三維地理信息系統在智慧化工園區建設中應用

張安梅 安豐亮(山東正元數字城市建設有限公司，山東 煙臺 264670)

0 引言

隨著科技水平的飛速發展，三維地理信息技術在不斷成熟和完善，在城市規劃以及國土監測等項目中獲得了越來越多的認可和應用，而化工園區建設規劃工作使用三維地理信息技術代替傳統的CAD技術，不僅方便技術人員或決策人員對規劃信息進行快速查詢和分析，還可以通過三維模型功能對地形、地質等信息進行更加直觀的呈現，對化工園區整體建設質量的提升有著重要意義。

1 化工園區以及三維地理信息系統概述

1.1 化工園區概述

化工園區是為了滿足現如今化工行業規模化、集約化發展需要而出現的化工企業聚集區域，化工園區的用地類型大致可以分為倉儲區域、居住區、大型石油化工園區以及煤化工產業型園區等幾種，使得化工園區普遍具有企業生產工藝復雜、污染物排放量較大、耗能較大以及危險性較高等特點。

1.2 三維地理信息系統概述

三維地理信息系統也就是GIS，是一種由計算機硬件和軟件構成的空間信息平臺，其中包括空間數據收集、數據存儲、空間數據分析以及三維模型等功能。而三維地理信息系統在化工園區建設中的應用，一方面可以對地理信息進行大范圍的收集、管理和分析，從而為化工園區的規劃與設計提供必要的數據信息支持，還可以為化工園區的規劃和設計工作提供直接幫助，比如通過空間分析與模擬功能，對化工園區安全事故或化工園區事故應急設計進行模擬，可以顯著提升化工園區規劃設計的科學性，并促進化工園區安全水平和生產效率的提升。

2 三維地理信息系統在化工園區規劃中的應用

2.1 化工園區附近環境調查與評價

化工園區建設項目所需考量的因素與其他類型的建筑工程相比，無論是在調查項目的數量方面，還是在調查項目的詳細程度及準確性方面都有著較高的要求，比如，除了需要對自然環境因素以及人工因素等地理數據進行全面調查以外，還需要對園區附近的交通環境因素、人流情況等行業空間數據進行分析和掌握(如圖1)。這些數據中除了包含水資源分布、植被分布、土壤類型及其分布等與空間有關的數據以外，還包含天氣情況以及降雨量情況等統計類數據，而采用三維地理信息系統，不僅可以對這些數量龐大的相關數據進行收集、整理和存儲，還可以利用與空間有關的數據構建相應的地形模型，再通過導入建筑物以及樹木等模型數據生成化工園區三維設計圖，從而實現數據的可視化轉換。與傳統的環境調查手段相比，三維GIS技術的應用對交通視頻信息、人口信息以及地理信息等數據的獲取具有更大的優勢，而且三維GIS技術還提供空間信息數據查詢、共享以及分析等功能，并支持多種形式的數據，使得空間數據具有更好的可維護性以及更新能力。

圖1 化工園區調查與規劃所涉及的數據類型

2.2 化工園區的選址

化工園區的選址，不僅應嚴格遵守相關政策和法律規范，還需要對自然生態環境的承受能力進行科學計算和了解，避免化工園區建設工作對周圍生態環境造成過大的影響和破壞，而三維地理信息系統在化工園區選址中的應用，主要是利用三維地理信息系統中的空間分析功能。首先，需要對景觀、名勝古跡、保護區、居住區以及農田等禁止建設化工園區的區域進行排除；其次，挑選出土壤條件、土地面積以及生態環境承受能力符合要求的區域；第三，在這些區域中再次挑選出附近交通較為便利且有充足水源的區域作為化工園區建設地點(如圖2)。

圖2 化工園區選址分析模型

2.3 化工園區的規劃設計

化工園區內部各個區域有其特有的用途，而且，部分區域具有污染性較大以及危險性較高等特點，這就要求化工園區的規劃設計工作應根據現場實際情況合理分配各個區域的用地類型。三維地理信息系統在化工園區規劃設計工作中的應用，主要是用于交通系統分析、防火設計以及綜合管線分析等幾個方面，與傳統的二維平面設計模式相比，三維GIS技術的應用不僅可視化以及可模擬功能提升了園區設計方案的科學性和可行性，在方案修改環節也不需要對設計方案進行重新設計，極大提升了設計工作的質量和效率。

2.3.1 交通系統設計

交通系統設計是化工園區規劃的重要內容之一，不僅是連接化工園區內部各個區域的紐帶，也是連通化工園區與外界的重要通道，對化工園區的正常、有序運行有著重要影響。化工園區交通系統設計主要包括：相關資源調查、實際需求分析以及設計方案制定等幾個環節，其中，相關資源調查主要是對化工園區內部情況及其周圍交通系統情況進行全面了解和掌握，工作人員可以通過無人機勘察以及實地勘測等方法對相關信息進行獲取，并將獲取到的數據錄入三維地理信息系統數據庫中，方便設計人員對相關數據進行快速查詢和調用；其次，實際需求分析則是根據化工園區規劃對園區的交通需求進行計算和預估，涉及到化工園區內部的用地類型、用地分布、人流密度以及出行方式等幾個方面；第三，交通系統的設計方案制定，需要設計人員以交通資源調查結果以及交通系統需求估算結果為參考依據，結合自身的專業知識和技能進行交通系統設計。

2.3.2 園區防火設計

化工園區內生產區域涉及到的生產原料以及產品，大部分都屬于易燃易爆的危險品，極易引發火災事故，而且，一旦發生火災也容易引發連鎖反應，從而導致出現嚴重的人員傷亡以及經濟損失，所以，化工園區防火設計是園區規劃和建設工作的重要內容之一。首先，園區防火設計人員需要從化工園區整體角度對防火區域進行規劃，在生產區域、存儲區域以及居住區域之間科學設置防火安全隔離；其次，與交通系統設計人員進行溝通交流，并根據火災救援需要合理規劃救援通道、緊急逃生通道以及人員疏散通道；第三，園區防火設計人員應根據不同區域的防火等級設置不同級別的防火隔離墻、火災報警設備以及滅火設備。在園區防火設計過程中，設計人員可以利用GIS技術中的模擬功能以及空間分析技術進行火災模擬，不僅可以對園區防火設計進行優化，從而提高園區防火設計水平，還有助于制定出更加高效的火災救援和滅火方案。

2.3.3 園區綜合管線分析

化工園區綜合管線主要包括給排水管道、供氣管道、供電線路以及供網線路等，是化工園區正常運行和安全生產的重要保障，所以，綜合管線分析也是化工園區規劃工作的重要組成部分。傳統的以CAD技術為主的二維平面設計模式，很難全面、準確的發現設計中隱藏的管線碰撞以及交叉等問題，而在綜合管線分析和設計工作中合理運用GIS技術和BIM技術，不僅可以從園區整體的角度，結合園區地形地貌和實際需要對各類主要管線的型號、分布以及埋深等情況進行合理規劃，還可以利用模擬功能對管線碰撞和交叉問題進行檢測，并通過施工模擬對綜合管線施工方案進行優化，從而提高化工園區綜合管線設計方案的合理性及可行性。除此之外，GIS技術和BIM技術的應用可以顯著提升園區綜合管線分析和設計工作效率，而且，系統數據庫中存儲的材料清單等數據還可以用于成本估算以及預決算等環節，有助于提高項目成本管控工作水平。

3 三維地理信息系統在智慧化工園區信息化建設中的應用

3.1 信息化基礎設施的建立

化工園區內的信息化基礎設施是構建信息化應用平臺的重要組成部分，其中除了網絡設備、云數據中心以及通信管線等組成以外，還包括安裝在水、電等設施上的傳感設備，化工園區內的各個區域、建筑以及設施也正是通過這些信息化基礎設施聯系在一起，所以，信息化基礎設施的建立，是實現化工園區智慧化、信息化的前提以及基礎，而三維地理信息系統所提供的空間地理信息，則是信息化基礎設施建設以及信息化網絡搭建的基礎支撐和依據。

3.2 GIS應急救援系統

GIS應急救援系統也是智慧化工園區的重要組成部分，由于化工園區各個區域的用地類型存在一定的差異，使得園區內不同區域的危險程度以及應急救援需要也各有不同，而GIS應急救援系統的作用，主要是為了減少化工園區事故帶來的損失和影響。GIS應急救援系統包括數據庫模塊、電子地圖模塊以及中央控制模塊等幾個部分，其中，數據庫模塊又包括園區內企業信息數據庫、危險區域數據庫以及應急救援數據庫等，這些數據庫通過地理基礎數據聯系在一起。而三維GIS技術在應急救援系統中的應用，主要是通過三維空間數據構建可視化三維地圖，當化工園區內發生安全事故時，GIS應急救援系統可以將事故的發生地點以及影響范圍等信息在三維地圖中標記出來，并為應急救援決策工作提供輔助以及必要的參考數據，同時，還會立刻將事故警報、事故位置和周圍情況等信息發送到園區監控室以及應急救援數據庫中的相應部門，從而提高化工園區對安全事故的反應速度，確保營救隊伍能夠及時到達事故現場并采取妥善的事故處理和救援方案(如圖3)。

圖3 GIS應急救援系統

3.3 基于三維GIS的園區監控系統

基于三維GIS的化工園區監控系統，主要是根據園區的具體業務需要，將三維GIS軟件與企業生產管理系統以及視頻監控系統進行集成，在管理平臺上通過三維仿真技術對三維空間數據庫中的數據進行模擬展示，并實現三維瀏覽、交互、相關設備屬性及其他信息查詢等功能，不僅更加符合現如今化工園區的精細化、智能化以及空間信息化的管理和發展需要，還可以顯著提升化工園區生產管理以及監測監控工作的質量和效率。

4 結語

總而言之，隨著社會生產力的提升以及經濟水平的發展，自動化、智能化逐漸成為了化工園區的建設和發展趨勢，而三維地理信息系統在智慧化工園區建設中的應用，不僅有效推動了化工園區的信息化建設，對化工企業入園率的提升以及化工園區的發展也有著積極的促進作用。