· 文|智慧城市地下空間聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 孫劍

建設(shè)智慧管線，助力智慧城市

· 文|智慧城市地下空間聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 孫劍

一、引言

2014年5月22日，李克強(qiáng)總理來到內(nèi)蒙古赤峰市德潤污水處理廠在建項(xiàng)目工地，他說：我們的城市亮麗光鮮，但地下基礎(chǔ)設(shè)施仍是短板。“面子”是城市的風(fēng)貌，而“里子”則是城市的良心，這是百年大計(jì)。

據(jù)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部城市科學(xué)研究會(huì)的統(tǒng)計(jì)，2012年第一批國家智慧城市90個(gè)試點(diǎn)所申報(bào)的重點(diǎn)工程項(xiàng)目中，涉及地下管線與空間綜合管理類的項(xiàng)目占比約63%，表明大量的地方人民政府已自覺地認(rèn)識到地下管線信息化和智能化建設(shè)迫在眉睫。智慧管線項(xiàng)目將成為各個(gè)城市在智慧城市試點(diǎn)工作的核心，同時(shí)也是智慧城市建設(shè)的重要基礎(chǔ)平臺(tái)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國重大地下管線事故每天平均5.6起，每年僅開挖造成經(jīng)濟(jì)損失2000億元。其中2013年11月22日，中石化東黃輸油管道發(fā)生泄漏爆炸，造成特別重大事故，死亡62人，直接損失7.5億元，舉國震驚。根據(jù)第三方統(tǒng)計(jì)，截至2012年全國城市僅有36%進(jìn)行地下管線普查，大部分沒有建立良好動(dòng)態(tài)更新機(jī)制、城市綜合地下管線信息系統(tǒng)及監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。這些信息表明當(dāng)前城市地下基礎(chǔ)設(shè)施，尤其是地下管線建設(shè)和運(yùn)營情況形勢嚴(yán)峻，已嚴(yán)重影響新型城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)度。

2013年9月16日，國務(wù)院下發(fā)《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》（國發(fā)〔2013〕36）號明確提出城市基礎(chǔ)設(shè)施是城市正常運(yùn)行和健康發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，對于改善人居環(huán)境、增強(qiáng)城市綜合承載能力、提高城市運(yùn)行效率、穩(wěn)步推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化、確保2020年全面建成小康社會(huì)具有重要作用。文件對地下管線、共同溝建設(shè)等有大量的篇幅進(jìn)行闡述，明確提出城市建設(shè)設(shè)施建設(shè)要“先地下，后地上”的原則。

2014年6月3日，國務(wù)院辦公廳2014第27號文件《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》正式頒布，這一改之前安全生產(chǎn)類型文件由國家安監(jiān)局發(fā)布的慣例，首次由國務(wù)院辦公廳進(jìn)行發(fā)布。在總體工作要求章節(jié)對城市建設(shè)、設(shè)施建設(shè)再次明確“先地下，后地上”的原則開展城市地下管網(wǎng)建設(shè)工作，另外從“加強(qiáng)規(guī)劃統(tǒng)籌，嚴(yán)格規(guī)劃管理”，“統(tǒng)籌工程建設(shè)，提高建設(shè)水平”，“加強(qiáng)改造維護(hù)，消除安全隱患”，“開展普查工作，完善信息系統(tǒng)”，“完善法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，加大政策支持”，“落實(shí)地方責(zé)任，加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)”六個(gè)方面全面完整地提出了具體的指導(dǎo)意見。

二、地下管線建設(shè)管理問題分析

經(jīng)過對多個(gè)城市的調(diào)研和不同歷史階段我國地下管網(wǎng)情況的梳理，導(dǎo)致地下管線發(fā)生事故的因素如圖1所示。

管線事故貫穿管線數(shù)據(jù)全生命周期過程，除了因?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害、防腐層腐蝕、自然老化等非人為因素之外，主要是由下述問題導(dǎo)致的：

1）體制機(jī)制方面，這包括權(quán)屬單位協(xié)調(diào)難度較大、施工流程監(jiān)管不嚴(yán)、審批環(huán)節(jié)缺失等，這使得后續(xù)跨部門協(xié)調(diào)機(jī)制和數(shù)據(jù)更新機(jī)制都難以建立。雖然國內(nèi)部分城市已建了地下管線綜合數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)，但是大部分都未真正實(shí)現(xiàn)成果共享，沒有發(fā)揮應(yīng)有的數(shù)據(jù)價(jià)值，大部分在普查結(jié)束，建庫結(jié)束后就靜止為“僵尸”數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)。據(jù)2012年初步統(tǒng)計(jì),浙江省11個(gè)市中10個(gè)市已進(jìn)行地下管線普查，其中雖然有7市已向城建檔案機(jī)構(gòu)移交了管線的檔案信息，10市中只有1市的城建檔案機(jī)構(gòu)提供地下管線檔案信息的對外利用和服務(wù)。

圖1 管線數(shù)據(jù)生命周期

2）數(shù)據(jù)資源獲取、感知，監(jiān)測、信息系統(tǒng)方面，燃?xì)?、自來水、井蓋等設(shè)施各異，難以監(jiān)測和數(shù)據(jù)上傳。存量管線探測、增量的竣工測量較專業(yè)，需由專業(yè)測繪單位完成。已有管線管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)陳舊，無法適應(yīng)機(jī)構(gòu)變化和流程調(diào)整，沒有兼顧移動(dòng)應(yīng)用、位置服務(wù)的需求。地下空間管理是典型的三維地理信息應(yīng)用，傳統(tǒng)管線管理模式用戶體驗(yàn)較差，操作繁雜，更新模式單一。

三、智慧管線解決思路

首先，應(yīng)優(yōu)化體系機(jī)制；其次，監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是智慧管線的發(fā)展重點(diǎn)。

地下管網(wǎng)監(jiān)控絕大部分不具備可見光基礎(chǔ)，并且大量信息無法通過監(jiān)視器獲得，例如有害氣體濃度、液體的溫度等。所以配置專業(yè)化的地下管網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備和傳感器將提高地下管網(wǎng)安全運(yùn)營水平，為城市市政和權(quán)屬單位提供維修或翻新的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，政府和權(quán)屬單位進(jìn)而快速?zèng)Q策，對有安全隱患的管線或基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行維修或重建，將安全風(fēng)險(xiǎn)降低。在借助各類物聯(lián)網(wǎng)傳感器的基礎(chǔ)上，借助4G及專業(yè)的通信手段，將異構(gòu)的傳感信息技術(shù)發(fā)送運(yùn)營中心。

北斗可用于燃?xì)夤芫€日常巡檢，泄漏監(jiān)測、防腐檢測、施工管理、應(yīng)急搶修等。

地下管線有天然的三維空間特性，黃島事故就是因?yàn)橹袊瘓F(tuán)方面沒有及時(shí)獲知到輸油管網(wǎng)下面的排水溝渠的現(xiàn)狀，才導(dǎo)致了后來悲劇的發(fā)生。傳統(tǒng)的地下管線二維GIS系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)上述需求，難以直觀了解地下基礎(chǔ)設(shè)施空間關(guān)系，近年來，隨著專業(yè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、VR技術(shù)的發(fā)展，使得地下管線的三維可視和數(shù)字可控成為可能，逐步向著“規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)化、建設(shè)可視化、運(yùn)營自動(dòng)化、管理體系化”方向發(fā)展。在整個(gè)項(xiàng)目規(guī)劃、建設(shè)和實(shí)施過程中，均可全程采用三維建模、三維GIS的方式整合和管理數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 管線三維GIS模型

運(yùn)用三維地理信息技術(shù)，將設(shè)計(jì)圖紙轉(zhuǎn)化為三維模型；再通過先進(jìn)的測量技術(shù)將現(xiàn)場環(huán)境和工程實(shí)體數(shù)據(jù)測量轉(zhuǎn)化為實(shí)體三維模型，實(shí)現(xiàn)實(shí)體模型與設(shè)計(jì)模型的實(shí)時(shí)對比，及時(shí)了解建設(shè)過程中實(shí)時(shí)信息，對整個(gè)建設(shè)階段進(jìn)行可視化的管理。一旦地下管線普查和數(shù)據(jù)采集完成后，所有的數(shù)據(jù)均要按照住建部的最新標(biāo)準(zhǔn)《城市地下管線探測技術(shù)規(guī)程-CJJ61 2003》進(jìn)行，掌握埋深等高程信息，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和規(guī)格，為后續(xù)三維GIS系統(tǒng)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

四、智慧管線建設(shè)總體技術(shù)框架

通過對地下管網(wǎng)建設(shè)管理現(xiàn)狀的調(diào)研和分析，結(jié)合當(dāng)前信息化和智能化的發(fā)展趨勢，從政府和各個(gè)管線權(quán)屬單位角度，提出了智慧管線的初步定義，那就是針對我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程中城市地下管線及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理的戰(zhàn)略需求，圍繞機(jī)制體制優(yōu)化，創(chuàng)新運(yùn)營模式等核心議題，借助北斗系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)，物聯(lián)網(wǎng)、地下綜合管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和各類應(yīng)用系統(tǒng)等技術(shù)成果，使地下管線從規(guī)劃建設(shè)、安全運(yùn)營維護(hù)、應(yīng)用管理、數(shù)據(jù)信息長效更新、共享服務(wù)等全生命過程都做到有章可循、有法可依、高效管理，真正實(shí)現(xiàn)城市地下管線信息的即時(shí)交換、共建共享、動(dòng)態(tài)更新。

在具體實(shí)踐和應(yīng)用過程中，提煉和總結(jié)出的總體技術(shù)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 智慧管線建設(shè)總體技術(shù)框架

管網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)普查、建庫，綜合數(shù)據(jù)庫建立，滿足政府需求的綜合地下管線信息系統(tǒng)，滿足不同權(quán)屬單位的專業(yè)管線信息系統(tǒng)。其中政府部門的用戶包括規(guī)劃、建設(shè)、城管、應(yīng)急辦等多個(gè)部門，權(quán)屬單位包括供水、燃?xì)狻㈦娦牌髽I(yè)等。目前各個(gè)權(quán)屬單位的專業(yè)地下管線系統(tǒng)已開始應(yīng)用多年，專業(yè)管線系統(tǒng)專業(yè)性強(qiáng)，不同的管線材質(zhì)需要不同的傳感器來感知壓力、溫度和各種狀態(tài)。而目前最為迫切是城市一級的綜合地下管線信息系統(tǒng)。

城市綜合管線數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對給水、排水、燃?xì)狻㈦娏?、電信、廣播電視、熱力、工業(yè)管道等管線的空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)庫包含管線的走向、性質(zhì)、規(guī)格、材質(zhì)、埋設(shè)時(shí)間、權(quán)屬單位等屬性數(shù)據(jù)。

城市綜合管線信息化管理建設(shè)首先需要將智慧管線作為一個(gè)整體加以規(guī)劃建設(shè)，而不應(yīng)人為地孤立和分割信息，并對已有分布在城市不同單位、不同類型、不同形式的地下空間資料進(jìn)行整合，并通過綜合管線普查或?qū)ΜF(xiàn)有資料整理來摸清綜合管線的空間分布及屬性信息，并建立綜合管線數(shù)據(jù)庫。建立管線數(shù)據(jù)更新體制，通過綜合管線信息管理系統(tǒng)將竣工測量數(shù)據(jù)更新到綜合管線數(shù)據(jù)庫中，保證綜合管線信息的現(xiàn)勢性。在綜合管線數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，建設(shè)智慧管線綜合管理平臺(tái)和共享平臺(tái)，提高智慧管線管理、科學(xué)決策、以及公共基礎(chǔ)設(shè)施突發(fā)事件監(jiān)測、應(yīng)急反應(yīng)和指揮決策的能力。