曾 致,劉 恒
(1.西安市勘察測(cè)繪院,陜西 西安 710054;2.中煤航測(cè)遙感集團(tuán)有限公司,陜西 西安 710054)
城市地下管線作為市政基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分,承擔(dān)著城市物質(zhì)、能量和信息傳輸?shù)臉屑~作用[1-4]。而隨著科學(xué)理論和工藝技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)城市交通、建筑及其附屬物不斷進(jìn)行完善,地下管線敷設(shè)種類、長(zhǎng)度以及密度也在不斷增加。同時(shí),由于地下管線的隱蔽性及管理水平滯后,城市建設(shè)過(guò)程中地下管線破壞會(huì)導(dǎo)致給水、電力、燃?xì)?、軍用光纜等系統(tǒng)的癱瘓,嚴(yán)重影響城市運(yùn)營(yíng)以及國(guó)防安全。
近年來(lái),隨著中國(guó)市政管網(wǎng)普查工作的發(fā)展,庭院管線成為智慧城市建設(shè)的一個(gè)焦點(diǎn)和重點(diǎn)[5]。庭院管線是連接城市主干市政管道與個(gè)別用戶住宅、商業(yè)建筑或工業(yè)設(shè)施的管道網(wǎng)絡(luò),主要負(fù)責(zé)將水、天然氣、電力、通訊信號(hào)、排水等基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)從主要市政網(wǎng)絡(luò)細(xì)化并輸送至最終用戶[6-8]。庭院管線作為市政基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,承擔(dān)著城市提供的公共服務(wù)直接引入到用戶日常生活和工作空間中的關(guān)鍵角色。但由于庭院管線的復(fù)雜性和特殊性,以及與庭院管線的布局和狀態(tài)可能因年代久遠(yuǎn)而缺乏準(zhǔn)確記錄,這增加了對(duì)現(xiàn)有管線進(jìn)行智能化升級(jí)的難度。目前,隨著數(shù)字信息、智慧城市、新型基礎(chǔ)測(cè)繪和實(shí)景三維的發(fā)展,地下管線智能化管理正在經(jīng)歷一場(chǎng)歷史性的改革。這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用,不僅提高了地下管線的管理效率,還極大地增強(qiáng)了城市管理的智能化水平,這也為庭院管線創(chuàng)造了機(jī)遇。以往的學(xué)者僅僅從市政管線的角度進(jìn)行研究和探討,而對(duì)庭院管線這一領(lǐng)域的關(guān)注相對(duì)較少。因此,文章結(jié)合智慧城市的建設(shè)理念與現(xiàn)代信息技術(shù),深入探討了市政管線與庭院管線的聯(lián)系及其智能化管理的重要性。
1.1.1 市政管線定義
市政管線是指布設(shè)在城市公共區(qū)域內(nèi),負(fù)責(zé)輸送水、電、燃?xì)?、熱力、通信等資源的管道和線路。這些管線屬于城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分,是連接城市各個(gè)區(qū)域的主要線路,負(fù)責(zé)從資源生成或接收點(diǎn)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(yīng)的公用事業(yè)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)規(guī)劃、建設(shè)和維護(hù),并且服務(wù)于整個(gè)城市的居民和商業(yè)單位。
1.1.2 市政管線分布特點(diǎn)
(1)種類豐富。市政管線涵蓋了從供水、排水管道,到電力、燃?xì)庖约巴ㄓ嵉榷鄠€(gè)不同的基礎(chǔ)設(shè)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(shè),充分利用了人行道和非機(jī)動(dòng)車道的有限空間,這種高密度的特點(diǎn)在人口密集區(qū)更加顯著。
(3)系統(tǒng)性強(qiáng)。盡管市政管線種類繁多,但都是按照既定的系統(tǒng)性進(jìn)行規(guī)劃和布置的。這種系統(tǒng)性確保了管線網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和效率。
2.4.2 亞組分析 根據(jù)研究人群所在不同地區(qū)進(jìn)行亞組分析,有 11 項(xiàng)研究[4‐5,9‐10,13‐14,17‐19,21]人群所在地區(qū)為亞洲 ,5 項(xiàng)研究[11‐12,15‐16,20]人群所在地區(qū)為非亞洲。亞組分析結(jié)果顯示,在亞洲地區(qū),糖尿病腫瘤患者發(fā)生CIPN的風(fēng)險(xiǎn)高于非糖尿病腫瘤患者,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(OR=1.65,95%CI=1.28~2.12,P=0.000);在非亞洲地區(qū),糖尿病腫瘤患者發(fā)生CIPN的風(fēng)險(xiǎn)高于非糖尿病腫瘤患者,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(OR=1.65,95%CI=1.08~2.53,P=0.020),見圖2。
(4)空間復(fù)雜性。特別是在市中心的廣場(chǎng)和交叉路口,管線的布設(shè)尤為復(fù)雜。由于地下管線規(guī)劃和管理的挑戰(zhàn),不同的管線可能會(huì)相互交纏,形成一個(gè)復(fù)雜的三維網(wǎng)絡(luò)。
(5)主線導(dǎo)向。城市公共區(qū)域地下的市政管線盡管錯(cuò)綜復(fù)雜,但它們通常圍繞若干主線展開,這些主線是整個(gè)管線網(wǎng)絡(luò)的支柱,通常長(zhǎng)度較長(zhǎng),是連接城市的關(guān)鍵通道。
1.2.1 庭院管線定義
庭院管線指私人房地產(chǎn)(如住宅、工廠、辦公樓等)內(nèi)部的管線系統(tǒng)。主要包括內(nèi)部的供水、排水、供電、燃?xì)?、通信等管道和線路,是從城市的主管線接入的分支,服務(wù)于特定建筑物或建筑群內(nèi)部的需求。庭院管線的規(guī)劃、建設(shè)和維護(hù)一般由物業(yè)管理者或房地產(chǎn)所有者負(fù)責(zé)。
1.2.2 庭院管線分布特征
(1)管線種類多樣性。隨著城市發(fā)展,地下管網(wǎng)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?xì)?、供電(電力、路燈)、熱力、通信(電信、移?dòng)、聯(lián)通、網(wǎng)通、廣電、軍用)等。
(2)管線分布復(fù)雜性。庭院管線在建設(shè)、施工以及后續(xù)管網(wǎng)功能補(bǔ)充的過(guò)程中,受到各種因素影響,小區(qū)管線建設(shè)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(xiàn)有空間分布密集、走向平行并列、上下重疊和縱橫交錯(cuò)、組合復(fù)雜等。
(3)管道管徑及材質(zhì)的多樣性。庭院管線應(yīng)其特殊的應(yīng)用環(huán)境、實(shí)際用途、流量需求、環(huán)境條件、美觀性和環(huán)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(quán)屬單位的多元化。在庭院管線區(qū)域,地下的各類管道歸屬關(guān)系通常呈現(xiàn)出錯(cuò)綜復(fù)雜的格局。部分社區(qū)內(nèi)的管路系統(tǒng)可能分別歸屬于社區(qū)物業(yè)管理或者綜合后勤機(jī)構(gòu)的管轄之下,而小區(qū)內(nèi)的管道和城市的基礎(chǔ)設(shè)施管網(wǎng)直接連接,從而受到城市市政管理部門的直接監(jiān)管。同時(shí),每個(gè)部門管線敷設(shè)工藝和管理方法不同,以及缺乏良好的協(xié)調(diào)溝通和統(tǒng)一管理機(jī)制,導(dǎo)致協(xié)調(diào)難度增加、責(zé)任劃分不清、信息共享不足,以及維護(hù)成本增加等,使得管道敷設(shè)隨意性和管理混亂。小區(qū)管線的多頭管理帶來(lái)特定風(fēng)險(xiǎn),這些風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)威脅到管線的安全性和整體的服務(wù)質(zhì)量。
(5)探測(cè)環(huán)境復(fù)雜。小區(qū)管線探測(cè)面臨著一系列復(fù)雜因素,這不僅提高了探測(cè)的難度,也增加了作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。例如,多樣化的探測(cè)障礙,管線井長(zhǎng)時(shí)間被占據(jù),嚴(yán)重影響探測(cè)作業(yè);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(tài)可能并不明確;井的淤積和填埋情況會(huì)對(duì)探測(cè)造成干擾等。
市政管線作為主要的輸送通道,將水、電、燃?xì)獾荣Y源輸送到各個(gè)區(qū)域,這些資源到達(dá)特定的住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)或工業(yè)區(qū)時(shí),通過(guò)庭院管線進(jìn)一步分配到各個(gè)獨(dú)立的單位或家庭內(nèi)部。在實(shí)際應(yīng)用中,市政管線負(fù)責(zé)宏觀層面的分配,而庭院管線負(fù)責(zé)微觀層面的具體使用。兩者相輔相成,共同構(gòu)成了城市運(yùn)作的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。此外,市政管線和庭院管線的維護(hù)和修理也需要各自負(fù)責(zé)的部門密切配合,以確保整個(gè)供應(yīng)系統(tǒng)的效率和安全。
隨著城市化進(jìn)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(yùn)營(yíng)效率、保障公共安全和改善居民生活質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。智能化管理體系的建立,旨在通過(guò)先進(jìn)的信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)管線全生命周期的實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析、調(diào)度和優(yōu)化,以達(dá)到精細(xì)化管理的目的。
在城市管理中,地下管線普查是確?;A(chǔ)設(shè)施完整性與安全的關(guān)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(jìn)度滯后,未對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)地檢查和評(píng)估。庭院管線主要目標(biāo)是確定管線的準(zhǔn)確位置、規(guī)格、類型和狀態(tài),通過(guò)數(shù)據(jù)普查,可以發(fā)現(xiàn)潛在的問題,提前采取維修或更換措施,防止更大的事故發(fā)生。此外,普查也有助于更新和優(yōu)化城市基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)發(fā)現(xiàn)問題的管線采取臨時(shí)修復(fù)措施,并制定一個(gè)長(zhǎng)期的維護(hù)和更新計(jì)劃,為未來(lái)的城市規(guī)劃和發(fā)展提供準(zhǔn)確的參考信息。
目前,大部分城市通過(guò)建立市政地下管網(wǎng)信息平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新,這對(duì)于提升城市基礎(chǔ)設(shè)施的效率和安全性起到了關(guān)鍵作用[12-13]。然而,庭院地下管網(wǎng)還未能建立自己的信息化平臺(tái),同時(shí)也沒有接入市政的管網(wǎng)信息平臺(tái)。這種分離的狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致信息孤島的產(chǎn)生,從而影響緊急響應(yīng)的協(xié)調(diào)性和效率[14]。
政府部門和行業(yè)管理部門應(yīng)在管線普查的基礎(chǔ)上,借鑒市政管網(wǎng)平臺(tái)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),建立屬于庭院的專業(yè)管線應(yīng)用信息系統(tǒng)。庭院管網(wǎng)信息平臺(tái)存儲(chǔ)有關(guān)管網(wǎng)的所有信息,包括管道材質(zhì)、直徑、深度、位置、連接類型、安裝日期,以及維護(hù)記錄等。行業(yè)管理部門和各管線單位應(yīng)負(fù)責(zé)建設(shè)專業(yè)范圍內(nèi)的管線信息系統(tǒng),并負(fù)責(zé)本專業(yè)管線的數(shù)據(jù)管理和更新,同時(shí)建立合作機(jī)制,共享數(shù)據(jù)資源,以便在需要時(shí)能夠迅速調(diào)動(dòng)所需信息,實(shí)現(xiàn)跨部門、跨行業(yè)的協(xié)同工作。同時(shí),平臺(tái)應(yīng)具備高級(jí)數(shù)據(jù)分析功能,可以通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘識(shí)別潛在的管網(wǎng)問題,如預(yù)測(cè)管道老化和可能的破損點(diǎn)等。
利用管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)和信息平臺(tái),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(quán)屬單位,應(yīng)建立一個(gè)集政策制定、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、信息集成、規(guī)劃審批、監(jiān)督管理、應(yīng)急響應(yīng)為一體的機(jī)構(gòu),嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)劃許可、施工許可、挖掘許可、占道審批,以及竣工驗(yàn)收等規(guī)定。同時(shí),為確保綜合管理機(jī)構(gòu)有效運(yùn)作,國(guó)家或地方政府需要確定其法律地位和職能權(quán)限,通過(guò)立法和行政手段,規(guī)定所有相關(guān)部門和權(quán)屬單位必須配合該機(jī)構(gòu)的工作,并配備足夠的資金和專業(yè)人才。此外,建立宣傳和違規(guī)施工獎(jiǎng)懲舉報(bào)制度,鼓勵(lì)公眾、企業(yè)和相關(guān)人員積極參與到地下管線管理中來(lái),通過(guò)對(duì)違規(guī)行為的監(jiān)督和舉報(bào),共同推動(dòng)施工活動(dòng)的規(guī)范化。
為確?,F(xiàn)代城市的基礎(chǔ)設(shè)施能夠高效、安全、可持續(xù)地服務(wù)于社會(huì),市政管線與庭院管線的協(xié)同運(yùn)作至關(guān)重要。協(xié)同不僅僅意味著兩者之間物理連接的有效性,更關(guān)乎規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工管理、運(yùn)營(yíng)維護(hù)及應(yīng)急響應(yīng)等多個(gè)層面的無(wú)縫對(duì)接與整合協(xié)作。
在規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段,市政管線與庭院管線的協(xié)同首先體現(xiàn)在宏觀規(guī)劃上。市政管線的規(guī)劃需要考慮整個(gè)城市的發(fā)展藍(lán)圖,而庭院管線則需與市政管線的布局相匹配。城市規(guī)劃者需與建筑師、管線工程師緊密合作,確保庭院管線的設(shè)計(jì)能夠順利接入市政管線,并在未來(lái)的城市發(fā)展中,兩者都能實(shí)現(xiàn)最大程度的功能拓展與技術(shù)升級(jí)。
施工階段是市政和庭院管線協(xié)同的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一旦市政管線施工完成,庭院管線的施工應(yīng)立即跟進(jìn),減少對(duì)居民正常生活的影響。為確保施工質(zhì)量,施工單位之間共享信息、協(xié)作解決問題。
市政管線和庭院管線一旦投入使用,運(yùn)營(yíng)維護(hù)的協(xié)同便至關(guān)重要。市政部門需要建立全面的管線信息管理系統(tǒng),與各個(gè)庭院管線的管理機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,確保在發(fā)生管線故障時(shí),可以迅速定位并協(xié)調(diào)相關(guān)單位進(jìn)行修復(fù)。此外,定期的管線檢測(cè)和維護(hù)工作,需要市政與庭院同步進(jìn)行,共同提升管線系統(tǒng)的可靠性和安全性。
在突發(fā)事件如自然災(zāi)害、管線破裂等緊急情況下,市政管線與庭院管線的協(xié)同應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制顯得尤為重要。必須建立一個(gè)高效的信息通報(bào)系統(tǒng),確保信息的快速流通和處理指令的明確下達(dá),以最快速度響應(yīng)緊急事件,盡可能減少損失。
市政管線與庭院管線的智能化建設(shè)正成為現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的關(guān)鍵,目標(biāo)是通過(guò)引入高科技設(shè)備和系統(tǒng),為城市地下管網(wǎng)多維度全生命周期管理提供從數(shù)據(jù)、服務(wù)到功能的全方位機(jī)制,全面賦能智慧城市規(guī)劃、城市建設(shè)、城市管理、城市運(yùn)營(yíng)、城市服務(wù)等一系列智慧城市應(yīng)用[15-17]。
管線系統(tǒng)的智能化升級(jí)始于在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中部署一個(gè)全面的傳感器網(wǎng)絡(luò)。這一步是智能化基礎(chǔ)設(shè)施的核心,直接關(guān)系到系統(tǒng)能否準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地捕捉到關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)。要實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控,必須布置各種類型的傳感器,如流量計(jì)、壓力傳感器和溫度傳感器等。同時(shí),傳感器需要與先進(jìn)的通信技術(shù)建立網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)性,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將所有傳感器收集到的數(shù)據(jù)集中起來(lái)進(jìn)行分析,可以獲得系統(tǒng)運(yùn)行的全貌,識(shí)別出效率低下的區(qū)域,預(yù)測(cè)維護(hù)需求,并優(yōu)化資源分配。為確保傳感器網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性和可靠性,還需要定期校準(zhǔn)和維護(hù),以防止數(shù)據(jù)偏差的累積對(duì)系統(tǒng)決策造成的不利影響。
通過(guò)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理算法,分析平臺(tái)數(shù)據(jù)提取關(guān)鍵信息。這些信息不僅局限于當(dāng)前的狀態(tài),還包括了對(duì)未來(lái)可能發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法,可以識(shí)別特定區(qū)域連續(xù)數(shù)日的流量增加,系統(tǒng)預(yù)測(cè)即將出現(xiàn)的管道擁堵或泄露;可以對(duì)異常狀態(tài)的管道提出警告;可以預(yù)測(cè)故障發(fā)生的具體時(shí)間和地點(diǎn)。通過(guò)歷史數(shù)據(jù)的深入分析,可識(shí)別出哪些指標(biāo)的變化最終會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。此外,數(shù)據(jù)平臺(tái)還需要具備學(xué)習(xí)和適應(yīng)的能力不斷完善其預(yù)測(cè)模型,以適應(yīng)新的數(shù)據(jù)模式和城市基礎(chǔ)設(shè)施的不斷變化。
智慧城市的構(gòu)建依賴于其基礎(chǔ)設(shè)施的自動(dòng)化控制能力,尤其是在復(fù)雜且動(dòng)態(tài)的管線系統(tǒng)中。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控結(jié)合智能分析技術(shù)使得系統(tǒng)能夠自我調(diào)節(jié),確保運(yùn)行的穩(wěn)定性和高效性。具體來(lái)說(shuō),智能化的管線控制系統(tǒng)能夠不斷地接收和解析來(lái)自各種傳感器的數(shù)據(jù)流,這些數(shù)據(jù)流包含了如水壓、流量和水質(zhì)等關(guān)鍵指標(biāo)的實(shí)時(shí)信息。當(dāng)這些指標(biāo)偏離既定的標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí),系統(tǒng)即會(huì)采取相應(yīng)的自動(dòng)化措施進(jìn)行糾正。此外,自動(dòng)化控制系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作,工程師可以通過(guò)移動(dòng)設(shè)備或中心控制室,實(shí)時(shí)了解管線狀態(tài)并進(jìn)行調(diào)整。這種操作的靈活性大大提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度,減少了物理干預(yù)的需求,使得管線管理更加高效和安全。
采用地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)技術(shù),結(jié)合前沿的新型基礎(chǔ)測(cè)繪技術(shù)和三維實(shí)景模擬,市政管線與庭院管線智能化管理邁入新的運(yùn)維維度[18-20]。GIS 技術(shù)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(gè)接口和每個(gè)閥門的位置都清晰地映射出來(lái)。新型基礎(chǔ)測(cè)繪技術(shù),如激光掃描(LIDAR)和衛(wèi)星遙感,為建立GIS系統(tǒng)提供了高精度的空間數(shù)據(jù)。實(shí)景三維模型則進(jìn)一步增強(qiáng)了可視化,模擬真實(shí)世界中的建筑物、地形和關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的布局,為運(yùn)維人員提供直觀的環(huán)境感知。GIS 技術(shù)、新型基礎(chǔ)測(cè)繪和實(shí)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(duì)于提高城市管線的可靠性、優(yōu)化資源分配和提升居民的生活品質(zhì)具有至關(guān)重要的影響。
移動(dòng)設(shè)備與云平臺(tái)的應(yīng)用使得管理人員可以隨時(shí)隨地監(jiān)控管線狀態(tài),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問和實(shí)時(shí)更新。借助移動(dòng)應(yīng)用,工作人員可以直接在現(xiàn)場(chǎng)接收指令、報(bào)告問題并更新維修狀態(tài)。
文章通過(guò)分析市政管線與庭院管線的構(gòu)成,深入探討了不同區(qū)域地下管線智能化管理的基礎(chǔ)框架,管線之間的協(xié)同效應(yīng),以及智能化建設(shè)內(nèi)容。市政管線與庭院管線智能化管理不僅是技術(shù)上的突破,更是對(duì)城市管理理念和居民生活方式的一次革新。未來(lái),隨著智慧城市的不斷成熟和城市居民對(duì)高質(zhì)量生活需求的增加,智能化管線的建設(shè)和管理將更加精細(xì)化、個(gè)性化、互動(dòng)化,成為推動(dòng)數(shù)字城市向智慧城市轉(zhuǎn)型的重要力量。