路順

(龍口市規(guī)劃處，山東 煙臺 265701)

1 引言

排水管線是城市綜合地下管線的重要組成部分，是市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不可忽視的重要環(huán)節(jié)，是確保城市建設(shè)和社會經(jīng)濟健康、協(xié)調(diào)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著我國城市化進程的加快和城市建設(shè)的迅猛發(fā)展，排水管線處于不斷地更新變化之中，新建、改建、擴建工程逐漸增多［1］。伴隨著城市人口數(shù)量的增加和暴雨極端天氣的發(fā)生，城市雨、污水排放量出現(xiàn)新高。近年來，我國各級政府加大對城市排水管網(wǎng)的建設(shè)力度，然而，面對如此高度隱蔽、復(fù)雜、動態(tài)的地下排水網(wǎng)絡(luò)，如何進行科學(xué)、高效的管理，使市政管理者能夠全面、準(zhǔn)確、及時地掌握排水管網(wǎng)信息，充分發(fā)揮排水管網(wǎng)信息在城市規(guī)劃、建設(shè)、運行和管理中的作用，對于實現(xiàn)智慧城市建設(shè)和城市的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

我國排水管網(wǎng)系統(tǒng)的信息化建設(shè)發(fā)展迅速，在經(jīng)歷了傳統(tǒng)的手工管理和計算機管理等方式后，綜合利用計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和GIS技術(shù)等建立的排水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，成為管理地下管線信息的主流工具。管理系統(tǒng)在實踐應(yīng)用中不斷完善，功能日漸豐富，在市政部門的管理中發(fā)揮著不可替代的重要作用。

2 排水管網(wǎng)的信息化建設(shè)歷程

2.1 早期傳統(tǒng)的管理方式

把地下管線規(guī)劃好、管理好是把城市建設(shè)好的必要條件。我國的地下管線信息系統(tǒng)建設(shè)起步于20世紀(jì)80年代，但由于當(dāng)時的管線管理觀念落后，軟硬件及相關(guān)技術(shù)不成熟等因素，地下管線數(shù)據(jù)管理還存在很多問題。大部分城市排水管網(wǎng)資料信息來源不明確、管理分散、數(shù)據(jù)存儲方式多樣且精度不高，導(dǎo)致對排水管網(wǎng)資產(chǎn)狀況掌握不全面。而對地下排水管線的地理空間分布情況不清、種類不明，盲目施工使管線損壞而導(dǎo)致的污水漫流甚至洪澇等災(zāi)害事故時有發(fā)生，給人民生活和國家財產(chǎn)造成威脅和損失。

隨著城市排水管線數(shù)量的日益增多，大量管線資料需要處理，傳統(tǒng)的手工制圖、人工記憶和人工統(tǒng)計分析等管理方式效率低下的弊端日漸凸顯，很難適應(yīng)快速發(fā)展的海量排水管線數(shù)據(jù)庫要求。對海量信息的存儲、處理和分析是計算機技術(shù)的優(yōu)勢，到上世紀(jì)90年代，為了準(zhǔn)確和完整地掌握地下管線的現(xiàn)狀信息，政府在全國各地開展管線普查工作，利用計算機技術(shù)，逐步建立管線數(shù)據(jù)庫與信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)信息的數(shù)字化存儲和管理。采用計算機技術(shù)構(gòu)建排水管網(wǎng)信息系統(tǒng)主要經(jīng)歷了以下幾個過程［2］:

(1)運用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，管線屬性數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，可有效管理管線屬性數(shù)據(jù)，如錄入、修改、查詢等，但缺乏空間數(shù)據(jù)，不具備管理圖形和空間檢索分析的功能;

(2)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和圖形相結(jié)合，但屬性和圖形數(shù)據(jù)分別存儲，彼此不關(guān)聯(lián)，圖形信息不能被系統(tǒng)自動提取和利用;

(3)數(shù)據(jù)庫和圖形關(guān)聯(lián)，將圖形與對應(yīng)的屬性記錄關(guān)聯(lián)，為基于空間數(shù)據(jù)的檢索分析奠定了基礎(chǔ)。但關(guān)聯(lián)關(guān)系的維護較為復(fù)雜，特別是對海量數(shù)據(jù)的管理效率低，不利用空間分析和檢索。

2.2 基于GIS技術(shù)的管理方式

城市地下綜合管線信息和與之相關(guān)的地形、地物等環(huán)境信息從根本上都是地理信息。早期傳統(tǒng)的管線管理方法很難有效管理和分析復(fù)雜的地理信息。地理信息系統(tǒng)(GIS)是研究和管理空間位置和屬性數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)，它研究各種空間實體及其相互關(guān)系，借助特有的空間分析功能和可視化表達，完成統(tǒng)計分析、動態(tài)模擬和輔助決策等服務(wù)。由于GIS技術(shù)所具有的強大功能和優(yōu)點，國內(nèi)外研究者普遍認(rèn)為，采用GIS技術(shù)實現(xiàn)城市管線空間和屬性數(shù)據(jù)的管理和分析，是構(gòu)建地下管線管理信息系統(tǒng)的必由之路［3，4］。

21世紀(jì)以來，不僅城市綜合管線信息系統(tǒng)發(fā)展迅速，各種專業(yè)管線，如排水管線信息系統(tǒng)也有了較大的發(fā)展。基于GIS的信息系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)已日趨成熟，按照不同用戶的需求，以流行的ArcGIS、MapInfo等為平臺，采用VB、VC和.NET等開發(fā)工具，較好地實現(xiàn)了管線信息管理的功能，并可將管線管理的職能與辦公自動化、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有效結(jié)合，已經(jīng)成為多個城市的規(guī)劃、建設(shè)與管理的有力工具［5］。

隨著前沿技術(shù)的不斷進步，排水管線系統(tǒng)逐漸向綜合的集成系統(tǒng)發(fā)展，廣泛集成GIS技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、三維仿真技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，從進行管網(wǎng)的管理、分析向功能強大的模擬、決策支持方向發(fā)展，并與城市管理部門的日常業(yè)務(wù)緊密結(jié)合，為保障城市排水設(shè)施安全運行和輔助相關(guān)部門科學(xué)決策提供科學(xué)依據(jù)［6］。

3 排水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)在市政管理中的重要作用

排水管線作為城市市政設(shè)施的重要組成部分，肩負著城市雨水、污水排放的重要功能，各級政府已從城市發(fā)展的戰(zhàn)略高度來認(rèn)識地下排水管線在城市規(guī)劃和建設(shè)管理中的作用與地位。2013年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部再次明確提出了要加強市政公用設(shè)施建設(shè)和運行管理，努力提升市政公用事業(yè)服務(wù)質(zhì)量和安全運行水平，重點抓好城市排水防澇、加強城市地下管線綜合管理工作，推動了數(shù)字化城市管理平臺向地下排水管線領(lǐng)域的延伸。

各地市政管理部門充分利用地下管線普查成果，積極探索創(chuàng)新地下排水管線的管理方式。在政府和企業(yè)的運作下，排水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的功能日益強大且日臻完善，充分體現(xiàn)了其在維護城市“生命線”正常運行上的優(yōu)勢。本文重點從排水管線的高效管理、巡查養(yǎng)護、輔助決策、事故應(yīng)急和模擬預(yù)測五個方面介紹排水管線管理信息系統(tǒng)在市政管理中發(fā)揮的重要作用。

3.1 高效管理多源可視化數(shù)據(jù)

排水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)是一個包含海量數(shù)據(jù)的復(fù)雜系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)庫用以存儲和管理空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，不僅包括管網(wǎng)數(shù)據(jù)，還集成了不同來源、不同數(shù)據(jù)格式和不同空間尺度的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，如:地形數(shù)據(jù)、航空影像、DEM等，改善了傳統(tǒng)管網(wǎng)數(shù)據(jù)單一、記錄分散、不完整的局面，為市政管理部門的業(yè)務(wù)應(yīng)用、決策分析和數(shù)據(jù)共享奠定了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過多種數(shù)據(jù)的疊加和可視化顯示，可以更加直觀地了解排水管網(wǎng)周邊的交通、居民地、水系、植被和地形等分布情況。數(shù)據(jù)庫能有效管理不同歷史時期的排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過對比顯示能夠較清楚地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的差異和聯(lián)系，這對于城市未來的發(fā)展規(guī)劃有著重要意義。

隨著三維仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的日漸成熟，對管線點、管線線數(shù)據(jù)進行自動三維建模并疊加道路、建筑物等三維模型，實現(xiàn)管線數(shù)據(jù)任意角度的三維瀏覽，還原管網(wǎng)地上和地下的三維立體場景，建設(shè)規(guī)劃部門即便不到現(xiàn)場，也能真實地感受排水管網(wǎng)之間以及管網(wǎng)與周邊地物的空間位置關(guān)系。

3.2 提升巡檢、養(yǎng)護工作的效率和管理水平

排水管理部門需要定期對轄區(qū)內(nèi)的管網(wǎng)及相關(guān)設(shè)施進行巡查，及時發(fā)現(xiàn)和清除管網(wǎng)中的“病患”，保障城市的排水安全。隨著智能終端和移動網(wǎng)絡(luò)的普及，結(jié)合GIS、GPS和GPRS/CDMA等先進技術(shù)的手持移動設(shè)備成為排水管網(wǎng)巡檢、養(yǎng)護的重要工具。

排水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)采用手持設(shè)備與Web相結(jié)合的方式，現(xiàn)場巡查、養(yǎng)護人員通過手持設(shè)備將巡檢信息和養(yǎng)護進展及時上傳到監(jiān)控中心，而監(jiān)控中心的市政管理人員通過登錄Web系統(tǒng)及時了解巡查和養(yǎng)護現(xiàn)場的詳細信息，便于對巡查和養(yǎng)護工作進行動態(tài)監(jiān)管，對發(fā)現(xiàn)的排水管網(wǎng)問題進行人員的科學(xué)調(diào)度。通過自動化監(jiān)管實現(xiàn)了巡檢養(yǎng)護工作的高效執(zhí)行，降低了管網(wǎng)養(yǎng)護的成本，提高了人員對緊急事件的響應(yīng)速度，保障了管網(wǎng)的安全高效運行。

3.3 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(shù)據(jù)庫，排水管網(wǎng)完整的數(shù)據(jù)體系為查詢分析、緩沖區(qū)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(guān)心的涉及地理空間的實際問題，為排水管線規(guī)劃、城市建設(shè)、防災(zāi)減災(zāi)等提供輔助決策分析的合理性建議數(shù)據(jù)。

管線規(guī)劃部門通過在限定排水管線的布設(shè)界限，可輕松獲取一個排水管線埋設(shè)的建議方案，以輔助設(shè)計;道路改擴建或小區(qū)拆遷時，以道路改擴建區(qū)域或拆遷區(qū)域作為緩沖區(qū)進行分析計算，可以得出其影響的地下排水管線情況;當(dāng)發(fā)生爆管事故時，排水部門不僅關(guān)心爆管的具體位置，更關(guān)心所處位置與周圍環(huán)境之間的關(guān)系，通過對排水管網(wǎng)進行連通性分析，從事故點追溯到控制此事故發(fā)生管段的閥門設(shè)施，并可進一步追蹤這些閥門所控制的影響區(qū)域，為維修、搶險等提供決策支持。

3.4 實時數(shù)據(jù)提高應(yīng)急處置能力

城市排水管網(wǎng)承擔(dān)著收集輸送污水和天然降水的功能，排水管理信息系統(tǒng)能夠充分整合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資源、硬件網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)資源的高效節(jié)約。以在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，充分利用管網(wǎng)水力計算模型及其他有關(guān)模型，結(jié)合GIS的數(shù)據(jù)管理和空間分析能力，對管網(wǎng)的運行狀況進行分析評估，為管網(wǎng)的日常維護提供數(shù)據(jù)支持。當(dāng)流量、流速、液位或壓力等運行參數(shù)出現(xiàn)異常甚至超出警戒值時，市政管理人員可快速反應(yīng)、快速診斷、快速行動，提高對管網(wǎng)突發(fā)緊急事件的處理能力，保障公共利益和人民生命財產(chǎn)安全，保證排水設(shè)施正常運轉(zhuǎn)［7］。

目前國內(nèi)部分城市仍采用傳統(tǒng)手段對中水站、排水泵站、排水管線進行監(jiān)控管理，無法全面實現(xiàn)對排水管網(wǎng)信息的實時采集和動態(tài)監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展將為解決排水管網(wǎng)缺乏全面、動態(tài)、實時的運行狀態(tài)信息提供重要的監(jiān)測和傳輸手段［8］。建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的排水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，充分利用各種傳感器設(shè)備、無線通訊、GIS和數(shù)學(xué)模型分析等技術(shù)，實現(xiàn)對排水管網(wǎng)的動態(tài)感知，是未來排水管網(wǎng)系統(tǒng)科學(xué)化管理的重要發(fā)展方向。

3.5 排水情景模擬和預(yù)測

城市下墊面的非滲透面積隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展急劇增加，城市內(nèi)澇等事故頻繁發(fā)生，給城市排水系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的考驗。排水管網(wǎng)系統(tǒng)在排水模型的支持下，結(jié)合現(xiàn)狀地形數(shù)據(jù)，通過分析排水管線重要數(shù)據(jù)(水深、流速、流量、降雨量、徑流量等)和管線數(shù)據(jù)中的每個要素(節(jié)點、管線和匯水區(qū))，科學(xué)計算并模擬城市地下排水管線的實際運行情況。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(fā)現(xiàn)排水的薄弱點和可能溢水的檢查井，預(yù)測將會出現(xiàn)積水或發(fā)生洪災(zāi)的地點，甚至積水開始時間和積水退去時間等，為各級領(lǐng)導(dǎo)制定減災(zāi)決策、快速開展搶險工作提供依據(jù)和參考，為市民合理防御暴雨災(zāi)害爭取寶貴的時間［9］。

4 結(jié)語

排水管線作為城市重要的地下基礎(chǔ)設(shè)施之一，其重要地位和作用已經(jīng)被廣泛重視和認(rèn)可。科學(xué)管理好排水管線信息是城市規(guī)劃建設(shè)的需要，是生態(tài)環(huán)境保護的需要，是人民安居樂業(yè)的需要。無論是從加強排水設(shè)施的科學(xué)管理、提高工作效率的角度，還是從提升城市規(guī)劃的水平、提高排水事故應(yīng)急處置能力和災(zāi)情預(yù)警的角度，排水管線管理信息系統(tǒng)在市政管理中所發(fā)揮的重要作用都顯而易見。伴隨著信息技術(shù)、物流網(wǎng)技術(shù)等智能化手段的發(fā)展和應(yīng)用，建立在依靠科技進步、加強科學(xué)管理基礎(chǔ)上的城市排水管網(wǎng)將更好地服務(wù)城市，保障城市的可持續(xù)發(fā)展。

［1］姜中橋，許利峰，陳明琪.加快城市綜合地下管線信息系統(tǒng)建設(shè)提高城市綜合地下管線信息管理和應(yīng)用水平［J］.建設(shè)科技，2013(13):70～71，75.

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