地下管线智慧化管理实践与启示

吴佩琦

随着深入推进实施京津冀协同发展战略，北京城市副中心建设速度不断加快，在建工程量年均三四百项，城区规模不断扩大，地下管线建设规模同步扩张。随之而来的城市地下管线安全隐患日益凸显，如燃气爆燃、路面坍塌、城市内涝、大面积停水停气等考验着城市管理综合能力。北京市通州区以制度为抓手，以信息化为手段，不断提高地下管线综合承载能力，保障城市副中心“生命线”平稳运行。

一、地下管線综合管理平台

（一）建设历程

2013年，通州区启动建设地下管线数据及信息化平台，通过地下管线数据普查、地下管线三维信息化管理、地下管线施工安全防护管理等系统建设与运行，将通州区地下管线管理由二维平面管理提升到三维管理。同时，应用增强现实（AR）技术，并结合物联网技术，将原有人工定期巡查扩展到管线在线监测预警、隐患排查等方面，实现城市地下管线全生命周期管理的风险可视化、监管规范化、管理精细化、保障主动化。

目前，已实现全区域市政道路范围内地下管线数字化全覆盖，数据涵盖供水、排水、燃气、电力、通信、电视、热力、工业及探测范围内其他类地下管线和附属设施等。为保障地下管线数据资料的现势性和完整性，编制了《通州区地下管线数据动态更新工作方案》，建立常态化地下管线数据动态更新工作机制，每年对新建地下管线数据进行更新普查和入库。通州区地下管线系统建设范围如图1所示。

图1 通州区地下管线系统建设范围示意图

（二）管理机制

先后编制了《通州区地下管线管理办法》《通州区地下管线施工防护管理实施细则》和《通州区地下管线数据动态更新工作方案》等，通州区城市管理委员会为地下管线综合协调管理部门，协调督促地下管线权属单位落实地下管线运行管理职责。

（三）地下管线三维可视化

开展地下管线数字化管理系统三维平台建设，利用云地理信息系统（GIS）、AR等技术，将真实环境与地下管线三维数据相结合，将通州区地下管线数据库从二维平台升级为三维平台。通过系统建设与应用，实现以下功能：

一是对地下管线施工工程的全过程管理。建立起从施工单位、权属单位到行业监管部门之间的沟通桥梁，避免因未掌握地下管线分布情况而盲目施工导致的各种安全事故。同时，加强地下管线隐患排查工作，对管线权属单位进行全面管理和实时跟踪，建立管线施工和管线安全的全面监管机制。

二是将地下管线从传统的二维地图变为三维地图。积极推动数据应用，为道路管网改造施工提供更加精准的地下管线数据服务和技术支持，有效降低地下管线施工安全隐患和风险。

三是建立地下管线数据服务工作快速响应模式。通过基于移动终端的数据查询、增强现实、综合分析等应用，将地下管线三维数据与现实环境拟合，有效降低管线施工工作难度和安全风险，提高道路施工和管网改造的工作效率。

四是建立地下管线动态常态化更新机制。通过地下管线动态更新，加强道路施工和管网改造工程的信息主动收集和共享，不断把各类信息有机结合和规范化，以达到地下管线长效管理目标。

五是“无缝”集成真实世界信息和虚拟世界信息。运用AR技术，将虚拟的信息应用到真实世界，将专业数据与现实环境相结合，为隐蔽空间作业、道路开挖等工作提供超越现实的感官体验（图2）。

图2 地下管线三维系统建模AR展示

（四）地下管线监测预警

依托现有城市基础设施数据资源，以预防燃气爆燃、城市内涝、管网泄漏等重大安全事故为目标，以物联网、云计算、大数据等技术为支撑，以“点、线、面”相结合的方式，统筹分析评估城市复杂耦合风险，基于风险评估结果对现有城市安全运行监测感知网进行补充和完善。

通过安全监测平台建设，感知管线实时运行状态，实现城市安全风险实时监测。应用大数据、云计算等技术预警管线安全事故风险，进行自动化模型推演及研判分析，对事故灾害发生的可能性和损失程度进行智慧化分级预警，建立城市安全运行整体监测、早期预警和高效应对体系，同时根据预警类型和等级启动相应级别的响应，实现高效联动处置，并对每一起事件形成一套全周期档案，作为事件追溯和大数据统计分析的依据。实现城市安全运行管理“从被动应对向主动防控”的转变。

（五）系统应用案例

地下管线数字化管理系统三维平台为各级行业部门、地下管线权属单位、建设工程施工单位等提供地下管线数据查询、数据核实服务，在地下管线施工安全管理、施工协调、应急抢修、隐患治理等方面发挥了重要作用。

2022年1月，通州区故城东路新华小区供热站供电线路发生故障。通过地下管线数字化管理系统三维平台查阅既有管线资料，并结合现场探测情况排查核实，充分利用现有数据的实时性，在出现应急事故时第一时间快速反应，运用信息化手段精准排查。

2022年1月，对通州区群芳中二街与群芳二路交叉口、群芳中二街与颐瑞中三街交叉口的过路电力拉管施工进行现场支持。通过信息化系统、AR技术对现场管线数据进行核实，清晰了解了施工现场的管线分布情况，与各权属单位核实管线数据，对施工道路所涉及的管线种类、埋深进行统计后，施工顺利进行。施工完成后，对新增、翻修的管线数据做统一的更新报备，与信息化系统保持统一，实现数据的现势性（图3）。

图3 通州区某交叉路口管线分布情况

2022年3月，通州区西小马庄园西南门附近因施工單位发现不明管线，为避免二次事故发生，需进行现场数据支持。利用信息化系统、AR增强现实技术对施工区域地下管线进行分析确认，明确了不明管线，并现场与施工单位、权属单位核实。

二、通州地下管线综合管理平台的亮点及不足

（一）亮点

一是实现多源异构数据标准化加工处理。物联网实时监测数据集中汇聚，系统对汇聚的数据进行处理，基于分布式服务框架，提供数据接入转换、融合处理等实时大数据处理等功能，实现多源异构数据的标准化加工处理。

二是建立数据全生命周期管理长效机制。依托城市安全基础数据，包括基础地形图数据、空间数据、应急资源数据等，为整个系统提供系统的数据支撑。系统基于大数据存储技术，实现结构化、半结构化以及非结构化数据的存储，满足不同数据资源池数据入库需要，建立贯穿接入、存储、使用、迁移等环节的数据全生命周期管理长效机制。

三是实现运行状态实时化和可视化。结合通州区数字孪生城市建设，实现城市全要素的数字化和虚拟化，达到城市状态的实时化和可视化。将现有地下管线基础数据、城市运行数据、城市安全监测数据、城市建设数据等相互对应、相互映射、协同交互，形成物理世界和虚拟世界共生、虚实交融的城市发展格局。

（二）不足

一是由于城市副中心建设发展快，对地下管线施工管理还需进一步加强，应通过全生命周期监管方式及时掌握管线的变化情况，确保信息完整和长效性。

二是由于老旧小区比较多，隐患较多、底数摸排困难，目前只覆盖到城市道路的公共区域，对小区内部管线的管理还缺乏有效手段。

三是管线物联网监测范围只覆盖到主城区范围，为了进一步提升城市安全风险监测能力，还需加大监测力度。

通州区某供电线路故障排除现场。作者提供

三、深化地下管线智慧化管理的经验启示

（一）建设快速响应机制

结合地下管线三维平台建设，将地下管线从传统的二维地图变为三维地图，推动数据应用，建立数据服务审核流程，为各企业在道路管网改造过程中提供更加精准的地下管线数据服务和技术支持，有效降低地下管线施工安全隐患和风险。

在实际应用过程中，通过地下管线信息化系统，提供道路挖掘分析、管线老化预警分析、管线碰撞分析、历史数据对比分析等功能，为多个重大工程提供了应用支持，包括海绵城市的规划设计、雪亮工程施工、各主干道路景观改造、副中心老城双修等，有力保障了“城市生命线”的安全运行。

建立地下管线数据服务工作快速响应机制，设立专职人员负责地下管线数据应用和应急响应。当企业施工或出现管线突发事故时，技术人员立即响应，第一时间到达现场配合权属单位排查管线现场分布情况，结合三维应用系统，制定应急响应路线，精准定位管线信息，分析管线周边情况，为应急抢险工作提供第一手数据资料，避免管线发生二次事故。

将AR技术应用到地下管线行业管理中，通过该技术把真实环境和地下管线三维数据结合起来，形成一种“透视眼”效果，解决了以往地下管线隐藏在地下难以查看和掌握的问题，把应用场景从室内搬到了室外，为现场施工、应急抢险等工作提供更加真实准确的地下空间信息。

（二）建立地下管线行业管理常态化和长效机制

开创地下管线数据管理与业务服务新模式，将地下管线数据管理与地下管线数据动态更新相结合，将管线调阅、施工信息分发、管线应急处置、管线数据更新等各类信息规范化和有机结合，对管线业务信息与管线应用数据进行深度挖掘，建立地下管线行业管理常态化和长效机制。

（三）建立实时监控、综合指挥机制

目前，已初步完成对通州区老城区辖区内燃气、供排水、热力、综合管廊等城市生命线工程和城市洪涝等安全监测感知网络覆盖、监测预警系统建设，建成城市安全风险综合监测预警平台，实现了“城市生命线”安全的日常值守、实时监测、报告报送、预测预警、辅助决策、风险分析等重要功能。

在实际业务工作中，建立了管线施工安全防护沟通机制，整合从施工企业、权属单位到行业监管部门之间的资源，协调施工、建设、监管、运行各部门在管线施工过程中对地下管线安全运行的保护工作，实现对地下管线施工工程的全过程管理，从而避免因未掌握地下管线情况而盲目施工导致的各种安全事故。

结合安全防护机制，整合各种管线施工工程信息，加强与各管线权属单位的定期沟通，主动收集地下管线施工信息，建立地下管线常态化更新机制，确保地下管线数据的及时更新和长期有效。

（责任编辑：赵立杰）