基于市政管线与庭院管线的智能化管理

曾 致，刘 恒

（1.西安市勘察测绘院，陕西 西安 710054；2.中煤航测遥感集团有限公司，陕西 西安 710054）

0 引言

城市地下管线作为市政基础设施的组成部分，承担着城市物质、能量和信息传输的枢纽作用[1-4]。而随着科学理论和工艺技术的发展，人们对城市交通、建筑及其附属物不断进行完善，地下管线敷设种类、长度以及密度也在不断增加。同时，由于地下管线的隐蔽性及管理水平滞后，城市建设过程中地下管线破坏会导致给水、电力、燃气、军用光缆等系统的瘫痪，严重影响城市运营以及国防安全。

近年来，随着中国市政管网普查工作的发展，庭院管线成为智慧城市建设的一个焦点和重点[5]。庭院管线是连接城市主干市政管道与个别用户住宅、商业建筑或工业设施的管道网络，主要负责将水、天然气、电力、通讯信号、排水等基础设施服务从主要市政网络细化并输送至最终用户[6-8]。庭院管线作为市政基础设施的重要组成部分，承担着城市提供的公共服务直接引入到用户日常生活和工作空间中的关键角色。但由于庭院管线的复杂性和特殊性，以及与庭院管线的布局和状态可能因年代久远而缺乏准确记录，这增加了对现有管线进行智能化升级的难度。目前，随着数字信息、智慧城市、新型基础测绘和实景三维的发展，地下管线智能化管理正在经历一场历史性的改革。这些先进技术的应用，不仅提高了地下管线的管理效率，还极大地增强了城市管理的智能化水平，这也为庭院管线创造了机遇。以往的学者仅仅从市政管线的角度进行研究和探讨，而对庭院管线这一领域的关注相对较少。因此，文章结合智慧城市的建设理念与现代信息技术，深入探讨了市政管线与庭院管线的联系及其智能化管理的重要性。

1 市政管线与庭院管线构成

1.1 市政管线

1.1.1 市政管线定义

市政管线是指布设在城市公共区域内，负责输送水、电、燃气、热力、通信等资源的管道和线路。这些管线属于城市基础设施的一部分，是连接城市各个区域的主要线路，负责从资源生成或接收点向广大用户或分支管线输送资源。市政管线通常由城市管理部门或相应的公用事业机构负责规划、建设和维护，并且服务于整个城市的居民和商业单位。

1.1.2 市政管线分布特点

（1）种类丰富。市政管线涵盖了从供水、排水管道，到电力、燃气以及通讯等多个不同的基础设施类型。

（2）分布密度高。在城市的道路沿线，市政管线密集布设，充分利用了人行道和非机动车道的有限空间，这种高密度的特点在人口密集区更加显著。

（3）系统性强。尽管市政管线种类繁多，但都是按照既定的系统性进行规划和布置的。这种系统性确保了管线网络的稳定性和效率。

2.4.2 亚组分析 根据研究人群所在不同地区进行亚组分析，有 11 项研究［4‐5，9‐10，13‐14，17‐19，21］人群所在地区为亚洲 ，5 项研究［11‐12，15‐16，20］人群所在地区为非亚洲。亚组分析结果显示，在亚洲地区，糖尿病肿瘤患者发生CIPN的风险高于非糖尿病肿瘤患者，差异有统计学意义（OR=1.65，95%CI=1.28～2.12，P=0.000）；在非亚洲地区，糖尿病肿瘤患者发生CIPN的风险高于非糖尿病肿瘤患者，差异有统计学意义（OR=1.65，95%CI=1.08～2.53，P=0.020），见图2。

（4）空间复杂性。特别是在市中心的广场和交叉路口，管线的布设尤为复杂。由于地下管线规划和管理的挑战，不同的管线可能会相互交缠，形成一个复杂的三维网络。

（5）主线导向。城市公共区域地下的市政管线尽管错综复杂，但它们通常围绕若干主线展开，这些主线是整个管线网络的支柱，通常长度较长，是连接城市的关键通道。

1.2 庭院管线

1.2.1 庭院管线定义

庭院管线指私人房地产（如住宅、工厂、办公楼等）内部的管线系统。主要包括内部的供水、排水、供电、燃气、通信等管道和线路，是从城市的主管线接入的分支，服务于特定建筑物或建筑群内部的需求。庭院管线的规划、建设和维护一般由物业管理者或房地产所有者负责。

1.2.2 庭院管线分布特征

（1）管线种类多样性。随着城市发展，地下管网功能不断完善，其种类也随着增加，主要包括供水（给水、中水）、排水（雨水、污水、雨污合流）、燃气、供电（电力、路灯）、热力、通信（电信、移动、联通、网通、广电、军用）等。

（2）管线分布复杂性。庭院管线在建设、施工以及后续管网功能补充的过程中，受到各种因素影响，小区管线建设位置、深度、空间交叉具有很大的灵活性和不确定性。其管道分布具体表现有空间分布密集、走向平行并列、上下重叠和纵横交错、组合复杂等。

（3）管道管径及材质的多样性。庭院管线应其特殊的应用环境、实际用途、流量需求、环境条件、美观性和环保性能等要求，其管径和管材的选择也具有多样性。例如：供水管道管材有铸铁管、球墨铸铁管、聚乙烯管等，管径包括30～400 mm等，排水管道管材分为砼管、聚氯乙烯管、聚乙烯管、铁管等，管径包括100～800 mm等。

（4）管线权属单位的多元化。在庭院管线区域，地下的各类管道归属关系通常呈现出错综复杂的格局。部分社区内的管路系统可能分别归属于社区物业管理或者综合后勤机构的管辖之下，而小区内的管道和城市的基础设施管网直接连接，从而受到城市市政管理部门的直接监管。同时，每个部门管线敷设工艺和管理方法不同，以及缺乏良好的协调沟通和统一管理机制，导致协调难度增加、责任划分不清、信息共享不足，以及维护成本增加等，使得管道敷设随意性和管理混乱。小区管线的多头管理带来特定风险，这些风险可能会威胁到管线的安全性和整体的服务质量。

（5）探测环境复杂。小区管线探测面临着一系列复杂因素，这不仅提高了探测的难度，也增加了作业的风险。例如，多样化的探测障碍，管线井长时间被占据，严重影响探测作业；管线信息不完善，由于历史记录的缺失或不完整，部分管线的具体位置和状态可能并不明确；井的淤积和填埋情况会对探测造成干扰等。

1.3 市政管线与庭院管线的关系

市政管线作为主要的输送通道，将水、电、燃气等资源输送到各个区域，这些资源到达特定的住宅区、商业区或工业区时，通过庭院管线进一步分配到各个独立的单位或家庭内部。在实际应用中，市政管线负责宏观层面的分配，而庭院管线负责微观层面的具体使用。两者相辅相成，共同构成了城市运作的基础设施网络。此外，市政管线和庭院管线的维护和修理也需要各自负责的部门密切配合，以确保整个供应系统的效率和安全。

2 市政管线与庭院管线智能化管理基础

随着城市化进程的加快，市政管线与庭院管线智能化管理已成为提高城市运营效率、保障公共安全和改善居民生活质量的重要基础。智能化管理体系的建立，旨在通过先进的信息技术和自动化技术，实现对管线全生命周期的实时监控、分析、调度和优化，以达到精细化管理的目的。

2.1 开展庭院管网普查

在城市管理中，地下管线普查是确保基础设施完整性与安全的关键步骤[9-11]。虽然市政管线的普查工作已圆满完成，但庭院管线普查工作进度滞后，未对其进行系统地检查和评估。庭院管线主要目标是确定管线的准确位置、规格、类型和状态，通过数据普查，可以发现潜在的问题，提前采取维修或更换措施，防止更大的事故发生。此外，普查也有助于更新和优化城市基础设施的数据库，对发现问题的管线采取临时修复措施，并制定一个长期的维护和更新计划，为未来的城市规划和发展提供准确的参考信息。

2.2 推动数据实时更新

目前，大部分城市通过建立市政地下管网信息平台，实现了管网数据的实时动态更新，这对于提升城市基础设施的效率和安全性起到了关键作用[12-13]。然而，庭院地下管网还未能建立自己的信息化平台，同时也没有接入市政的管网信息平台。这种分离的状态会导致信息孤岛的产生，从而影响紧急响应的协调性和效率[14]。

政府部门和行业管理部门应在管线普查的基础上，借鉴市政管网平台的技术和经验，建立属于庭院的专业管线应用信息系统。庭院管网信息平台存储有关管网的所有信息，包括管道材质、直径、深度、位置、连接类型、安装日期，以及维护记录等。行业管理部门和各管线单位应负责建设专业范围内的管线信息系统，并负责本专业管线的数据管理和更新，同时建立合作机制，共享数据资源，以便在需要时能够迅速调动所需信息，实现跨部门、跨行业的协同工作。同时，平台应具备高级数据分析功能，可以通过数据挖掘识别潜在的管网问题，如预测管道老化和可能的破损点等。

2.3 强化管理，规范审批

利用管网普查数据和信息平台，将地下管线生命周期纳入管理。地下管线涉及诸多管理部门和权属单位，应建立一个集政策制定、统筹协调、信息集成、规划审批、监督管理、应急响应为一体的机构，严格执行规划许可、施工许可、挖掘许可、占道审批，以及竣工验收等规定。同时，为确保综合管理机构有效运作，国家或地方政府需要确定其法律地位和职能权限，通过立法和行政手段，规定所有相关部门和权属单位必须配合该机构的工作，并配备足够的资金和专业人才。此外，建立宣传和违规施工奖惩举报制度，鼓励公众、企业和相关人员积极参与到地下管线管理中来，通过对违规行为的监督和举报，共同推动施工活动的规范化。

3 市政管线与庭院管线的协同

为确保现代城市的基础设施能够高效、安全、可持续地服务于社会，市政管线与庭院管线的协同运作至关重要。协同不仅仅意味着两者之间物理连接的有效性，更关乎规划设计、施工管理、运营维护及应急响应等多个层面的无缝对接与整合协作。

3.1 规划设计的协同

在规划和设计阶段，市政管线与庭院管线的协同首先体现在宏观规划上。市政管线的规划需要考虑整个城市的发展蓝图，而庭院管线则需与市政管线的布局相匹配。城市规划者需与建筑师、管线工程师紧密合作，确保庭院管线的设计能够顺利接入市政管线，并在未来的城市发展中，两者都能实现最大程度的功能拓展与技术升级。

3.2 施工管理的协同

施工阶段是市政和庭院管线协同的关键环节。一旦市政管线施工完成，庭院管线的施工应立即跟进，减少对居民正常生活的影响。为确保施工质量，施工单位之间共享信息、协作解决问题。

3.3 运营维护的协同

市政管线和庭院管线一旦投入使用，运营维护的协同便至关重要。市政部门需要建立全面的管线信息管理系统，与各个庭院管线的管理机构实现数据共享，确保在发生管线故障时，可以迅速定位并协调相关单位进行修复。此外，定期的管线检测和维护工作，需要市政与庭院同步进行，共同提升管线系统的可靠性和安全性。

3.4 应急响应的协同

在突发事件如自然灾害、管线破裂等紧急情况下，市政管线与庭院管线的协同应急响应机制显得尤为重要。必须建立一个高效的信息通报系统，确保信息的快速流通和处理指令的明确下达，以最快速度响应紧急事件，尽可能减少损失。

4 市政管线与庭院管线智能化建设内容

市政管线与庭院管线的智能化建设正成为现代城市基础设施发展的关键，目标是通过引入高科技设备和系统，为城市地下管网多维度全生命周期管理提供从数据、服务到功能的全方位机制，全面赋能智慧城市规划、城市建设、城市管理、城市运营、城市服务等一系列智慧城市应用[15-17]。

4.1 传感器网络的部署

管线系统的智能化升级始于在整个网络中部署一个全面的传感器网络。这一步是智能化基础设施的核心，直接关系到系统能否准确、实时地捕捉到关键运行数据。要实现全面监控，必须布置各种类型的传感器，如流量计、压力传感器和温度传感器等。同时，传感器需要与先进的通信技术建立网络互联性，通过网络将所有传感器收集到的数据集中起来进行分析，可以获得系统运行的全貌，识别出效率低下的区域，预测维护需求，并优化资源分配。为确保传感器网络的准确性和可靠性，还需要定期校准和维护，以防止数据偏差的累积对系统决策造成的不利影响。

4.2 数据分析与管理

通过复杂的数据处理算法，分析平台数据提取关键信息。这些信息不仅局限于当前的状态，还包括了对未来可能发展趋势的预测。通过机器学习算法，可以识别特定区域连续数日的流量增加，系统预测即将出现的管道拥堵或泄露；可以对异常状态的管道提出警告；可以预测故障发生的具体时间和地点。通过历史数据的深入分析，可识别出哪些指标的变化最终会导致系统故障。此外，数据平台还需要具备学习和适应的能力不断完善其预测模型，以适应新的数据模式和城市基础设施的不断变化。

4.3 自动化控制

智慧城市的构建依赖于其基础设施的自动化控制能力，尤其是在复杂且动态的管线系统中。实时数据监控结合智能分析技术使得系统能够自我调节，确保运行的稳定性和高效性。具体来说，智能化的管线控制系统能够不断地接收和解析来自各种传感器的数据流，这些数据流包含了如水压、流量和水质等关键指标的实时信息。当这些指标偏离既定的标准范围时，系统即会采取相应的自动化措施进行纠正。此外，自动化控制系统还可以实现远程监控和操作，工程师可以通过移动设备或中心控制室，实时了解管线状态并进行调整。这种操作的灵活性大大提高了系统的响应速度，减少了物理干预的需求，使得管线管理更加高效和安全。

4.4 新技术的集成

采用地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术，结合前沿的新型基础测绘技术和三维实景模拟，市政管线与庭院管线智能化管理迈入新的运维维度[18-20]。GIS 技术的核心作用在于提供精确的地理位置信息，它将每一段管线、每个接口和每个阀门的位置都清晰地映射出来。新型基础测绘技术，如激光扫描（LIDAR）和卫星遥感，为建立GIS系统提供了高精度的空间数据。实景三维模型则进一步增强了可视化，模拟真实世界中的建筑物、地形和关键基础设施的布局，为运维人员提供直观的环境感知。GIS 技术、新型基础测绘和实景三维模型的集成，赋予了地下管线前所未有的空间智能和操作精确性，这对于提高城市管线的可靠性、优化资源分配和提升居民的生活品质具有至关重要的影响。

4.5 移动设备与云平台

移动设备与云平台的应用使得管理人员可以随时随地监控管线状态，实现数据的远程访问和实时更新。借助移动应用，工作人员可以直接在现场接收指令、报告问题并更新维修状态。

5 结论

文章通过分析市政管线与庭院管线的构成，深入探讨了不同区域地下管线智能化管理的基础框架，管线之间的协同效应，以及智能化建设内容。市政管线与庭院管线智能化管理不仅是技术上的突破，更是对城市管理理念和居民生活方式的一次革新。未来，随着智慧城市的不断成熟和城市居民对高质量生活需求的增加，智能化管线的建设和管理将更加精细化、个性化、互动化，成为推动数字城市向智慧城市转型的重要力量。