地下管線智慧化管理實踐與啟示

吳佩琦

隨著深入推進實施京津冀協同發展戰略，北京城市副中心建設速度不斷加快，在建工程量年均三四百項，城區規模不斷擴大，地下管線建設規模同步擴張。隨之而來的城市地下管線安全隱患日益凸顯，如燃氣爆燃、路面坍塌、城市內澇、大面積停水停氣等考驗著城市管理綜合能力。北京市通州區以制度為抓手，以信息化為手段，不斷提高地下管線綜合承載能力，保障城市副中心“生命線”平穩運行。

一、地下管線綜合管理平臺

（一）建設歷程

2013年，通州區啟動建設地下管線數據及信息化平臺，通過地下管線數據普查、地下管線三維信息化管理、地下管線施工安全防護管理等系統建設與運行，將通州區地下管線管理由二維平面管理提升到三維管理。同時，應用增強現實（AR）技術，并結合物聯網技術，將原有人工定期巡查擴展到管線在線監測預警、隱患排查等方面，實現城市地下管線全生命周期管理的風險可視化、監管規范化、管理精細化、保障主動化。

目前，已實現全區域市政道路范圍內地下管線數字化全覆蓋，數據涵蓋供水、排水、燃氣、電力、通信、電視、熱力、工業及探測范圍內其他類地下管線和附屬設施等。為保障地下管線數據資料的現勢性和完整性，編制了《通州區地下管線數據動態更新工作方案》，建立常態化地下管線數據動態更新工作機制，每年對新建地下管線數據進行更新普查和入庫。通州區地下管線系統建設范圍如圖1所示。

圖1 通州區地下管線系統建設范圍示意圖

（二）管理機制

先后編制了《通州區地下管線管理辦法》《通州區地下管線施工防護管理實施細則》和《通州區地下管線數據動態更新工作方案》等，通州區城市管理委員會為地下管線綜合協調管理部門，協調督促地下管線權屬單位落實地下管線運行管理職責。

（三）地下管線三維可視化

開展地下管線數字化管理系統三維平臺建設，利用云地理信息系統（GIS）、AR等技術，將真實環境與地下管線三維數據相結合，將通州區地下管線數據庫從二維平臺升級為三維平臺。通過系統建設與應用，實現以下功能：

一是對地下管線施工工程的全過程管理。建立起從施工單位、權屬單位到行業監管部門之間的溝通橋梁，避免因未掌握地下管線分布情況而盲目施工導致的各種安全事故。同時，加強地下管線隱患排查工作，對管線權屬單位進行全面管理和實時跟蹤，建立管線施工和管線安全的全面監管機制。

二是將地下管線從傳統的二維地圖變為三維地圖。積極推動數據應用，為道路管網改造施工提供更加精準的地下管線數據服務和技術支持，有效降低地下管線施工安全隱患和風險。

三是建立地下管線數據服務工作快速響應模式。通過基于移動終端的數據查詢、增強現實、綜合分析等應用，將地下管線三維數據與現實環境擬合，有效降低管線施工工作難度和安全風險，提高道路施工和管網改造的工作效率。

四是建立地下管線動態常態化更新機制。通過地下管線動態更新，加強道路施工和管網改造工程的信息主動收集和共享，不斷把各類信息有機結合和規范化，以達到地下管線長效管理目標。

五是“無縫”集成真實世界信息和虛擬世界信息。運用AR技術，將虛擬的信息應用到真實世界，將專業數據與現實環境相結合，為隱蔽空間作業、道路開挖等工作提供超越現實的感官體驗（圖2）。

圖2 地下管線三維系統建模AR展示

（四）地下管線監測預警

依托現有城市基礎設施數據資源，以預防燃氣爆燃、城市內澇、管網泄漏等重大安全事故為目標，以物聯網、云計算、大數據等技術為支撐，以“點、線、面”相結合的方式，統籌分析評估城市復雜耦合風險，基于風險評估結果對現有城市安全運行監測感知網進行補充和完善。

通過安全監測平臺建設，感知管線實時運行狀態，實現城市安全風險實時監測。應用大數據、云計算等技術預警管線安全事故風險，進行自動化模型推演及研判分析，對事故災害發生的可能性和損失程度進行智慧化分級預警，建立城市安全運行整體監測、早期預警和高效應對體系，同時根據預警類型和等級啟動相應級別的響應，實現高效聯動處置，并對每一起事件形成一套全周期檔案，作為事件追溯和大數據統計分析的依據。實現城市安全運行管理“從被動應對向主動防控”的轉變。

（五）系統應用案例

地下管線數字化管理系統三維平臺為各級行業部門、地下管線權屬單位、建設工程施工單位等提供地下管線數據查詢、數據核實服務，在地下管線施工安全管理、施工協調、應急搶修、隱患治理等方面發揮了重要作用。

2022年1月，通州區故城東路新華小區供熱站供電線路發生故障。通過地下管線數字化管理系統三維平臺查閱既有管線資料，并結合現場探測情況排查核實，充分利用現有數據的實時性，在出現應急事故時第一時間快速反應，運用信息化手段精準排查。

2022年1月，對通州區群芳中二街與群芳二路交叉口、群芳中二街與頤瑞中三街交叉口的過路電力拉管施工進行現場支持。通過信息化系統、AR技術對現場管線數據進行核實，清晰了解了施工現場的管線分布情況，與各權屬單位核實管線數據，對施工道路所涉及的管線種類、埋深進行統計后，施工順利進行。施工完成后，對新增、翻修的管線數據做統一的更新報備，與信息化系統保持統一，實現數據的現勢性（圖3）。

圖3 通州區某交叉路口管線分布情況

2022年3月，通州區西小馬莊園西南門附近因施工單位發現不明管線，為避免二次事故發生，需進行現場數據支持。利用信息化系統、AR增強現實技術對施工區域地下管線進行分析確認，明確了不明管線，并現場與施工單位、權屬單位核實。

二、通州地下管線綜合管理平臺的亮點及不足

（一）亮點

一是實現多源異構數據標準化加工處理。物聯網實時監測數據集中匯聚，系統對匯聚的數據進行處理，基于分布式服務框架，提供數據接入轉換、融合處理等實時大數據處理等功能，實現多源異構數據的標準化加工處理。

二是建立數據全生命周期管理長效機制。依托城市安全基礎數據，包括基礎地形圖數據、空間數據、應急資源數據等，為整個系統提供系統的數據支撐。系統基于大數據存儲技術，實現結構化、半結構化以及非結構化數據的存儲，滿足不同數據資源池數據入庫需要，建立貫穿接入、存儲、使用、遷移等環節的數據全生命周期管理長效機制。

三是實現運行狀態實時化和可視化。結合通州區數字孿生城市建設，實現城市全要素的數字化和虛擬化，達到城市狀態的實時化和可視化。將現有地下管線基礎數據、城市運行數據、城市安全監測數據、城市建設數據等相互對應、相互映射、協同交互，形成物理世界和虛擬世界共生、虛實交融的城市發展格局。

（二）不足

一是由于城市副中心建設發展快，對地下管線施工管理還需進一步加強，應通過全生命周期監管方式及時掌握管線的變化情況，確保信息完整和長效性。

二是由于老舊小區比較多，隱患較多、底數摸排困難，目前只覆蓋到城市道路的公共區域，對小區內部管線的管理還缺乏有效手段。

三是管線物聯網監測范圍只覆蓋到主城區范圍，為了進一步提升城市安全風險監測能力，還需加大監測力度。

通州區某供電線路故障排除現場。作者提供

三、深化地下管線智慧化管理的經驗啟示

（一）建設快速響應機制

結合地下管線三維平臺建設，將地下管線從傳統的二維地圖變為三維地圖，推動數據應用，建立數據服務審核流程，為各企業在道路管網改造過程中提供更加精準的地下管線數據服務和技術支持，有效降低地下管線施工安全隱患和風險。

在實際應用過程中，通過地下管線信息化系統，提供道路挖掘分析、管線老化預警分析、管線碰撞分析、歷史數據對比分析等功能，為多個重大工程提供了應用支持，包括海綿城市的規劃設計、雪亮工程施工、各主干道路景觀改造、副中心老城雙修等，有力保障了“城市生命線”的安全運行。

建立地下管線數據服務工作快速響應機制，設立專職人員負責地下管線數據應用和應急響應。當企業施工或出現管線突發事故時，技術人員立即響應，第一時間到達現場配合權屬單位排查管線現場分布情況，結合三維應用系統，制定應急響應路線，精準定位管線信息，分析管線周邊情況，為應急搶險工作提供第一手數據資料，避免管線發生二次事故。

將AR技術應用到地下管線行業管理中，通過該技術把真實環境和地下管線三維數據結合起來，形成一種“透視眼”效果，解決了以往地下管線隱藏在地下難以查看和掌握的問題，把應用場景從室內搬到了室外，為現場施工、應急搶險等工作提供更加真實準確的地下空間信息。

（二）建立地下管線行業管理常態化和長效機制

開創地下管線數據管理與業務服務新模式，將地下管線數據管理與地下管線數據動態更新相結合，將管線調閱、施工信息分發、管線應急處置、管線數據更新等各類信息規范化和有機結合，對管線業務信息與管線應用數據進行深度挖掘，建立地下管線行業管理常態化和長效機制。

（三）建立實時監控、綜合指揮機制

目前，已初步完成對通州區老城區轄區內燃氣、供排水、熱力、綜合管廊等城市生命線工程和城市洪澇等安全監測感知網絡覆蓋、監測預警系統建設，建成城市安全風險綜合監測預警平臺，實現了“城市生命線”安全的日常值守、實時監測、報告報送、預測預警、輔助決策、風險分析等重要功能。

在實際業務工作中，建立了管線施工安全防護溝通機制，整合從施工企業、權屬單位到行業監管部門之間的資源，協調施工、建設、監管、運行各部門在管線施工過程中對地下管線安全運行的保護工作，實現對地下管線施工工程的全過程管理，從而避免因未掌握地下管線情況而盲目施工導致的各種安全事故。

結合安全防護機制，整合各種管線施工工程信息，加強與各管線權屬單位的定期溝通，主動收集地下管線施工信息，建立地下管線常態化更新機制，確保地下管線數據的及時更新和長期有效。

（責任編輯：趙立杰）