數字化構建高效智能排水體系

文︱馮蘭曉 狄曉靚

隨著城市規模高速發展，排水行業的傳統管理方式存在管理手段單一，運營技術落后，信息基礎設施建設不足，自動化程度不高，系統聯調能力差等一系列問題。對城市排水系統管理而言，通過信息化管理手段可以實現對運維單位的遠程監控、生產調度、數據挖掘、信息統計等，使排水業務管理由分散轉向集中，由粗放轉向精細化和信息化，大幅提高核心競爭力。以信息化、智能化為代表的新技術逐步在與城市治理、生態保護、環境治理等各個行業相融合。在排水管理領域，通過大數據、物聯網、GIS 技術的綜合應用，可實現對排水與污水處理信息的實時掌控，能有效解決監管不及時的問題，對突發情況能及時作出處置。

一、建設內容

城市生命線智慧排水系統根據城市對排水系統全鏈條監管和當前排水行業痛點問題，建設了綜合決策系統和五個子系統。綜合決策系統實現了排水系統全鏈條監管，五個子系統根據管網運行，在線監控報警、巡查養護、行業綜合監管和考核評價等五個方面進行研發監管，通過綜合決策系統和專項子系統共同打造并實現了全流程閉環監管體系。

二、特色亮點

智慧排水管理系統基于物聯網理念，采用信息化手段，結合 GIS 展示，實現對管網運行指標的實時監測，包括管網液位、流量、水質、氣體、泵站運行狀態等信息，保證管網安全高效地發揮作用，通過構建安全預警平臺，提高應急指揮及快速處置能力，保障城市排水管線的安全運行，使得整個城市排水管線的安全運行可把握、可控制、可預測，提供科學、先進的城市級水力分析能力，更全面評估城市排水管網能力。

1.高效管理多源可視化數據

智慧排水管理系統是一個包含海量數據的復雜系統，其數據庫用以存儲和管理空間數據和屬性數據，不僅包括管網數據，還集成了不同來源、不同數據格式和不同空間尺度的基礎地理信息數據，如：地形數據、航空影像、DEM 等，改善了傳統管網數據單一、記錄分散、不完整的局面，為市政管理部門的業務應用、決策分析和數據共享奠定了堅實的數據基礎。通過多種數據的疊加和可視化顯示，可以更加直觀地了解排水管網周邊的交通、居民地、水系、植被和地形等分布情況。數據庫能有效管理不同歷史時期的排水管網數據，通過對比顯示能夠較清楚地發現數據間的差異和聯系，這對于城市未來的發展規劃有著重要意義。隨著三維仿真技術和虛擬現實技術的日漸成熟，對管線點、管線線數據進行自動三維建模并疊加道路、建筑物等三維模型，實現管線數據任意角度的三維瀏覽，還原管網地上和地下的三維立體場景，建設規劃部門即便不到現場，也能真實地感受排水管網之間以及管網與周邊地物的空間位置關系。

2.提升巡檢、養護工作的效率和管理水平

智慧排水管理系統采用手持設備與Web 相結合的方式，現場巡查、養護人員通過手持設備將巡檢信息和養護進展及時上傳到監控中心，而監控中心的市政管理人員通過登錄Web 系統及時了解巡查和養護現場的詳細信息，便于對巡查和養護工作進行動態監管，對發現的排水管網問題進行人員的科學調度。通過自動化監管實現了巡檢養護工作的高效執行，降低了管網養護的成本，提高了人員對緊急事件的響應速度，保障了管網的安全高效運行。

3.輔助決策分析

GIS 強大的空間分析功能完全依賴于地理空間數據庫，排水管網完整的數據體系為查詢分析、緩沖區分析、拓撲分析提供了強大的支撐，通過深層次的信息挖掘，解決用戶關心的涉及地理空間的實際問題，為智慧排水管理系統規劃、城市建設、防災減災等提供輔助決策分析的合理性建議數據。

4.實時數據提高應急處置能力

城市排水管網承擔著收集輸送污水和天然降水的功能，排水管理信息系統能夠充分整合現有的數據資源、硬件網絡資源，實現資源的高效節約。以在線監測數據、管網空間數據為基礎，充分利用管網水力計算模型及其他有關模型，結合GIS 的數據管理和空間分析能力，對管網的運行狀況進行分析評估，為管網的日常維護提供數據支持。當流量、流速、液位或壓力等運行參數出現異常甚至超出警戒值時，市政管理人員可快速反應、快速診斷、快速行動，提高對管網突發緊急事件的處理能力，保障公共利益和人民生命財產安全，保證排水設施正常運轉。

5.排水情景模擬和預測

城市下墊面的非滲透面積隨著城市建設的飛速發展急劇增加，城市內澇等事故頻繁發生，給城市排水系統提出了嚴峻的考驗。排水管網系統在排水模型的支持下，結合現狀地形數據，通過分析智慧排水管理系統重要數據(水深、流速、流量、降雨量、徑流量等)和管線數據中的每個要素(節點、管線和匯水區)，科學計算并模擬城市地下智慧排水管理系統的實際運行情況。排水模型的強大功能還在于通過模擬一定降雨條件下城市排水的演進情況，發現排水的薄弱點和可能溢水的檢查井，預測將會出現積水或發生洪災的地點，甚至積水開始時間和積水退去時間等，為各級領導制定減災決策、快速開展搶險工作提供依據和參考，為市民合理防御暴雨災害爭取寶貴的時間。

三、應用場景

場景1：數據分級管控，激發數據價值

智慧排水系統按照多級監控中心設計。排水公司內建立總監控中心，各排水管理處、污水處理廠、中水處理廠內建立二級分控中心。監控總中心負責對整個城區排水系統進行全面的監控和管理，各二級分控中心負責轄區內排水設施的監控和管理。

場景2：城市運行全周期多維分析

智慧排水系統支持二三維一體的可視化分析能力，實現宏觀、中觀、微觀、建筑單位等不同維度的分析，包括二三維緩沖區分析、疊加分析、空間拓撲分析、水質分析、水管壓力分析、積水量分析等。

場景3：立體化多層級空間數據可視化應用

運用GIS 二三維一體化和BIM 技術，根據視域范圍進行多層級空間數據的調度切換，大場景下展示二維影像和三維傾斜攝影，小場景下展示建筑單體Max 模型和BIM 模型，配合全區街景和空中全景，實時視頻與傾斜攝影實現多源數據立體式融合交互的可視化呈現。

四、案例總結

1.社會效益

結合國家發布的相關政策，針對排水行業突出問題，形成智慧排水系統主要任務。減輕、減少管線災害事故發生的經濟損失。提高城市排水管網信息現代化管理水平，保障城市智慧排水管理系統高效率，高質量的運轉。降低城市規劃設計、管理決策的成本。為城市管線規劃、建設和管理提供依據，實現管線信息多元化應用。為城市的優化設計和科學決策服務。加快推進城市排水治理體系現代化、不斷滿足人民群眾日益增長的美好生活需要、促進經濟社會持續健康發展，具有重要而深遠的意義。

2.經濟效益

該平臺作為避免城市發生內澇現象的有效手段，項目成果提升數據與技術的服務能力，為各城建局重點工作提供技術支撐和決策參考，產生了一定的間接經濟效益。

一是降低排水管理成本。智慧排水系統包括了在線實時監控功能，為排水中出現的一些問題以及排水治理情況提供了技術支撐與保障。起到了輔助排水管理和決策的作用，降低了排水管理的成本。

二是減少同類平臺重復建設的成本，通過智慧排水系統整合各排水設施資源，并利用平臺模塊化開發的功能優勢，可以為后續功能升級預留充足空間，實現未來功能的不斷豐富與延伸，減少了開發其他平臺的費用。

三是降低了建設資金的投入。通過模型輔助排水系統的問題診斷、方案制定、工程決策等，系統級優化巨額建設資金的投入，改善管網運營效果，節約排水管網建設運營資金投入。同時，構建在線控制系統，實現系統級整體在線優化調度，大幅提高排水系統整體運行的可靠性及有效性，充分挖掘管網及污水廠潛能，最大限度發揮設施已有能力，減少不必要或低效的建設資金投入。