城市既有地下管网信息化建设关键技术探讨

张世宇，林必毅，余丽丽

（深圳市赛为智能股份有限公司）

1 引言

城市地下管线包括给水、排水、燃气、热力、电力、电信、工业管线等，是城市的“生命线”。城市管线权属复杂，埋于地下又是一个动态更新的过程，困扰着地下管线的管理工作[1～3]。

当前地下管线运维管理存在以下问题：

1）数据缺失严重

城市中很多管线铺设年代久远，管线数据丢失现象普遍，尤其是次干路支路和建筑外围管线数据缺失现象严重。同时，随着城市建设步伐加快、管线不断更新，仅有的地下管线普查数据往往也失去了时效性。

2）图纸精度不够

传统的地下管线采用二维的设计和记录手段，常见的断面图、平面图以及交叉节点图等难以完整准确地表达管线之间、管线与周边环境之间的关系，图纸与实际情况往往有较大差异。

3）数据存储分散

地下管线的数据存于不同部门，进行多头管理。例如，电信管线隶属于电信公司，供水管道隶属于自来水公司等。这些管线数据所有者按照各自需求、不同格式，进行数据的保存、管理和维护工作，致使地下管线数据难以共享和综合利用。

4）数据挖掘不到位

当前管线普查主要是给管线定位和定性，罕有进行深层次的数据挖掘，因此，造成了一定程度上的信息浪费，亟待搭建运维管理平台进行科学分析和决策。

5）监管方式落后

当前除个别建立实时监控系统外，大部分权属单位仍沿用传统人力方式进行管线的日常巡检和维护。而在实际工作中，巡查工作难以建立有效的监督机制，对于重大危险源，传统的人工方式难以监管，易形成重大安全隐患。

6）事故频发，应急反应能力较差

近年来，管道事故频发，如燃气管道泄漏、自来水管爆裂、施工挖断电缆等，造成了停水、停电甚至爆炸、火灾等事故，严重影响人们的日常生活及社会经济的发展。事故发生时，传统的报警方式是由事故现场人员进行逐级上报，或者根据管线压力监测所发出参数变化进行报警，难以及时准确地锁定爆管管段以及确定事故影响范围。有时还需要大开挖来排查事故原因，管线管理能力和应急处置水平亟待提高。

综上所述，落后的管线管理与高速发展的城市建设之间存在的矛盾日益尖锐，亟须探明地下管线的情况，并结合地形地貌，搭建地下管网智慧运维平台进行信息化管理。信息化建设可分为基础地形测绘、管线调查及平台搭建3部分。

2 基础地形测绘

基础地形数据是指管线周边最基本的地理信息，包括平面高程测量控制点、道路、水系、境界、地貌、植被、建筑物以及相关属性信息等，用于表示城市的基本面貌并作为管线及附属物信息空间定位的载体，是建立地下管网管理平台的重要组成部分。

2.1 基础矢量地形数据

矢量数据是经过国家测绘部门测绘的标准空间数据。对于地下管线管理，矢量数据作为基础底图使用，并在具体业务应用中，对特定图层进行分析和计算。在绘制基础矢量地形图时，要能够分辨出综合管网的最小管理单元，选取相应的比例尺。

2.2 地表地物三维模型

在搭建管线运维管理平台时，为了更加真实直观地展示三维场景，分析管线、周边建筑物和构筑物的关系，需要对地表实景进行三维数据采集，如图1所示。目前，地上三维模型的制作方式包括倾斜摄影测量、精细建模和粗模拉伸等。

图1 实景三维模型

表1 物探方法及适用范围

3 管网调查

3.1 管线调查内容及步骤

管网调查，指针对某一区域，一般在城市范围内的地下管线敷设现状进行的调查。管网调查主要工作包括资料整理、现场查验以及地下管线探测等。实际工作中以“现场查验为主，探测为辅”的原则，摸清地下管线的主要信息（包括管线材质、类别、规格、阀门、管线位置及埋深和窨井位置等）并经采集、处理，最终形成空间地理信息数据。

地下管线探测的工艺流程如下：①确定工作范围及对象；②搜集原始资料；③现场踏勘，记录已知管线；④探测方法验证；⑤编写施工方案；⑥现场探测；⑦资料汇总。

3.2 常见物探技术概述

20世纪80年代后期，物探技术被引入到我国地下管线探测中，如今已经成为既有地下管线资料获取的重要技术手段，完善了以往仅靠现场查验而导致资料不全、不准的情况[4]。

地下管线的物探技术主要有以下几种方法：电磁感应法、电磁波法（探地雷达法）、浅层地震法、磁法、直流电法和红外辐射法等。其中，电磁感应法和电磁波法是地下管线定位定深最常用的技术方法。

根据李学军等[5]相关研究，常用物探方法与适用范围，如表1所示。

采用物探技术进行管线探查过程中，应遵循以下原则：①从已知到未知，再回归已知；②从简单到复杂；③优先选择简单、快速、有效的方法；④通过方法试验及信息综合来解决探测疑难点。

4 地下管网智慧管理平台

20世纪90年代末，广州市进行地下管线普查并成功开发搭建地下管线信息管理系统[6], 而后，国内各大城市相继开展地下管线信息管理系统建设。当前，已开展城市地下管线普查和信息系统建设的城市占城市总数的1/3，其中，有近90%的城市能够采取不同方式进行地下管线信息的动态更新。

目前，国内建立的地下管线信息运维系统大都基于GIS平台进行二次开发[7]，能够基本满足地下管线的日常管理需求，常见功能[8，9]如下。

4.1 地上地下三维展示

平台可根据管线及基础地形数据进行三维管网及周边地理信息展示。系统提供了方便的三维浏览功能，可通过图层操作，选择需要显示的内容，如图2所示。

图2 三维管网展示

4.2 查询、统计功能

在管网三维立体图中可以从不同的角度浏览查询管网的连接关系和管网的图形参数和属性信息等。系统提供查询定位、管线标注、空间算量及管线统计等功能。

4.3 三维综合管网分析

平台支持水平净距分析、垂直净距分析、碰撞分析、横断面分析、纵断面分析、影响范围分析及连通分析等功能。

4.4 数据挖掘

地理信息和管线数据为城市级管网数据挖掘提供可能，通过相关技术手段，可大大提升城市地下管线数据库的利用价值，如进行城市泄洪、排污能力评估，分析管线设计是否符合规范要求等。

4.5 管网预警管理

配合管网上安装的相关实时监测设备，利用回传的监测数据实现实时监控、报警管理、线路异常报警等功能。

4.6 应急管理

遇到突然事件时，可快速查找附近的应急设施资源，通知相关责任人，通过资源快速调度做到快速响应。同时，可以制定应急预案，配合应急演练。可以在地图上做综合应急模拟，防患于未然。

5 结语

本文结合现状及行业技术发展水平，分析了城市既有地下管网信息化建设主要流程，包括3部分内容：基础地形数据获取、管网调查、基于GIS的地下管网智慧管理平台建设。结合工程实际，提出了项目实施过程中的主要技术和主要功能。上述研究工作对于城市地下管网的智慧运维具有一定的借鉴意义，对于建筑信息化、智慧城市建立具有基础性的指导意义。