李 琰
(济南水务集团有限责任公司,山东 济南,250012)
(1)近年来随着城市的快速发展、建设规模的扩大,供水管网不断延伸,济南市区域内已经逐步形成了大规模的地下供水管网分布,目前供水服务面积超过200平方公里,供水管网长度2100余公里。供水管网是一个纵横交错的巨大网络,具有十分复杂的空间和非空间属性。
(2)各种管网档案、图纸残缺不全,部分资料只存在一些有经验的技术人员的头脑里,给日常的生产、管理带来了极大的不便:自来水输配调度缺乏依据;遇到紧急情况时无法及时得到有关信息并采取相应措施;管网设计很难优化;施工中误挖、误伤地下管线从而导致停水等事故的例子屡见不鲜,不但造成了大量的水量流失,也影响到企业的对外服务形象[1-3]。
基于以上因素,济南水业集团有必要建立起管网信息化管理体系,使管网管理由经验型管理向科学型管理转变,节约资源,提高效率,改善服务[4-6]。
济南水业集团设计的基于空间位置的管网信息化管理体系是运用空间信息技术,以济南市地形图为基础,以全市供水管网的空间数据和属性数据为核心,建设一个集管网数据采集、管理和分析于一体的GIS应用软件(以下称供水管网地理信息系统)。
(1)引入空间位置概念(坐标)和管网附属设施联通关系概念,全面梳理供水管网,构建完整的管网信息并进行科学的管理。
(2)基于相关资料对管网进行老化评价,为城市供水管网改造、加强城市供水管网漏损控制等工作提供依据,切实提高供水效率,保障供水安全。
(3)利用各类管件的空间位置以及相互间的连接关系,为突发事故处理、现场施工决策、用户服务等提供快速、科学的指导。
(4)引入营销数据,实时统计指定区域内的漏失率,以便对重点区域进行分析,查找原因,及时采取措施降低供水产销差率。
济南水业集团参考相关供水企业管网信息化管理经验,结合企业自身特点,通过建立一个完整、准确体现管网运行现状的地理信息系统构建起基于空间位置的管网信息化管理体系。系统主要功能如图1所示。
主要功能的实施过程如下:
3.1.1 采集管网数据
通过管网普查,完成全市供水管网基础数据的采集。
(1)选择普查数据坐标系。在管网普查中选择和济南市的城市建设系统一体的坐标系—济南独立坐标系,由此取得的探测成果在整个城市的规划、设计、施工中将不会孤立,便于和整个城市建设数据结合,实现数据共享共通。
(2)引入两家国内先进水平的管网外业探测单位,对测区内的管网进行普查,查清管线的埋深、管径、高程、平面坐标、附属物属性、起讫、走向、连接关系、材质、铺设年代、内部介质分类即原输水等,并对管线及管配件和附属设施等关键点以绝对坐标定位。
(3)在采集普通数据的基础上,专项对测区内的水表、阀门、消防栓等管网附属设施采集现场照片,另外关联水表的给水号,便于与营销数据相结合。
3.1.2 开发、建立管网信息化管理系统。
(1)引入专业开发商,由济南水业集团作为课题的主申办方,并提供城市供水管网管理技术的实验和实践平台,双方合作,成立项目组,研发稳定可靠的供水管网地理信息系统,作为管网信息化管理的平台。
(2)系统建设是以MAPGIS为基础信息平台,以济南市1:500地形图为背景,以供水管网的空间数据和属性数据为核心,在结合济南水业集团日常业务的基础上,开发出适合企业实际需要的供水管网地理信息系统,实现以下管理功能:实现管网基础资料的动态管理。系统不但能够管理转换后的管网资料,而且能够方便地将新建或改造工程的管网资料添加到管网数据库中,实现管网数据的同步更新,同时保证管网空间数据的拓扑完整性,属性数据的准确性;实现从取水口、水厂到用户的供水管网相关资料的统一管理,如:取水口、水厂、水表、阀门等资料,测压点实时数据以及管道施工和维修资料等;提供管网及相关资料的查询、统计以及各种输出等管理功能;实现管网分析,包括事故关阀处理,发生火灾时消防栓的搜索。在因特网上或局域网实现管网信息的发布,提高用户服务水平,提升企业的形象;全面实现供水管网信息自动化,涵盖公司各相关部门的业务职能,实现部门之间信息共享和信息交换。
3.1.3 数据处理
普查完成后,组织和处理在勘测部门购买的市区地形图以及测区内所有管网资料,建立地形图库和管网数据库,并籍此搭建稳定可靠的供水管网GIS系统,构建全面完整的管网信息。
在地理信息系统的建立过程中,采取了以下解决方法:
3.2.1 添加安装年代及施工信息
在系统中将各类管件的安装日期,以及施工掩埋情况,埋设方式等属性信息进行添加。
3.2.2 明确使用年限
使用年限是指设计单位在对管线敷设所在地理环境综合调查后,结合所用管件材质对所设计工程中的管件设施的合理使用年限进行评估的结果。在达到设计使用年限后,经相关部门检查,可以根据管件实际情况,适当延长服役年限。在系统中将每类管件的使用年限进行标识。
3.2.3 指定最大维修值
该数值是各类管件在日常维护中所能承受的最多维修次数,最大维修值决定管件的使用寿命,维修次数达到最大值后,需要视管件现状提请管件的更换,避免事故的发生,防患于未然,以保障供水管网的正常运行。在系统中将每类管件的最大维修值进行标识。
3.2.4 老化检查
使用年限老化率=(使用年限/(设计使用年限+延长服役年限))*100%
维修老化率=(维修次数/最大维修值)*100%
管件老化检查=使用年限老化率+维修老化率
(1)管件老化检查<30%:管网老化微弱,事故发生几率低,正常使用。
(2)30%<管件老化检查<80%:中度老化,正常维护。
(3)管件老化检查>80%:事故发生几率高,提请相关部门检测界定以确定是否需要进行更换或改造。
利用地理信息系统实现区域计量,计算、分析区域产销差方案:
3.3.1 精确计量区域或小区进、出水量
在各个区域的进出水管道上安装计量设备,通过数据传输设备或人工抄表将水量反馈到营销系统中。
由抄表员将区域内总表月用水量、户表月用水量等信息反馈到营销系统中。
3.3.2 确定管网的分布情况以及流量计、用户水表的位置分布。利用空间信息技术中的拓扑关系,把计量设备、用户水表以及其它管点连通起来,模拟现实管网中的水流方向以及一个区域/小区内的管网连通关系。
3.3.3 建立水量数据信息与水表位置连接关系,读取抄表数据。营销系统中水表的抄表信息记录结构为:给水号(给水号唯一)、户名、地址、口径、水费单价、抄量等;地理信息系统中水表的位置信息记录结构为:编号、外业点号(外业点号唯一)、坐标、口径等;抄表信息与空间位置的结合以“给水号”与“外业点号”的对应关系为依据,即“给水号”对应的用户在管网图上是由“外业点号”相应的点位符号表示。
数据读取是通过管网地理信息系统针对营销系统开发的接口来进行。读取模式是申请式读取,系统可以单个或者批量读取水量信息。
3.3.4 实现产销差计算及分析。管网地理信息系统读取区域或小区进、出水量及用户用水量之后,利用空间拓扑关系,确定计量设备与用户水表的空间从属关系,并根据实际情况划定出区域水量考核的范围,对划定范围内的水量进行分类统计,进而计算供水产销差,具体算法如下:
区域/小区月供水量=区域/小区月总进水量-区域/小区月总出水量
区域/小区月用水量=区域/小区总表月用水量+区域/小区户表月用水量
区域/小区月产销差率=(区域/小区月供水量-区域/小区月用水量)÷区域/小区月供水量×100%
区域计量示意图如图2所示。
我们将产销差率超过既定值的区域作为重点考核区域,进行分析,查找漏失原因并采取措施以降低区域产销差率,从而为水业集团降低总产销差率。
地理信息系统中对突发事故的处理解决方案:
3.4.1 确定阀门、水表以及其它管点的连通关系。利用空间信息技术中的拓扑关系,把阀门、水表以及其它管点连通起来模拟现实管网中阀门、水表的从属关系以及管网的连通关系。
3.4.2.记录阀门的运行状态。突发事故的处理需要调用阀门信息,阀门是否正常服役关系到关阀方案的制定以及现场抢修的效率,将系统中所有阀门的启闭状态进行正确的统计和标注。
3.4.3 明确水源与水流的方向,确定关阀方案。水源和水池的空间位置和与其他管件的连接关系决定着管网中水流的方向。在实施精确关阀中,首先确定水流方向,通过水流的方向,只需要关闭爆管点上游的阀门即可,这样减少了工作量,又提高了工作效率。
3.4.4 启用二次关阀,打印阀门启闭通知单。在正常的抢修时,遇到管网复杂、须关阀门失灵的情况下,利用二次关阀模型,设置失灵阀门,扩大关阀,搜索失灵阀门上一级需关闭的阀门,同时搜索出与停水有关的其它管网设备。然后设置好阀门启闭通知单模版,套打阀门启闭通知单,用于指导现场施工。
3.4.5 统计受影响的用户,打印用户停水通知单。经历关阀或二次关阀后,系统根据需求查看受影响的用户信息,查找停水管网范围,设置用户停水通知单模版,套打用户停水通知单,以便及时通知用户停水信息,阀门失灵处理程序如图3所示。
以地理信息系统为平台的基于空间位置的管网信息化管理实施以来产生了显著成效,主要表现在以下两个方面。
(1)彻底甩掉了手工作业,加快了业务流转速度,大大提高企业的工作效率,降低了人工成本,减少了资金投入。
(2)理清管网资产,详实的管网数据防止了资产账目流失。系统建立前,财务部门通过建立卡片对管网资产进行管理,由于多种原因造成部分在线使用的管道未建立卡片,故无法计入管网资产账中。通过建立地理信息系统,查找到多处未列入资产中的供水管道,补充了管网资产账目,2007年底,水业集团对管网长度的估测为1600公里,2008年底利用地理信息系统统计管网长度为2100公里,去掉本年度管网更新的数据,估计增加管网资产约2000万元。
(3)缩短抢修时间,减少因爆管维修造成的水量损失。系统能准确及时迅速地对供水管网的突发事故作出反应。充分利用供水管网地理信息系统,提高了供水管网抢修的反应速度,对出现的管网爆管事故,做到了快速止水,及时抢修,减少了水资源的浪费。
(4)有效降低漏失率。在系统的帮助下,通过管道老化评价以及区域产销差计算和分析,可以及时采取措施降低漏失率,减少供水成本,节约水资源。
(1)地理信息系统的建成,为济南市供水管网的管理搭建了一个很好的数字化平台,实现了供水管网精细化管理,一旦出现管网事故,系统将快速做出决策,不仅提高了供水连续性,也提升了服务品质。
(2)通过地理信息系统,可以使济南市的供水管线一目了然,从而为整个城市的供水管网规划提供整体思路,为优化管网设计提供依据,保障了市民安全用水。
(3)以地理信息系统为平台的基于空间位置的供水管网信息化管理体系,具有很高的推广价值,值得同行业水司借鉴。
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