基于市政管線與庭院管線的智能化管理

曾 致，劉 恒

（1.西安市勘察測繪院，陜西 西安 710054；2.中煤航測遙感集團有限公司，陜西 西安 710054）

0 引言

城市地下管線作為市政基礎設施的組成部分，承擔著城市物質、能量和信息傳輸的樞紐作用[1-4]。而隨著科學理論和工藝技術的發展，人們對城市交通、建筑及其附屬物不斷進行完善，地下管線敷設種類、長度以及密度也在不斷增加。同時，由于地下管線的隱蔽性及管理水平滯后，城市建設過程中地下管線破壞會導致給水、電力、燃氣、軍用光纜等系統的癱瘓，嚴重影響城市運營以及國防安全。

近年來，隨著中國市政管網普查工作的發展，庭院管線成為智慧城市建設的一個焦點和重點[5]。庭院管線是連接城市主干市政管道與個別用戶住宅、商業建筑或工業設施的管道網絡，主要負責將水、天然氣、電力、通訊信號、排水等基礎設施服務從主要市政網絡細化并輸送至最終用戶[6-8]。庭院管線作為市政基礎設施的重要組成部分，承擔著城市提供的公共服務直接引入到用戶日常生活和工作空間中的關鍵角色。但由于庭院管線的復雜性和特殊性，以及與庭院管線的布局和狀態可能因年代久遠而缺乏準確記錄，這增加了對現有管線進行智能化升級的難度。目前，隨著數字信息、智慧城市、新型基礎測繪和實景三維的發展，地下管線智能化管理正在經歷一場歷史性的改革。這些先進技術的應用，不僅提高了地下管線的管理效率，還極大地增強了城市管理的智能化水平，這也為庭院管線創造了機遇。以往的學者僅僅從市政管線的角度進行研究和探討，而對庭院管線這一領域的關注相對較少。因此，文章結合智慧城市的建設理念與現代信息技術，深入探討了市政管線與庭院管線的聯系及其智能化管理的重要性。

1 市政管線與庭院管線構成

1.1 市政管線

1.1.1 市政管線定義

市政管線是指布設在城市公共區域內，負責輸送水、電、燃氣、熱力、通信等資源的管道和線路。這些管線屬于城市基礎設施的一部分，是連接城市各個區域的主要線路，負責從資源生成或接收點向廣大用戶或分支管線輸送資源。市政管線通常由城市管理部門或相應的公用事業機構負責規劃、建設和維護，并且服務于整個城市的居民和商業單位。

1.1.2 市政管線分布特點

（1）種類豐富。市政管線涵蓋了從供水、排水管道，到電力、燃氣以及通訊等多個不同的基礎設施類型。

（2）分布密度高。在城市的道路沿線，市政管線密集布設，充分利用了人行道和非機動車道的有限空間，這種高密度的特點在人口密集區更加顯著。

（3）系統性強。盡管市政管線種類繁多，但都是按照既定的系統性進行規劃和布置的。這種系統性確保了管線網絡的穩定性和效率。

2.4.2 亞組分析 根據研究人群所在不同地區進行亞組分析，有 11 項研究［4‐5，9‐10，13‐14，17‐19，21］人群所在地區為亞洲 ，5 項研究［11‐12，15‐16，20］人群所在地區為非亞洲。亞組分析結果顯示，在亞洲地區，糖尿病腫瘤患者發生CIPN的風險高于非糖尿病腫瘤患者，差異有統計學意義（OR=1.65，95%CI=1.28～2.12，P=0.000）；在非亞洲地區，糖尿病腫瘤患者發生CIPN的風險高于非糖尿病腫瘤患者，差異有統計學意義（OR=1.65，95%CI=1.08～2.53，P=0.020），見圖2。

（4）空間復雜性。特別是在市中心的廣場和交叉路口，管線的布設尤為復雜。由于地下管線規劃和管理的挑戰，不同的管線可能會相互交纏，形成一個復雜的三維網絡。

（5）主線導向。城市公共區域地下的市政管線盡管錯綜復雜，但它們通常圍繞若干主線展開，這些主線是整個管線網絡的支柱，通常長度較長，是連接城市的關鍵通道。

1.2 庭院管線

1.2.1 庭院管線定義

庭院管線指私人房地產（如住宅、工廠、辦公樓等）內部的管線系統。主要包括內部的供水、排水、供電、燃氣、通信等管道和線路，是從城市的主管線接入的分支，服務于特定建筑物或建筑群內部的需求。庭院管線的規劃、建設和維護一般由物業管理者或房地產所有者負責。

1.2.2 庭院管線分布特征

（1）管線種類多樣性。隨著城市發展，地下管網功能不斷完善，其種類也隨著增加，主要包括供水（給水、中水）、排水（雨水、污水、雨污合流）、燃氣、供電（電力、路燈）、熱力、通信（電信、移動、聯通、網通、廣電、軍用）等。

（2）管線分布復雜性。庭院管線在建設、施工以及后續管網功能補充的過程中，受到各種因素影響，小區管線建設位置、深度、空間交叉具有很大的靈活性和不確定性。其管道分布具體表現有空間分布密集、走向平行并列、上下重疊和縱橫交錯、組合復雜等。

（3）管道管徑及材質的多樣性。庭院管線應其特殊的應用環境、實際用途、流量需求、環境條件、美觀性和環保性能等要求，其管徑和管材的選擇也具有多樣性。例如：供水管道管材有鑄鐵管、球墨鑄鐵管、聚乙烯管等，管徑包括30～400 mm等，排水管道管材分為砼管、聚氯乙烯管、聚乙烯管、鐵管等，管徑包括100～800 mm等。

（4）管線權屬單位的多元化。在庭院管線區域，地下的各類管道歸屬關系通常呈現出錯綜復雜的格局。部分社區內的管路系統可能分別歸屬于社區物業管理或者綜合后勤機構的管轄之下，而小區內的管道和城市的基礎設施管網直接連接，從而受到城市市政管理部門的直接監管。同時，每個部門管線敷設工藝和管理方法不同，以及缺乏良好的協調溝通和統一管理機制，導致協調難度增加、責任劃分不清、信息共享不足，以及維護成本增加等，使得管道敷設隨意性和管理混亂。小區管線的多頭管理帶來特定風險，這些風險可能會威脅到管線的安全性和整體的服務質量。

（5）探測環境復雜。小區管線探測面臨著一系列復雜因素，這不僅提高了探測的難度，也增加了作業的風險。例如，多樣化的探測障礙，管線井長時間被占據，嚴重影響探測作業；管線信息不完善，由于歷史記錄的缺失或不完整，部分管線的具體位置和狀態可能并不明確；井的淤積和填埋情況會對探測造成干擾等。

1.3 市政管線與庭院管線的關系

市政管線作為主要的輸送通道，將水、電、燃氣等資源輸送到各個區域，這些資源到達特定的住宅區、商業區或工業區時，通過庭院管線進一步分配到各個獨立的單位或家庭內部。在實際應用中，市政管線負責宏觀層面的分配，而庭院管線負責微觀層面的具體使用。兩者相輔相成，共同構成了城市運作的基礎設施網絡。此外，市政管線和庭院管線的維護和修理也需要各自負責的部門密切配合，以確保整個供應系統的效率和安全。

2 市政管線與庭院管線智能化管理基礎

隨著城市化進程的加快，市政管線與庭院管線智能化管理已成為提高城市運營效率、保障公共安全和改善居民生活質量的重要基礎。智能化管理體系的建立，旨在通過先進的信息技術和自動化技術，實現對管線全生命周期的實時監控、分析、調度和優化，以達到精細化管理的目的。

2.1 開展庭院管網普查

在城市管理中，地下管線普查是確保基礎設施完整性與安全的關鍵步驟[9-11]。雖然市政管線的普查工作已圓滿完成，但庭院管線普查工作進度滯后，未對其進行系統地檢查和評估。庭院管線主要目標是確定管線的準確位置、規格、類型和狀態，通過數據普查，可以發現潛在的問題，提前采取維修或更換措施，防止更大的事故發生。此外，普查也有助于更新和優化城市基礎設施的數據庫，對發現問題的管線采取臨時修復措施，并制定一個長期的維護和更新計劃，為未來的城市規劃和發展提供準確的參考信息。

2.2 推動數據實時更新

目前，大部分城市通過建立市政地下管網信息平臺，實現了管網數據的實時動態更新，這對于提升城市基礎設施的效率和安全性起到了關鍵作用[12-13]。然而，庭院地下管網還未能建立自己的信息化平臺，同時也沒有接入市政的管網信息平臺。這種分離的狀態會導致信息孤島的產生，從而影響緊急響應的協調性和效率[14]。

政府部門和行業管理部門應在管線普查的基礎上，借鑒市政管網平臺的技術和經驗，建立屬于庭院的專業管線應用信息系統。庭院管網信息平臺存儲有關管網的所有信息，包括管道材質、直徑、深度、位置、連接類型、安裝日期，以及維護記錄等。行業管理部門和各管線單位應負責建設專業范圍內的管線信息系統，并負責本專業管線的數據管理和更新，同時建立合作機制，共享數據資源，以便在需要時能夠迅速調動所需信息，實現跨部門、跨行業的協同工作。同時，平臺應具備高級數據分析功能，可以通過數據挖掘識別潛在的管網問題，如預測管道老化和可能的破損點等。

2.3 強化管理，規范審批

利用管網普查數據和信息平臺，將地下管線生命周期納入管理。地下管線涉及諸多管理部門和權屬單位，應建立一個集政策制定、統籌協調、信息集成、規劃審批、監督管理、應急響應為一體的機構，嚴格執行規劃許可、施工許可、挖掘許可、占道審批，以及竣工驗收等規定。同時，為確保綜合管理機構有效運作，國家或地方政府需要確定其法律地位和職能權限，通過立法和行政手段，規定所有相關部門和權屬單位必須配合該機構的工作，并配備足夠的資金和專業人才。此外，建立宣傳和違規施工獎懲舉報制度，鼓勵公眾、企業和相關人員積極參與到地下管線管理中來，通過對違規行為的監督和舉報，共同推動施工活動的規范化。

3 市政管線與庭院管線的協同

為確保現代城市的基礎設施能夠高效、安全、可持續地服務于社會，市政管線與庭院管線的協同運作至關重要。協同不僅僅意味著兩者之間物理連接的有效性，更關乎規劃設計、施工管理、運營維護及應急響應等多個層面的無縫對接與整合協作。

3.1 規劃設計的協同

在規劃和設計階段，市政管線與庭院管線的協同首先體現在宏觀規劃上。市政管線的規劃需要考慮整個城市的發展藍圖，而庭院管線則需與市政管線的布局相匹配。城市規劃者需與建筑師、管線工程師緊密合作，確保庭院管線的設計能夠順利接入市政管線，并在未來的城市發展中，兩者都能實現最大程度的功能拓展與技術升級。

3.2 施工管理的協同

施工階段是市政和庭院管線協同的關鍵環節。一旦市政管線施工完成，庭院管線的施工應立即跟進，減少對居民正常生活的影響。為確保施工質量，施工單位之間共享信息、協作解決問題。

3.3 運營維護的協同

市政管線和庭院管線一旦投入使用，運營維護的協同便至關重要。市政部門需要建立全面的管線信息管理系統，與各個庭院管線的管理機構實現數據共享，確保在發生管線故障時，可以迅速定位并協調相關單位進行修復。此外，定期的管線檢測和維護工作，需要市政與庭院同步進行，共同提升管線系統的可靠性和安全性。

3.4 應急響應的協同

在突發事件如自然災害、管線破裂等緊急情況下，市政管線與庭院管線的協同應急響應機制顯得尤為重要。必須建立一個高效的信息通報系統，確保信息的快速流通和處理指令的明確下達，以最快速度響應緊急事件，盡可能減少損失。

4 市政管線與庭院管線智能化建設內容

市政管線與庭院管線的智能化建設正成為現代城市基礎設施發展的關鍵，目標是通過引入高科技設備和系統，為城市地下管網多維度全生命周期管理提供從數據、服務到功能的全方位機制，全面賦能智慧城市規劃、城市建設、城市管理、城市運營、城市服務等一系列智慧城市應用[15-17]。

4.1 傳感器網絡的部署

管線系統的智能化升級始于在整個網絡中部署一個全面的傳感器網絡。這一步是智能化基礎設施的核心，直接關系到系統能否準確、實時地捕捉到關鍵運行數據。要實現全面監控，必須布置各種類型的傳感器，如流量計、壓力傳感器和溫度傳感器等。同時，傳感器需要與先進的通信技術建立網絡互聯性，通過網絡將所有傳感器收集到的數據集中起來進行分析，可以獲得系統運行的全貌，識別出效率低下的區域，預測維護需求，并優化資源分配。為確保傳感器網絡的準確性和可靠性，還需要定期校準和維護，以防止數據偏差的累積對系統決策造成的不利影響。

4.2 數據分析與管理

通過復雜的數據處理算法，分析平臺數據提取關鍵信息。這些信息不僅局限于當前的狀態，還包括了對未來可能發展趨勢的預測。通過機器學習算法，可以識別特定區域連續數日的流量增加，系統預測即將出現的管道擁堵或泄露；可以對異常狀態的管道提出警告；可以預測故障發生的具體時間和地點。通過歷史數據的深入分析，可識別出哪些指標的變化最終會導致系統故障。此外，數據平臺還需要具備學習和適應的能力不斷完善其預測模型，以適應新的數據模式和城市基礎設施的不斷變化。

4.3 自動化控制

智慧城市的構建依賴于其基礎設施的自動化控制能力，尤其是在復雜且動態的管線系統中。實時數據監控結合智能分析技術使得系統能夠自我調節，確保運行的穩定性和高效性。具體來說，智能化的管線控制系統能夠不斷地接收和解析來自各種傳感器的數據流，這些數據流包含了如水壓、流量和水質等關鍵指標的實時信息。當這些指標偏離既定的標準范圍時，系統即會采取相應的自動化措施進行糾正。此外，自動化控制系統還可以實現遠程監控和操作，工程師可以通過移動設備或中心控制室，實時了解管線狀態并進行調整。這種操作的靈活性大大提高了系統的響應速度，減少了物理干預的需求，使得管線管理更加高效和安全。

4.4 新技術的集成

采用地理信息系統（Geographic Information System，GIS）技術，結合前沿的新型基礎測繪技術和三維實景模擬，市政管線與庭院管線智能化管理邁入新的運維維度[18-20]。GIS 技術的核心作用在于提供精確的地理位置信息，它將每一段管線、每個接口和每個閥門的位置都清晰地映射出來。新型基礎測繪技術，如激光掃描（LIDAR）和衛星遙感，為建立GIS系統提供了高精度的空間數據。實景三維模型則進一步增強了可視化，模擬真實世界中的建筑物、地形和關鍵基礎設施的布局，為運維人員提供直觀的環境感知。GIS 技術、新型基礎測繪和實景三維模型的集成，賦予了地下管線前所未有的空間智能和操作精確性，這對于提高城市管線的可靠性、優化資源分配和提升居民的生活品質具有至關重要的影響。

4.5 移動設備與云平臺

移動設備與云平臺的應用使得管理人員可以隨時隨地監控管線狀態，實現數據的遠程訪問和實時更新。借助移動應用，工作人員可以直接在現場接收指令、報告問題并更新維修狀態。

5 結論

文章通過分析市政管線與庭院管線的構成，深入探討了不同區域地下管線智能化管理的基礎框架，管線之間的協同效應，以及智能化建設內容。市政管線與庭院管線智能化管理不僅是技術上的突破，更是對城市管理理念和居民生活方式的一次革新。未來，隨著智慧城市的不斷成熟和城市居民對高質量生活需求的增加，智能化管線的建設和管理將更加精細化、個性化、互動化，成為推動數字城市向智慧城市轉型的重要力量。