韓 標(biāo) 昝青鋒 劉 俊 趙志號(hào) 張 挺

高校地下管線信息化建設(shè)與管理初探——以清華大學(xué)昌平科研基地為例

韓 標(biāo) 昝青鋒 劉 俊 趙志號(hào) 張 挺

[清華大學(xué)]

我國(guó)城市地下管線信息管理以及信息化發(fā)展近年來得到了快速發(fā)展，但仍存在發(fā)展不平衡、信息共享難等問題。高校校園地下管線信息化工作近年來也取得了顯著進(jìn)展。清華大學(xué)昌平科研基地作為一個(gè)新建園區(qū)，應(yīng)在基地信息化建設(shè)中系統(tǒng)規(guī)劃、統(tǒng)籌考慮地下管線信息化工作；嚴(yán)格堅(jiān)持相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，防范信息孤島和數(shù)據(jù)煙囪；高度重視信息安全，采用具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)軟件；建立長(zhǎng)效機(jī)制，及時(shí)動(dòng)態(tài)更新地下管線信息。另外，應(yīng)探索向三維模式發(fā)展，向地下、地面、地上一體化發(fā)展，向管線監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)和全生命周期管理發(fā)展，向輔助決策方向發(fā)展。

地下管線信息化；數(shù)據(jù)共享；信息安全；預(yù)警預(yù)報(bào)；輔助決策

城市地下管線是城市最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，被稱為城市的生命線。城市地下管線信息，是城市規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)維管理的基礎(chǔ)。地下管線信息化建設(shè)是加強(qiáng)地下管線信息管理的重要方向。西方發(fā)達(dá)國(guó)家目前已基本實(shí)現(xiàn)地下管線信息化管理，近年來我國(guó)地下管線信息化發(fā)展也取得了顯著進(jìn)展，高校地下管線信息化發(fā)展也受到了廣泛的重視。

一、我國(guó)城市及高校地下管線信息管理及信息化發(fā)展綜述

（一）我國(guó)城市地下管線信息化建設(shè)發(fā)展歷程

縱觀我國(guó)城市地下管線信息化的發(fā)展歷程，基本上是隨著城市以及城市地下管線的發(fā)展而發(fā)展，大致可分為原始、起步、平穩(wěn)發(fā)展、快速發(fā)展等四個(gè)階段。[1]

原始階段大致處于1990年代初期，中國(guó)城市現(xiàn)代化建設(shè)處于緩慢發(fā)展階段，城市地下管線種類少、規(guī)模小。管線權(quán)屬部門和城建部門都建有檔案室，以保存管線圖紙和相關(guān)資料，屬于傳統(tǒng)檔案管理模式。

起步階段大致處于1990年代中期，城市現(xiàn)代化建設(shè)步伐加快，地下管線種類增加，規(guī)模增大，功能逐漸復(fù)雜。制圖軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的出現(xiàn)為建立地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)提供了可能。采用制圖軟件管理管線圖形信息、采用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件管理管線和管件屬性數(shù)據(jù)是當(dāng)時(shí)的主要做法，但是兩種信息分別存儲(chǔ)在不同系統(tǒng)，難以統(tǒng)一管理。

平穩(wěn)發(fā)展階段大致處于1990年代后期至2005年之間，當(dāng)時(shí)城市化發(fā)展迅速，地下管線系統(tǒng)日益龐大復(fù)雜，底數(shù)不清、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)、精度不高等問題嚴(yán)重阻礙城市發(fā)展。當(dāng)時(shí)地理信息系統(tǒng)（GIS）在歐美國(guó)家已廣泛應(yīng)用，中國(guó)GIS技術(shù)也開始發(fā)展。地理信息系統(tǒng)軟件（如GeoMap、MapGIS等）因?yàn)榫哂袑⒖臻g地理數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)而廣受歡迎，使管線空間信息和屬性信息統(tǒng)一管理成為可能。

2005年以來，城市地下管線信息化建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。隨著相關(guān)政策與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的相繼出臺(tái)，地下管線信息管理和信息化發(fā)展各自為政、信息“煙囪”、數(shù)據(jù)“孤島”等現(xiàn)象有望得到克服，信息共享已逐步成為可能。

（二）城市地下管線信息化建設(shè)存在的問題以及近年來的進(jìn)展

城市地下管線具有種類多、分布廣、線路長(zhǎng)、埋設(shè)密集、相互埋設(shè)關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)，給其信息化建設(shè)和管理工作帶來困難。雖然近來我國(guó)地下管線信息化建設(shè)工作取得了較快發(fā)展和顯著成就，但是與城市經(jīng)濟(jì)水平和社會(huì)期望尚有較大差距，一些突出問題尚未根本解決。主要問題表現(xiàn)為：法律法規(guī)不健全，缺乏統(tǒng)一的管理機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)規(guī)劃；信息資源產(chǎn)權(quán)部門化，共享困難；信息動(dòng)態(tài)更新不及時(shí)，缺少長(zhǎng)效保證機(jī)制。

法律法規(guī)不健全、統(tǒng)一管理機(jī)構(gòu)缺位，是我國(guó)城市地下管線管理模式差異較大、發(fā)展不平衡、存在問題較多的根本原因。從管理體制看，市政部門、發(fā)改委、規(guī)自委、城建部門、路政和交管部門各管一塊。從權(quán)屬和運(yùn)維看，自來水公司、電力公司、燃?xì)夤?、排水公司、熱力公司分別負(fù)責(zé)供水、電力、燃?xì)狻⑴潘蜔崃芫€的運(yùn)維；路燈管理處負(fù)責(zé)路燈管線的運(yùn)維；有線電視公司負(fù)責(zé)有線電視管線的運(yùn)維；移動(dòng)、聯(lián)通等公司等分別負(fù)責(zé)各自電信管線的運(yùn)維。管理主體眾多、各自為戰(zhàn)，必然導(dǎo)致一系列問題的發(fā)生。

針對(duì)這樣的情況，政府也一直在努力推進(jìn)改革。國(guó)務(wù)院辦公廳2014年6月發(fā)布文件（國(guó)辦發(fā)[2014]27號(hào)），要求按照統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建立相關(guān)信息系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)信息即時(shí)交換、共建共享、動(dòng)態(tài)更新。截至2016年11月,北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院完成北京城六區(qū)4萬公里地下管線摸底普查，水電氣熱等地下管線首次登記在“一張圖”上。[2]2019年11月，住建部等四部委發(fā)布通知，要求加強(qiáng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，建立數(shù)據(jù)共享以及同步更新機(jī)制，要求在數(shù)據(jù)共享以及動(dòng)態(tài)更新上取得顯著突破。

（三）高校地下管線信息管理及信息化發(fā)展?fàn)顩r

高校是城市的一個(gè)部分，高校地下管線信息管理及信息化工作，大體與城市相關(guān)工作同步。從目前檢索、收集到的信息來看，高校地下管線信息化快速發(fā)展主要集中在2010年以后。2010年天津師范大學(xué)、2015年天津大學(xué)新校區(qū)弱電管網(wǎng)管理系統(tǒng)建成投入使用；2017年南開大學(xué)、2018年山東大學(xué)青島校區(qū)地下管網(wǎng)綜合管理平臺(tái)建成投入使用，實(shí)現(xiàn)校園地下各類水、電、氣、暖、弱電管網(wǎng)資源可視化呈現(xiàn)。2019年6月清華大學(xué)校園弱電管網(wǎng)管理系統(tǒng)建成投入使用。這些系統(tǒng)的建設(shè)使用，有效提升了管理效率，并為資源優(yōu)化和科學(xué)決策提供支持。

二、清華大學(xué)昌平科研基地基本情況及地下管線現(xiàn)狀

清華大學(xué)昌平科研基地位于昌平區(qū)南口鎮(zhèn)，距學(xué)校本部約40公里，距昌平城區(qū)約9公里。東鄰北京警察學(xué)院，西接北京化工大學(xué)，南至辛力莊村、龍虎臺(tái)村，北至虎峪村。基地包括一期、二期及始建于1960年的核研院，一期A地塊于2019年11月竣工交付、B地塊正在建設(shè)。整個(gè)基地總占地面積約2700畝，建筑面積130萬平方米（圖1、2）。規(guī)劃入住師生8000人，第三方服務(wù)機(jī)構(gòu)800人?；亟ㄔO(shè)工作于2013年啟動(dòng)，是學(xué)?！笆濉币?guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目。

圖2 昌平基地規(guī)劃效果圖

一期A地塊目前投入使用的地下管線有強(qiáng)電、路燈、自來水、中水、雨水、污水、弱電、消防水、熱力、電信、燃?xì)獾裙芫€。A地塊交付后的零星建設(shè)中，已數(shù)次發(fā)生水管、電信光纜被挖斷等事件。如果在大量師生入駐、大量研究工作已開展的情況下發(fā)生類似事件，后果不堪設(shè)想。由此可見，查清地下管網(wǎng)現(xiàn)狀、建立綜合管理信息系統(tǒng)，不僅是政府要求，也是基地管理內(nèi)在需求。目前基地一期A地塊竣工交付不久，其他部分還處于建設(shè)期，相關(guān)圖紙資料比較齊全，底數(shù)比較清楚，正是進(jìn)行管網(wǎng)信息化的有利時(shí)機(jī)。通過信息化手段將地下管網(wǎng)位置路由和使用狀況實(shí)時(shí)直觀呈現(xiàn)，將顯著提高效率，減少失誤。昌平服務(wù)中心已申請(qǐng)立項(xiàng)啟動(dòng)基地地下管網(wǎng)信息化工作，目前正在推進(jìn)中。

三、清華大學(xué)昌平科研基地地下管線信息化應(yīng)注意的問題

（一）地下管線信息化建設(shè)和管理，應(yīng)置于基地智慧化建設(shè)視域進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃統(tǒng)籌協(xié)調(diào)

堅(jiān)持智慧化基地建設(shè)，是學(xué)校對(duì)于昌平科研基地的要求，也是昌平科研基地的發(fā)展方向。當(dāng)前基地智慧化建設(shè)的一個(gè)難點(diǎn)在于，基地的運(yùn)轉(zhuǎn)模式、管理方式和業(yè)務(wù)流程等很多方面，都是全新的，甚至有些內(nèi)容目前還是未知的，有待于管理服務(wù)機(jī)構(gòu)和入駐院系在實(shí)踐中共同探索。在這樣的情況下推進(jìn)智慧化建設(shè)，只能堅(jiān)持實(shí)事求是原則，摸著石頭過河。任何急躁冒進(jìn)、急于求成、盲目決策、輕率作為的做法，都將適得其反。應(yīng)堅(jiān)持一個(gè)目標(biāo)、一張藍(lán)圖、分步實(shí)施、逐步融合的總體戰(zhàn)略，克服“重建設(shè)、輕管理”“重地上、輕地下”“重展示、輕實(shí)用”“重眼前、輕長(zhǎng)遠(yuǎn)”等陳舊落后觀點(diǎn)，堅(jiān)持系統(tǒng)思維、科學(xué)規(guī)劃和全生命周期管理，有序推進(jìn)基地智慧化工作，并與學(xué)校本部數(shù)字校園智慧校園建設(shè)協(xié)同融合，有序推進(jìn)基地地下管線信息化工作。

（二）應(yīng)嚴(yán)格堅(jiān)持相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，防范信息孤島和數(shù)據(jù)煙囪

限于當(dāng)前城市地下管線信息化發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)于昌平科研基地而言，有些情況依然無法避免，比如園區(qū)中通信光纜是中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信的，燃?xì)夤艿朗侨細(xì)夤镜?，電力電纜是電力公司的。但是園區(qū)管理由昌平服務(wù)中心全面負(fù)責(zé)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)地下管線信息化工作有便利之處。國(guó)家以及地方層面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的陸續(xù)出臺(tái)，如《基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)基本規(guī)定》（GB21139-2007）、《基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)基本規(guī)定》（CH/T 9005-2009）、《信息技術(shù)地下管線數(shù)據(jù)交換技術(shù)要求》（GB/T 29806-2013）、《地下管線數(shù)據(jù)建庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)》（DB11/T 1452-2017）等，有效促進(jìn)了地下管線信息化發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。

昌平科研基地地下管線信息化工作中，一定要嚴(yán)格遵守相關(guān)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，防范信息孤島和數(shù)據(jù)煙囪，確保相關(guān)信息互通互聯(lián)信息共享。

（三）高度重視信息安全，全部使用具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)內(nèi)軟件資源

地下管線信息具有特別重要價(jià)值。如果這些信息被不法分子或者敵對(duì)分子獲取，將對(duì)城市安全造成巨大威脅。住建部和國(guó)家保密局明確規(guī)定了部分相關(guān)地下管線信息為國(guó)家秘密，保密期限為長(zhǎng)期。[3]因此，地下管線綜合管理信息系統(tǒng)的安全保密工作意義重大。

在地下管線信息化過程中，應(yīng)同時(shí)設(shè)計(jì)、建設(shè)、使用信息安全防護(hù)體系，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全、運(yùn)行安全、數(shù)據(jù)與應(yīng)用安全等方面的技術(shù)防護(hù)，通過安全技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心安全防護(hù)、數(shù)據(jù)共享體系與對(duì)外擴(kuò)展應(yīng)用接口防護(hù)、數(shù)據(jù)管理與備份等。

另一個(gè)需要高度重視的問題是，早期數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和地理信息系統(tǒng)（GIS）軟件，基本上都是國(guó)外開發(fā)的。好在上世紀(jì)90年代以來，國(guó)內(nèi)也研發(fā)了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地理信息系統(tǒng)軟件，國(guó)內(nèi)也有企業(yè)另辟蹊徑，發(fā)展了地下管網(wǎng)信息化專業(yè)軟件。地下管線信息化發(fā)展應(yīng)該努力采用完全國(guó)產(chǎn)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件系統(tǒng)。

（四）建立及時(shí)動(dòng)態(tài)更新地下管線信息的長(zhǎng)效機(jī)制，確保數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性

此前我國(guó)大部分城市都開展過地下管線普查，并建立了綜合地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)和信息應(yīng)用系統(tǒng)。隨著城市的快速發(fā)展，如果缺乏地下管線信息動(dòng)態(tài)更新的長(zhǎng)效機(jī)制，那么新建、改建、擴(kuò)建和廢棄的地下管線資料就不能及時(shí)完整更新到數(shù)據(jù)庫(kù)中，幾年過后，地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)就不能反應(yīng)實(shí)際情況，不能為城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、應(yīng)急和防災(zāi)減災(zāi)提供應(yīng)有的信息支撐。昌平科研基地本身就處于逐步建設(shè)的發(fā)展過程中，所以必須建立及時(shí)動(dòng)態(tài)更新地下管線信息的長(zhǎng)效機(jī)制，明確責(zé)任部門，建立相關(guān)管理及經(jīng)費(fèi)保障制度，確保數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性。

四、清華大學(xué)昌平科研基地地下管網(wǎng)信息化發(fā)展的建議

（一）從二維模式向三維模式發(fā)展

傳統(tǒng)地下管線信息系統(tǒng)大多基于二維GIS，而三維GIS則可以帶來更多的提升，例如，強(qiáng)大的可視化功能和量算分析功能，這些新特點(diǎn)具有很高的實(shí)用價(jià)值。目前三維GIS在地下管線信息化建設(shè)和管理中已經(jīng)有了比較廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為高校地下管線信息化發(fā)展的方向。

（二）從地下向地上、地面、地下一體化方向發(fā)展

傳統(tǒng)地下管線管理系統(tǒng)僅表達(dá)地下空間，或者使用切換的方法分別表達(dá)地上與地下空間。隨著應(yīng)用整體性需求不斷加強(qiáng)，管線表達(dá)已經(jīng)不僅局限于地下，而是向地上、地面、地下一體化方向發(fā)展。這也是當(dāng)前管線信息化建設(shè)的一個(gè)方向。通過BIM和GIS的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全三維空間一體化數(shù)字化，已經(jīng)有不少成功案例。當(dāng)然，也有通過GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)地上、地面、地下一體化的成功案例。

（三）從線路管理向預(yù)警預(yù)報(bào)方向發(fā)展，向全生命周期管理發(fā)展

傳統(tǒng)地下管線信息管理以管理靜態(tài)信息為主，僅僅表達(dá)了地下管線是否存在、如何走向的問題。而由于管道損壞、腐蝕等原因，漏水、漏氣等泄漏問題普遍存在，不僅造成損失，還存在嚴(yán)重安全隱患。2013年山東青島“11.22”特大事故[4]、2021年湖北十堰“6.13”重大事故[5]的直接原因都是地下管道泄漏。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)飛速發(fā)展，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體濃度、塵埃度、水量、火焰、音頻、視頻等復(fù)雜參數(shù)的數(shù)據(jù)采集。物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)也得到迅速發(fā)展并實(shí)用化。地下管線的滲漏檢測(cè)和防腐檢測(cè)以及地下管線內(nèi)傳輸物質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀況監(jiān)測(cè)已經(jīng)不存在技術(shù)上的問題，地下管線信息化由線路管理向狀態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)警預(yù)報(bào)和管線全生命周期監(jiān)測(cè)發(fā)展，也是地下管線信息化發(fā)展的必然方向。

（四）向多層次、多方位支持輔助決策方向發(fā)展

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)以及人工智能的發(fā)展，管線信息應(yīng)用不再局限于傳統(tǒng)的查詢?yōu)g覽，而正向多層次、多方位支持輔助決策系統(tǒng)方向發(fā)展，在城市規(guī)劃、公共安全、應(yīng)急管理等方面發(fā)揮更大的作用。昌平科研基地作為新建區(qū)，有條件在后續(xù)規(guī)劃和建設(shè)中同步建設(shè)地下管線信息系統(tǒng)，并發(fā)揮輔助決策作用。

[1] 楊伯鋼， 張保鋼， 陶迎春， 龍家恒.城市地下管線數(shù)據(jù)建庫(kù)與共享應(yīng)用[M].北京：測(cè)繪出版社，2011.

[2] 北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院.北京市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院已完成北京城六區(qū)4萬公里地下管線摸底普查[J]. 北京測(cè)繪，2016（06）：2-2.

[3]吳克松，顏春城 ，馬力． 地下管線綜合管理信息系統(tǒng)的安全防護(hù)[J]． 城市勘測(cè)，2020( 05) : 90-94．

[4] 中華人民共和國(guó)應(yīng)急管理部. 山東省青島市“11?22”中石化東黃輸油管道泄漏爆炸特別重大事故調(diào)查報(bào)告[EB/OL].（2014-01-10）[2022-0708]. https://www.mem.gov.cn/gk/sgcc/tbzdsgdcbg/2013/201401/t20140110_245228.shtml.

[5] 湖北省應(yīng)急管理廳. 湖北省十堰市張灣區(qū)艷湖社區(qū)集貿(mào)市場(chǎng)“6·13”重大燃?xì)獗ㄊ鹿收{(diào)查報(bào)告[EB/OL].（2021-09-30）[2022-0708]. http:// yjt.hubei.gov.cn/yjgl/aqsc/sgdc/202109/t20210930_3792103.shtml.

基金課題： 昌平科研基地地下管網(wǎng)信息化建設(shè)與管理研究（2021年清華大學(xué)辦公室業(yè)務(wù)研究課題）

（責(zé)任編輯：趙相華）