排水管网的信息化建设在市政管理中的作用

路顺

(龙口市规划处，山东 烟台 265701)

1 引言

排水管线是城市综合地下管线的重要组成部分，是市政基础设施建设不可忽视的重要环节，是确保城市建设和社会经济健康、协调发展的重要物质基础。随着我国城市化进程的加快和城市建设的迅猛发展，排水管线处于不断地更新变化之中，新建、改建、扩建工程逐渐增多［1］。伴随着城市人口数量的增加和暴雨极端天气的发生，城市雨、污水排放量出现新高。近年来，我国各级政府加大对城市排水管网的建设力度，然而，面对如此高度隐蔽、复杂、动态的地下排水网络，如何进行科学、高效的管理，使市政管理者能够全面、准确、及时地掌握排水管网信息，充分发挥排水管网信息在城市规划、建设、运行和管理中的作用，对于实现智慧城市建设和城市的可持续发展意义重大。

我国排水管网系统的信息化建设发展迅速，在经历了传统的手工管理和计算机管理等方式后，综合利用计算机技术、数据库技术和GIS技术等建立的排水管网管理信息系统，成为管理地下管线信息的主流工具。管理系统在实践应用中不断完善，功能日渐丰富，在市政部门的管理中发挥着不可替代的重要作用。

2 排水管网的信息化建设历程

2.1 早期传统的管理方式

把地下管线规划好、管理好是把城市建设好的必要条件。我国的地下管线信息系统建设起步于20世纪80年代，但由于当时的管线管理观念落后，软硬件及相关技术不成熟等因素，地下管线数据管理还存在很多问题。大部分城市排水管网资料信息来源不明确、管理分散、数据存储方式多样且精度不高，导致对排水管网资产状况掌握不全面。而对地下排水管线的地理空间分布情况不清、种类不明，盲目施工使管线损坏而导致的污水漫流甚至洪涝等灾害事故时有发生，给人民生活和国家财产造成威胁和损失。

随着城市排水管线数量的日益增多，大量管线资料需要处理，传统的手工制图、人工记忆和人工统计分析等管理方式效率低下的弊端日渐凸显，很难适应快速发展的海量排水管线数据库要求。对海量信息的存储、处理和分析是计算机技术的优势，到上世纪90年代，为了准确和完整地掌握地下管线的现状信息，政府在全国各地开展管线普查工作，利用计算机技术，逐步建立管线数据库与信息管理系统，实现信息的数字化存储和管理。采用计算机技术构建排水管网信息系统主要经历了以下几个过程［2］:

(1)运用数据库管理系统，管线属性数据存储在数据库系统中，可有效管理管线属性数据，如录入、修改、查询等，但缺乏空间数据，不具备管理图形和空间检索分析的功能;

(2)数据库管理系统和图形相结合，但属性和图形数据分别存储，彼此不关联，图形信息不能被系统自动提取和利用;

(3)数据库和图形关联，将图形与对应的属性记录关联，为基于空间数据的检索分析奠定了基础。但关联关系的维护较为复杂，特别是对海量数据的管理效率低，不利用空间分析和检索。

2.2 基于GIS技术的管理方式

城市地下综合管线信息和与之相关的地形、地物等环境信息从根本上都是地理信息。早期传统的管线管理方法很难有效管理和分析复杂的地理信息。地理信息系统(GIS)是研究和管理空间位置和属性数据的信息系统，它研究各种空间实体及其相互关系，借助特有的空间分析功能和可视化表达，完成统计分析、动态模拟和辅助决策等服务。由于GIS技术所具有的强大功能和优点，国内外研究者普遍认为，采用GIS技术实现城市管线空间和属性数据的管理和分析，是构建地下管线管理信息系统的必由之路［3，4］。

21世纪以来，不仅城市综合管线信息系统发展迅速，各种专业管线，如排水管线信息系统也有了较大的发展。基于GIS的信息系统的开发技术已日趋成熟，按照不同用户的需求，以流行的ArcGIS、MapInfo等为平台，采用VB、VC和.NET等开发工具，较好地实现了管线信息管理的功能，并可将管线管理的职能与办公自动化、数据库管理系统有效结合，已经成为多个城市的规划、建设与管理的有力工具［5］。

随着前沿技术的不断进步，排水管线系统逐渐向综合的集成系统发展，广泛集成GIS技术、计算机技术、数据库技术、互联网技术、三维仿真技术和物联网等技术，从进行管网的管理、分析向功能强大的模拟、决策支持方向发展，并与城市管理部门的日常业务紧密结合，为保障城市排水设施安全运行和辅助相关部门科学决策提供科学依据［6］。

3 排水管网管理信息系统在市政管理中的重要作用

排水管线作为城市市政设施的重要组成部分，肩负着城市雨水、污水排放的重要功能，各级政府已从城市发展的战略高度来认识地下排水管线在城市规划和建设管理中的作用与地位。2013年，住房和城乡建设部再次明确提出了要加强市政公用设施建设和运行管理，努力提升市政公用事业服务质量和安全运行水平，重点抓好城市排水防涝、加强城市地下管线综合管理工作，推动了数字化城市管理平台向地下排水管线领域的延伸。

各地市政管理部门充分利用地下管线普查成果，积极探索创新地下排水管线的管理方式。在政府和企业的运作下，排水管网管理信息系统的功能日益强大且日臻完善，充分体现了其在维护城市“生命线”正常运行上的优势。本文重点从排水管线的高效管理、巡查养护、辅助决策、事故应急和模拟预测五个方面介绍排水管线管理信息系统在市政管理中发挥的重要作用。

3.1 高效管理多源可视化数据

排水管网管理信息系统是一个包含海量数据的复杂系统，其数据库用以存储和管理空间数据和属性数据，不仅包括管网数据，还集成了不同来源、不同数据格式和不同空间尺度的基础地理信息数据，如:地形数据、航空影像、DEM等，改善了传统管网数据单一、记录分散、不完整的局面，为市政管理部门的业务应用、决策分析和数据共享奠定了坚实的数据基础。通过多种数据的叠加和可视化显示，可以更加直观地了解排水管网周边的交通、居民地、水系、植被和地形等分布情况。数据库能有效管理不同历史时期的排水管网数据，通过对比显示能够较清楚地发现数据间的差异和联系，这对于城市未来的发展规划有着重要意义。

随着三维仿真技术和虚拟现实技术的日渐成熟，对管线点、管线线数据进行自动三维建模并叠加道路、建筑物等三维模型，实现管线数据任意角度的三维浏览，还原管网地上和地下的三维立体场景，建设规划部门即便不到现场，也能真实地感受排水管网之间以及管网与周边地物的空间位置关系。

3.2 提升巡检、养护工作的效率和管理水平

排水管理部门需要定期对辖区内的管网及相关设施进行巡查，及时发现和清除管网中的“病患”，保障城市的排水安全。随着智能终端和移动网络的普及，结合GIS、GPS和GPRS/CDMA等先进技术的手持移动设备成为排水管网巡检、养护的重要工具。

排水管网管理信息系统采用手持设备与Web相结合的方式，现场巡查、养护人员通过手持设备将巡检信息和养护进展及时上传到监控中心，而监控中心的市政管理人员通过登录Web系统及时了解巡查和养护现场的详细信息，便于对巡查和养护工作进行动态监管，对发现的排水管网问题进行人员的科学调度。通过自动化监管实现了巡检养护工作的高效执行，降低了管网养护的成本，提高了人员对紧急事件的响应速度，保障了管网的安全高效运行。

3.3 辅助决策分析

GIS强大的空间分析功能完全依赖于地理空间数据库，排水管网完整的数据体系为查询分析、缓冲区分析、拓扑分析提供了强大的支撑，通过深层次的信息挖掘，解决用户关心的涉及地理空间的实际问题，为排水管线规划、城市建设、防灾减灾等提供辅助决策分析的合理性建议数据。

管线规划部门通过在限定排水管线的布设界限，可轻松获取一个排水管线埋设的建议方案，以辅助设计;道路改扩建或小区拆迁时，以道路改扩建区域或拆迁区域作为缓冲区进行分析计算，可以得出其影响的地下排水管线情况;当发生爆管事故时，排水部门不仅关心爆管的具体位置，更关心所处位置与周围环境之间的关系，通过对排水管网进行连通性分析，从事故点追溯到控制此事故发生管段的阀门设施，并可进一步追踪这些阀门所控制的影响区域，为维修、抢险等提供决策支持。

3.4 实时数据提高应急处置能力

城市排水管网承担着收集输送污水和天然降水的功能，排水管理信息系统能够充分整合现有的数据资源、硬件网络资源，实现资源的高效节约。以在线监测数据、管网空间数据为基础，充分利用管网水力计算模型及其他有关模型，结合GIS的数据管理和空间分析能力，对管网的运行状况进行分析评估，为管网的日常维护提供数据支持。当流量、流速、液位或压力等运行参数出现异常甚至超出警戒值时，市政管理人员可快速反应、快速诊断、快速行动，提高对管网突发紧急事件的处理能力，保障公共利益和人民生命财产安全，保证排水设施正常运转［7］。

目前国内部分城市仍采用传统手段对中水站、排水泵站、排水管线进行监控管理，无法全面实现对排水管网信息的实时采集和动态监控。物联网技术的发展将为解决排水管网缺乏全面、动态、实时的运行状态信息提供重要的监测和传输手段［8］。建设基于物联网的排水管网管理信息系统，充分利用各种传感器设备、无线通讯、GIS和数学模型分析等技术，实现对排水管网的动态感知，是未来排水管网系统科学化管理的重要发展方向。

3.5 排水情景模拟和预测

城市下垫面的非渗透面积随着城市建设的飞速发展急剧增加，城市内涝等事故频繁发生，给城市排水系统提出了严峻的考验。排水管网系统在排水模型的支持下，结合现状地形数据，通过分析排水管线重要数据(水深、流速、流量、降雨量、径流量等)和管线数据中的每个要素(节点、管线和汇水区)，科学计算并模拟城市地下排水管线的实际运行情况。排水模型的强大功能还在于通过模拟一定降雨条件下城市排水的演进情况，发现排水的薄弱点和可能溢水的检查井，预测将会出现积水或发生洪灾的地点，甚至积水开始时间和积水退去时间等，为各级领导制定减灾决策、快速开展抢险工作提供依据和参考，为市民合理防御暴雨灾害争取宝贵的时间［9］。

4 结语

排水管线作为城市重要的地下基础设施之一，其重要地位和作用已经被广泛重视和认可。科学管理好排水管线信息是城市规划建设的需要，是生态环境保护的需要，是人民安居乐业的需要。无论是从加强排水设施的科学管理、提高工作效率的角度，还是从提升城市规划的水平、提高排水事故应急处置能力和灾情预警的角度，排水管线管理信息系统在市政管理中所发挥的重要作用都显而易见。伴随着信息技术、物流网技术等智能化手段的发展和应用，建立在依靠科技进步、加强科学管理基础上的城市排水管网将更好地服务城市，保障城市的可持续发展。

［1］姜中桥，许利峰，陈明琪.加快城市综合地下管线信息系统建设提高城市综合地下管线信息管理和应用水平［J］.建设科技，2013(13):70～71，75.

［2］凌伟.市政地下管线管理系统的设计与原型实现［D］.成都:电子科技大学，2006.

［3］Moutal H P，Bowen D R，Wendy D.GIS:New York’s pipe dream［J］.Civil Engineering，1992，62(2):66 ～67.

［4］朱顺痣.基于Geodatabase城市综合地下管线管理系统的研究与实践［D］.厦门:厦门大学，2007.

［5］李学军.我国城市地下管线信息化发展与展望［J］.城市勘测，2009(1):5～10.

［6］彭文祥，贾嵘，薛惠锋等.基于GIS的城市排水管网信息系统［J］.西安理工大学学报，2001，17(4):396～399.

［7］凌勇.基于物联网的城市排水管线在线监测系统的设计与实现［D］.济南:山东大学，2013.

［8］赵冬泉，王浩正，盛政等.数字排水技术研究与应用(十二)——数字排水模式的发展趋势与应用展望［J］.给水排水动态，2010(6):18～21.

［9］解智强，杜清运，高忠等.GIS与模型技术在城市排水管线承载力评价中的应用［J］.测绘通报，2011(12):50～53.