城市运营与发展的生命线。近年来城市建设规模不断增加，供热管网的体量也在不断扩张，为更好地适配城市建设与发展的需要，在庞大的用户需求下，供热管网不断地进行了扩容与改造、更新与升级，给供热管网管理的精细度与时效性带来了诸多挑战。

2 供热管网管理存在的难点

供热管网管理涉及诸多内容，包括收费供热管理、管网建设与更新管理、管网运维养护管理等。其中管网建设与更新管理是供热管网管理的基础，用户供热需求的与日俱增衍生出大量的管网扩容与改造，传统的纸质记录方式与人工管理模式在管网更新升级时存在脱档问题，供热管网建设与改造的相关资料一旦管理不当出现遗失会导致供热管网的管理缺乏抓手与依据。同时，纸质的供热管网数据与资料直观性较差，调用与获取的便捷性较低，不少资料的属性数据与必须填写内容缺失，导致供热管网建设与改造的相关数据更新不及时，且数据描述与表达的准确性较差，不利于直接、快速地利用关键词进行精确检索与模糊查询[1]。传统的供热管网数据管理多以二维平面管线图为核心，供热管网的若干属性如管道材质、管径大小、管道埋深、节点坐标等均无法统筹管理与直观可视化呈现，不利于供热管网建设与更新的统计与分析。在管网运维养护管理方面，传统的运维养护模式以供热管网泄漏等事故的处理为主，预测、预警、预防工作缺少抓手与依据。供热管道多位于地表以下，且与其他地下管线如电力管线、排水管道、给水管道等交错分布，日常巡检的覆盖面有限，通过人工巡查发现供热管网故障问题这一模式的实用性不高。供热管网管理部门无法根据管网的实时运行与工作状态预测管网泄漏、断裂等事故的发生，并提前采取应急措施加以养护与维修，加大了供热管网巡检管理与事故预警的难度，也不利于从管道故障数据中分析提炼故障发生规律，不利于应急抢修资源的合理调度与科学处置，影响供热管网管理的安全性与高效性[2]。

3 供热管网管理中的数字化技术应用

将数字化技术应用在供热管网管理中，利用传感器设备、自动控制系统、GIS 技术、调度算法等对供热管网进行数字化建设与数字化管理，可以切实推动供热管网的建设改造、供热调度、线路监测、故障预警、日常巡检等向自动化与智能化方向发展（见图1）。

图1 供热管网巡检GIS系统

3.1 供热管网一张图管理

供热管网一张图管理是利用GIS 技术、三维建模技术、空间数据库技术等对供热管网以矢量地图的形式加以呈现与展示。将供热管网根据数据结构分为管线、管点、管面，其中管线与管点是最基础的数据结构，若干管点与管线构成片区内的供热管面。管线数据包括起始管点、终止管点、管道半径、管道材质、管道埋深、管道长度等属性数据，管线空间数据表示为两个管点之间的连接线[3]。管点数据包括精准的经纬度坐标、所连接的管线编码、管点类型等属性数据，管点空间数据表达为点状要素。通过将供热管网从逻辑层面进行抽象，形成由管点与管线形成的管面，在二维矢量地图层面直观显示供热管道的空间分布、管道走向、空间关联关系，并为各管线与管点添加相应的属性数据，以便管理人员利用供热管网一张图系统直观浏览供热管网数据，空间查询、快速定位到某条供热管道并通过图属关联查询获知管道的属性数据。在供热管网一张图的基础上，管理人员可以更加便捷、多样地对供热管网进行管理与分析，如利用地图测距功能实现管点之间的最近距离，利用缓冲区分析法查询出特定区域内包含的供热管线与管点数据，扩容或改造的管道可实时在一张图系统中进行空间数据与属性数据更新，以便统计供热管网建设与改造的工作量，实时查看改造的台账资料等。在供热管网一张图管理系统的基础上，引入三维建模技术对供热管网进行三维建模与可视化，从三维立体层面可视化展示出不同埋深、走向的供热管网空间分布格局，以便关联人员便捷地进行供热管网二三维切换与空间漫游。

3.2 供热管网运行监测管理

在供热管网一张图管理模式的基础上，引入传感器设备与物联网技术构建供热管网运行监测管理系统。在供热管网的关键管点与管线部位布设安装压力测量表、温度传感器、流量传感器等设备设施，利用上述设备设施实时采集供热管网的运行状态及运行参数，动态、客观、准确地反映供热管网的运行情况。例如利用流量传感器实时监测供热管网节点的流量，根据不同节点的流量推算出各供热管道段的参数变化，辅助分析供热管道的管损情况，并及时对流量变化较大的管段进行热力泄漏预警。通过传感器的布设以及供热管网实时数据的采集，可以构建出集管道或节点的若干属性数据于一体的属性模型，包括压力、温度、流量、干度、冷凝水量等。基于供热管网属性模型，可为供热管网运行状况监测提供客观数据分析，供热管网管理人员可利用运行监测管理系统以及属性模型科学分析供热管道的保温情况、老化情况，并推测出故障处的管道段定位，转变传统供热管网管理以故障检修为主、预警预防为辅的模式，提高供热管网故障问题的提前发现、提前警示、提前干预与处理，有效延长供热管道的使用寿命。例如，利用供热管网运行监测管理系统对供热管网的管道通流蒸汽量、蒸汽干度数据进行实时采集与预处理，分析通流蒸汽量是否低于管道设计流量的30%，蒸汽干度是否低于85%，利用水冲击判断算法科学评判上述数据的实际表征，若是上述数据均低于相关阈值，则供热管道容易因冷凝水而产生积水现象，若是管道长时间处于积水状态，容易导致水冲击事故。在利用供热管网运行监测管理系统进行管网运行状况动态监测与科学分析的基础上，利用远程自动控制技术对供热管网的启停与冷却状态进行控制，根据管网运行状况分析结果提炼出管网运行异常，从而自动化控制管网的运行状态，最大限度地减小管网故障率。

3.3 供热管网巡检管理

传统的供热管网巡检工作以人工为主，巡检人员工作时若是遇到故障点，须将故障点的相关信息进行描述，以便运维养护队伍精准找到此故障点加以维修。但人工巡检时，供热管网故障地点描述不准确，拍照时周边缺少鲜明的参照物（建筑、桥梁、路标等），导致后期施工人员现场维修养护时需要花费大量的时间找寻故障处。同时，巡检人员反馈故障问题线索后，问题转办情况、整改情况等缺少反馈与闭环，巡察问题线索维修台账更新动态性不够。供热管网管理人员需要耗费大量的时间在问题线索汇总、转办、统计上，工作效率低下且容易出错。将数字化技术应用到供热管网巡检管理中，每一个巡检发现的问题点位都可以唯一对应到一个三维坐标（经度、纬度、高程），利用问题点位与经纬度坐标的一一对应特点，以高德地图为底图，将巡查发现的问题点位按坐标精准标识，从而实现供热管网巡检发现问题点位在电子地图上的精准、可视化展示。问题点位管理除对问题点位进行增加、删除、修改、查询外，还应拓展点位可视化管理功能。如利用问题点位标记的不同颜色、不同尺寸大小表达供热管道的不同破损严重程度、不同整改进度等，提高供热管网巡检数据表达的丰富程度。此外，依托电子地图进行点位展示，可以在地图上清晰的看出哪条管道的破损最严重的，哪条管道的质量最好，哪个片区的供热管道质量问题层出不穷，哪一年新建或改造的供热管道管养成效更好等。每一位问题线索报送人登录系统后，可将现场巡查发现并记录的供热管道故障信息（文字+图片）实时录入到系统中，实现问题线索的及时发现、即时上传；可查看已报送问题线索的整改进度与整改情况，有效解决整改反馈缺回应的问题。问题线索汇总人可统筹管理所有报送的问题线索，包括增加、删除、修改、查询；可对报送的线索进行审核与打分；可统计所有巡察人员在不同时期内的报送情况、积分情况并自动按组、按人给出考核结果；可将问题线索转交至问题线索承办人账号；可查看已转交问题线索的整改进度与整改情况，有效解决供热管网巡查管理效率低下的问题。问题线索承办人可统筹管理所有转交的问题线索，包括增加、删除、修改、查询；可将问题线索转交给相应的维修养护人；可查看已转交问题线索的整改进度与整改情况。维修养护人可查看所有转交待整改的问题线索，并根据问题线索的三维坐标以及其他信息精准快速的找到供热管道故障处，以便高效开展维修养护工作；可将整改进度与整改完成情况实时上传至系统，实现巡察发现问题的整改反馈闭环。考虑到即知即报、即转即办的供热管网巡查工作要求，可在供热管网巡检管理系统中引入信息提示功能，如短信提示、APP 消息提示等，问题线索上传报送、转办、整改反馈等均可设置实时提示，提醒相应用户登录系统查看问题线索并付诸行动。

3.4 供热管网应急抢修管理

当管网中发生突发事故时，GIS 系统应能够为突发事故的紧急处理，为事故抢修提供辅助决策。事故抢修在管网中突发爆管时，能够根据热源分布情况以及节门状态，制定出合理的处理方案，及时排除故障。如果发现节门失效(损坏、失灵)，系统能够扩大关阀（二次甚至多次关阀）处理，找到停热用户与需关闭的节门，同时能够搜索出与停热有关的其他管网设备。系统采用准确的关阀搜索方案与优化算法，能够在最短时间内搜索出需要关闭的节门与停热用户，输出具有行业标准的节门启闭通知单、用户停热通知单，维修、施工现场图。大大提高抢修人员的工作效率和供热企业的服务质量。

4 结语

数字化技术是在信息时代下的支撑性技术，其依托计算机技术将原有的纸质资料与数据进行数字化，助力各行业领域向信息化、便捷化、智慧化方向发展。将数字化技术引入到供热管网管理中，利用数字化技术天然的实时、先进等优势提高收费供热、客服中心、新用户入网、管网规划建设与更新、泄漏预警等供热管网管理方面的精准度、精细度与时效性，可为供热管网管理相关部门提供收费、调度、开发、监察、一线运行等提供技术支持与平台支撑。