基于探測普查成果的城市地下管線空間凈距研究

李江飛，嚴建國，周亮，常洲

(1.南京市城市地下管線數字化管理中心，江蘇 南京 210098； 2.南京捷鷹數碼測繪有限公司，江蘇 南京 210098)

1 引 言

自2019年江蘇響水“3.21”特別重大爆炸事故發生以來，安全生產工作再一次上升到新的高度。錯綜復雜的地下管線作為城市的生命線，承擔著運輸生產生活信息、保障城市穩定運行的重要功能。改革開放以來，國內城市建設規模和速度逐年增加，地下管網的種類和長度也越來越多、越來越長。據國家住建部中國城市建設《統計年鑒》[1]，2018年我國城市中供水、燃氣、供熱、排水管網長度已達268萬公里。為改善市容市貌，一些大城市實施了地上桿線下地工程。地下管網建設力度進一步加大，城市的安全風險也隨之增加。近幾年，一些城市甚至是一些特大城市地下管線安全生產事故頻發，給城市運行和人民生命財產造成了重大損失[2]。經統計[3]，2019年我國發生地下管線事故488起，其中管線破壞347起，地面塌陷106起，造成死亡90人，受傷108人。地下管線助推城市經濟發展與管線事故造成重大經濟損失的矛盾愈加凸顯，如何加強地下管線安全管理和掌握地下管線安全現狀成了當前的關注焦點[4]。

2015年以來，國內各地陸續開展并完成了地下管線探測普查，獲得了較為全面的地下管線基本信息，并建立了信息系統，實現了地下管線的信息化管理[5]。依據普查成果，國內大多數城市也開展了地下管線信息動態維護，探索共建共享工作，逐步實現了地下管線信息的應用推廣。但是，目前的數據應用主要局限于規劃、設計、施工參考，基于數據本身的分析應用較少，如何加強管線信息分析利用，提高經濟附加值也成了管線信息管理者當前的難題。

目前對地下管線安全研究大多集中在管線自身的安全上，包括管道老化、腐蝕、外力破壞等，但對地下管網中不同管線之間的相互影響，即管線之間的凈距現狀分析較少[6]。管線的凈距主要起到保護管道自身及周邊管線或構筑物的作用，同時還需要滿足施工、維修、檢查的間距要求[7]。因此確保地下管線的凈距符合規范要求對于管線安全具有重要作用。雖然地下管線相關設計規范已經對各網線的空間布局進行了要求，但在實際設計和施工環節中，由于各種原因，經常出現不符合規范要求的地下管網建設行為[8]，給地下管線的安全帶來了重大的安全隱患。準確掌握城市地下管線的凈距現狀情況并針對性地進行管理，是當前城市安全的一項重要內容。

2 地下管線凈距分析方法研究

2.1 地下管線凈距要求

根據《城市工程管線綜合規劃規范》(GB 50289-2016)[9](以下簡稱《管線規劃規范》)，地下管線凈距包括水平凈距和垂直凈距，水平凈距指沿著道路方向平行敷設的管線外壁之間的距離，垂直凈距是指交叉管線外壁最近點之間的距離。《管線規劃規范》中表4.1.9和表4.1.14分別對工程管線之間的最小水平凈距和工程管線交叉時的最小垂直凈距均做了規范，表1、表2節選了部分管線之間最小凈距要求，本文分析以此為依據。

表1 管線(部分)之間的最小水平凈距(單位/m)

表2 交叉管線(部分)之間的最小垂直凈距(單位/m)

2.2 管線凈距分析方法

利用GIS軟件的空間疊加分析和緩沖區分析開展管線凈距分析，首先對管線以其最大凈距為半徑進行緩沖，以緩沖區進行空間疊加分析，緩沖區內管線則可能為凈距不足管線。然后以管線點(包括明顯點和隱蔽點)為節點，對緩沖區內管線進行平面相交分析，判斷兩段管線是平行管線或交叉管線，本文假定兩個管線段在水平面無交點則為平行管線，有交點則為交叉管線。對于平行管線，其管線之間的凈距在水平面的投影長度為水平凈距，對于交叉管線，其在豎向平面的投影為垂直凈距，分析流程如圖1所示。

圖1 城市地下管線凈距分析流程

3 基于GIS的地下管線凈距實例分析

3.1 某城市地下管線概況

本文以華東某大城市為例，該市位于長江下游，是華東地區重要的政治、經濟中心城市，建成區面積超 800 km2，常住人口約800萬人，下轄11個行政區。該市2015年完成了公共區域地下管線普查，2019年完成了非公共區域管線普查，共普查地下管線約16萬公里，普查內容包括地下管線的地理空間信息以及基本的屬性信息。

3.2 某城市地下管線凈距分析結果

按照第2節所述分析方法和理論，利用地下管線數據的空間位置、類別、尺寸等信息，通過GIS的緩沖區分析、空間疊置分析、距離量算等方法，進行某城市地下管線凈距分析(如圖2所示)，在不考慮管線探測誤差時，分析結果如表3所示。

表3 某市地下管線凈距分析結果(不考慮探測誤差)

圖2 管線凈距分析示意圖

可以看出，該市地下管線凈距不足點有 2 403 700個，電力、通信管線的凈距不足點占比較大，其中通信管線占總凈距不足點的46.5%，電力管線占總凈距不足點的32.1%；各類管線的間距不足情況與管線長度成正比關系。經分析和現場驗證，電力、通信管線占比較多的原因是此兩類管線直埋敷設較多，且由于軟管特性，管位隨意性較大，所以容易產生與其他管線凈距不足情況。

本次凈距分析利用的是管線普查探測成果，由于探測存在一定誤差以及管線敷設存在一定的隨意性，導致首次篩選的管線凈距不足點范圍較大，數量較多。為使分析結果能夠進一步篩查出城市地下管線間距嚴重不足或存在重大隱患的局部點位，基于前文分析結果，根據當地的地下管線探測規程，在分析中設定更為嚴苛的空間距離允許值，同時將直埋的通信管線和 350 V以下的電力管線不作為分析對象，進行二次分析，結果如表4、圖3所示。

表4 某市地下管線凈距二次分析結果

圖3 某市地下管線凈距分析結果圖

從分析結果可以看出，在設定空間距離允許值并將直埋的通信管線和 350 V以下的電力管線不作為分析對象后，凈距不足情況由初次分析的 2 403 700個點，減少至 33 274個點，間距不足情況相較第一次分析的結果大大減少。從熱力圖(圖4)來看，間距不足情況主要集中在老舊城區。分析結果也更符合地下管線間距實際情況。

圖4 管線間距不足點位熱力圖

4 結 論

(1)本文提出基于GIS的空間分析功能，并結合管線埋設情況，進一步優化了城市地下管線凈距分析方法，可以比較真實地反映地下管線凈距水平情況，有助于掌握城市地下管線的凈距現狀，進一步指導城市地下管線安全隱患排查整改，可以為安全生產工作提供參考。

(2)根據不同種類管線凈距分析結果來看，當前國內城市地下管線凈距不足情況較多，其中電力、通信管線因其自身屬于軟管材質，且以直埋敷設方式為主，造成與其他管線凈距不足情況更為普遍。在電力、通信管線規劃建設中應考慮加強保護設計，改變現有敷設方式，提高小型管廊應用率。

(3)在老舊城區、人口密集區、建筑密度較高的區域地下管線凈距不足情況較多，且此類管線大多建設年代較久，需要進一步核實、整改。在加強日常養護和巡查的基礎上，還應摸清各類地下管線的建設年代、運營負荷、健康狀況等信息，開發建設深層次的信息庫，建立管線安全預警機制，降低管線安全事故風險。