建設智慧管線，助力智慧城市

· 文|智慧城市地下空間聯合實驗室 孫劍

建設智慧管線，助力智慧城市

· 文|智慧城市地下空間聯合實驗室 孫劍

一、引言

2014年5月22日，李克強總理來到內蒙古赤峰市德潤污水處理廠在建項目工地，他說：我們的城市亮麗光鮮，但地下基礎設施仍是短板。“面子”是城市的風貌，而“里子”則是城市的良心，這是百年大計。

據住房與城鄉建設部城市科學研究會的統計，2012年第一批國家智慧城市90個試點所申報的重點工程項目中，涉及地下管線與空間綜合管理類的項目占比約63%，表明大量的地方人民政府已自覺地認識到地下管線信息化和智能化建設迫在眉睫。智慧管線項目將成為各個城市在智慧城市試點工作的核心，同時也是智慧城市建設的重要基礎平臺。

據不完全統計，全國重大地下管線事故每天平均5.6起，每年僅開挖造成經濟損失2000億元。其中2013年11月22日，中石化東黃輸油管道發生泄漏爆炸，造成特別重大事故，死亡62人，直接損失7.5億元，舉國震驚。根據第三方統計，截至2012年全國城市僅有36%進行地下管線普查，大部分沒有建立良好動態更新機制、城市綜合地下管線信息系統及監測預警系統。這些信息表明當前城市地下基礎設施，尤其是地下管線建設和運營情況形勢嚴峻，已嚴重影響新型城鎮化發展進度。

2013年9月16日，國務院下發《國務院關于加強城市基礎設施建設的意見》（國發〔2013〕36）號明確提出城市基礎設施是城市正常運行和健康發展的物質基礎，對于改善人居環境、增強城市綜合承載能力、提高城市運行效率、穩步推進新型城鎮化、確保2020年全面建成小康社會具有重要作用。文件對地下管線、共同溝建設等有大量的篇幅進行闡述，明確提出城市建設設施建設要“先地下，后地上”的原則。

2014年6月3日，國務院辦公廳2014第27號文件《關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》正式頒布，這一改之前安全生產類型文件由國家安監局發布的慣例，首次由國務院辦公廳進行發布。在總體工作要求章節對城市建設、設施建設再次明確“先地下，后地上”的原則開展城市地下管網建設工作，另外從“加強規劃統籌，嚴格規劃管理”，“統籌工程建設，提高建設水平”，“加強改造維護，消除安全隱患”，“開展普查工作，完善信息系統”，“完善法規標準，加大政策支持”，“落實地方責任，加強組織領導”六個方面全面完整地提出了具體的指導意見。

二、地下管線建設管理問題分析

經過對多個城市的調研和不同歷史階段我國地下管網情況的梳理，導致地下管線發生事故的因素如圖1所示。

管線事故貫穿管線數據全生命周期過程，除了因為地質災害、防腐層腐蝕、自然老化等非人為因素之外，主要是由下述問題導致的：

1）體制機制方面，這包括權屬單位協調難度較大、施工流程監管不嚴、審批環節缺失等，這使得后續跨部門協調機制和數據更新機制都難以建立。雖然國內部分城市已建了地下管線綜合數據庫和信息系統，但是大部分都未真正實現成果共享，沒有發揮應有的數據價值，大部分在普查結束，建庫結束后就靜止為“僵尸”數據庫和系統。據2012年初步統計,浙江省11個市中10個市已進行地下管線普查，其中雖然有7市已向城建檔案機構移交了管線的檔案信息，10市中只有1市的城建檔案機構提供地下管線檔案信息的對外利用和服務。

圖1 管線數據生命周期

2）數據資源獲取、感知，監測、信息系統方面，燃氣、自來水、井蓋等設施各異，難以監測和數據上傳。存量管線探測、增量的竣工測量較專業，需由專業測繪單位完成。已有管線管理系統技術架構陳舊，無法適應機構變化和流程調整，沒有兼顧移動應用、位置服務的需求。地下空間管理是典型的三維地理信息應用，傳統管線管理模式用戶體驗較差，操作繁雜，更新模式單一。

三、智慧管線解決思路

首先，應優化體系機制；其次，監測預警系統是智慧管線的發展重點。

地下管網監控絕大部分不具備可見光基礎，并且大量信息無法通過監視器獲得，例如有害氣體濃度、液體的溫度等。所以配置專業化的地下管網監測設備和傳感器將提高地下管網安全運營水平，為城市市政和權屬單位提供維修或翻新的基礎數據，政府和權屬單位進而快速決策，對有安全隱患的管線或基礎設施進行維修或重建，將安全風險降低。在借助各類物聯網傳感器的基礎上，借助4G及專業的通信手段，將異構的傳感信息技術發送運營中心。

北斗可用于燃氣管線日常巡檢，泄漏監測、防腐檢測、施工管理、應急搶修等。

地下管線有天然的三維空間特性，黃島事故就是因為中國石化集團方面沒有及時獲知到輸油管網下面的排水溝渠的現狀，才導致了后來悲劇的發生。傳統的地下管線二維GIS系統難以實現上述需求，難以直觀了解地下基礎設施空間關系，近年來，隨著專業技術和計算機技術、VR技術的發展，使得地下管線的三維可視和數字可控成為可能，逐步向著“規劃標準化、建設可視化、運營自動化、管理體系化”方向發展。在整個項目規劃、建設和實施過程中，均可全程采用三維建模、三維GIS的方式整合和管理數據，如圖2所示。

圖2 管線三維GIS模型

運用三維地理信息技術，將設計圖紙轉化為三維模型；再通過先進的測量技術將現場環境和工程實體數據測量轉化為實體三維模型，實現實體模型與設計模型的實時對比，及時了解建設過程中實時信息，對整個建設階段進行可視化的管理。一旦地下管線普查和數據采集完成后，所有的數據均要按照住建部的最新標準《城市地下管線探測技術規程-CJJ61 2003》進行，掌握埋深等高程信息，確保數據質量和規格，為后續三維GIS系統應用奠定基礎。

四、智慧管線建設總體技術框架

通過對地下管網建設管理現狀的調研和分析，結合當前信息化和智能化的發展趨勢，從政府和各個管線權屬單位角度，提出了智慧管線的初步定義，那就是針對我國城鎮化進程中城市地下管線及基礎設施建設管理的戰略需求，圍繞機制體制優化，創新運營模式等核心議題，借助北斗系統、地理信息系統，物聯網、地下綜合管網基礎數據庫和各類應用系統等技術成果，使地下管線從規劃建設、安全運營維護、應用管理、數據信息長效更新、共享服務等全生命過程都做到有章可循、有法可依、高效管理，真正實現城市地下管線信息的即時交換、共建共享、動態更新。

在具體實踐和應用過程中，提煉和總結出的總體技術架構如圖3所示。

圖3 智慧管線建設總體技術框架

管網體系結構包括數據普查、建庫，綜合數據庫建立，滿足政府需求的綜合地下管線信息系統，滿足不同權屬單位的專業管線信息系統。其中政府部門的用戶包括規劃、建設、城管、應急辦等多個部門，權屬單位包括供水、燃氣、電信企業等。目前各個權屬單位的專業地下管線系統已開始應用多年，專業管線系統專業性強，不同的管線材質需要不同的傳感器來感知壓力、溫度和各種狀態。而目前最為迫切是城市一級的綜合地下管線信息系統。

城市綜合管線數據庫實現對給水、排水、燃氣、電力、電信、廣播電視、熱力、工業管道等管線的空間坐標數據和屬性數據的統一管理，數據庫包含管線的走向、性質、規格、材質、埋設時間、權屬單位等屬性數據。

城市綜合管線信息化管理建設首先需要將智慧管線作為一個整體加以規劃建設，而不應人為地孤立和分割信息，并對已有分布在城市不同單位、不同類型、不同形式的地下空間資料進行整合，并通過綜合管線普查或對現有資料整理來摸清綜合管線的空間分布及屬性信息，并建立綜合管線數據庫。建立管線數據更新體制，通過綜合管線信息管理系統將竣工測量數據更新到綜合管線數據庫中，保證綜合管線信息的現勢性。在綜合管線數據庫的基礎上，建設智慧管線綜合管理平臺和共享平臺，提高智慧管線管理、科學決策、以及公共基礎設施突發事件監測、應急反應和指揮決策的能力。