程霞

1 城鎮(zhèn)埋地市政管線及其檔案的現(xiàn)狀

在我們居住的城市地下，可謂是星羅棋布，縱橫交錯(cuò)。廣泛分布著燃?xì)夤艿?、供水管道、消防管道、污水管道、通訊電纜、電力電纜等等等等，不一而足。而這些管道、線纜等的設(shè)計(jì)圖紙往往分散于各主管部門(mén)，即使這些設(shè)計(jì)圖紙統(tǒng)一管理，往往也是分門(mén)別類地保存，一般沒(méi)有進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，也就是沒(méi)有在一張圖紙上分別標(biāo)記各類管道、線纜等，使人通過(guò)一張圖紙就能明了某一路段的管道、線纜等的敷設(shè)情況，做到一目了然。

在新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員需要借閱各部門(mén)的相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙，由于不同設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣、各部門(mén)的設(shè)計(jì)規(guī)范不盡相同，也造成諸如圖紙比例、圖標(biāo)等的不一致，給新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)造成困擾，或者之前項(xiàng)目施工過(guò)程中的變更沒(méi)有體現(xiàn)在圖紙上，不得不通過(guò)實(shí)地測(cè)量才能提供相對(duì)完整的設(shè)計(jì)資料，造成人力、物力和財(cái)力的浪費(fèi)，貽誤工期時(shí)有發(fā)生。

在新項(xiàng)目的施工階段，施工人員對(duì)施工路段地下的管線情況不能完全掌握，甚至不清楚管線的種類、距離地面的深度等重要信息，盲目施工，造成一些無(wú)法預(yù)料的狀況。比如時(shí)有發(fā)生的供水管道、燃?xì)夤艿赖缺皇┕と藛T挖斷，輕則影響居民的出行和正常生活，重則危及居民的生命財(cái)產(chǎn)的安全。

2 城鎮(zhèn)埋地市政管線檔案數(shù)字化的方法及特點(diǎn)

紙質(zhì)檔案在使用保存過(guò)程中存在容易損壞，占用空間大，保存成本高，使用不方便等特點(diǎn)，檔案的電子化刻不容緩。

2.1 掃描保存

利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)直接把紙質(zhì)檔案進(jìn)行掃描，以JPG格式保存到計(jì)算機(jī)硬盤(pán)或者刻入光盤(pán)中。工作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但只是紙質(zhì)檔案的復(fù)制品，使用不便，要求存儲(chǔ)空間大。是檔案電子化的初級(jí)形式。

2.2 平面電子化

把分散到各單位的圖紙檔案按道路區(qū)段通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形處理系統(tǒng)人工整合到一張平面圖上，以DWG格式保存到計(jì)算機(jī)硬盤(pán)或者刻入光盤(pán)中。工作復(fù)雜，人員技術(shù)水平要求高，在某一區(qū)段使用比較方便，要求存儲(chǔ)空間比較大。

2.3 三維數(shù)字化

根據(jù)輸入的管線的起終點(diǎn)坐標(biāo)、管徑等基本信息由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成三維渲染圖以及各個(gè)角度的剖面圖，以數(shù)據(jù)庫(kù)方式進(jìn)行存儲(chǔ)。工作簡(jiǎn)單，人員技術(shù)要求不高，使用方便，修改簡(jiǎn)單，存儲(chǔ)空間要求小。是檔案使用與保存的最佳形式。

3 城鎮(zhèn)埋地市政管線檔案的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)思路

城市地下管線檔案數(shù)字化設(shè)計(jì)，將依托數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、虛擬化技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)、全球定位技術(shù)，采用服務(wù)器端、客戶端與移動(dòng)客戶端相結(jié)合的方式，在服務(wù)器端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)管理，在客戶端提供錄入、查詢、修改、統(tǒng)計(jì)等功能接口，提供三維展示、剖面圖生成等應(yīng)用功能，移動(dòng)客戶端主要為現(xiàn)場(chǎng)施工提供地下管線信息。

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

在數(shù)據(jù)庫(kù)中，應(yīng)至少包括以下幾項(xiàng)主要信息：

管線的種類，用A、B、C、…標(biāo)示，分別表示燃?xì)夤艿?、供水管道、電力電纜等，在三維渲染圖和剖面圖等功能中可以選擇以不同顏色進(jìn)行表示；已經(jīng)廢棄但仍埋于地下的管線用Z標(biāo)示，在三維渲染圖和剖面圖中以黑色進(jìn)行表示；已經(jīng)廢棄并且從地下清理掉的管線數(shù)據(jù)移入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中保存，不再保存于生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)中，在三維渲染圖和剖面圖中不再顯示；

每段管線的起始點(diǎn)、終止點(diǎn)三維坐標(biāo)以及管徑等信息，坐標(biāo)采用該點(diǎn)的經(jīng)度、維度和海拔高度進(jìn)行標(biāo)示，保證點(diǎn)位的唯一性和確定性；

彎管的標(biāo)示，采用起始點(diǎn)、終止點(diǎn)坐標(biāo)，彎曲半徑等信息進(jìn)行標(biāo)示，坐標(biāo)采用經(jīng)緯度和海拔高度進(jìn)行標(biāo)示；

閥門(mén)信息，包括三維坐標(biāo)、管徑等信息。

還可以包括材料的生產(chǎn)商、施工方、監(jiān)理方、建設(shè)方、安裝時(shí)間、預(yù)期更換時(shí)間、檢修情況等警示、提示、管理等輔助信息，方便對(duì)管線的自動(dòng)化管理，防患于未然。

3.2 客戶端設(shè)計(jì)

在客戶端提供錄入、查詢、修改、統(tǒng)計(jì)等功能接口；能夠自動(dòng)提示警示信息，采用聲光報(bào)警等方式進(jìn)行提示；在錄入、修改模塊提供“所見(jiàn)即所得”功能，即錄入、修改確認(rèn)后即時(shí)在三維渲染圖上予以明顯顯示（明暗相間的閃爍）；根據(jù)所選路段或者所選區(qū)域自動(dòng)提供三維渲染圖展示，根據(jù)要求自動(dòng)生成剖面圖，并提供打印輸出等功能。

3.3 移動(dòng)客戶端設(shè)計(jì)

移動(dòng)客戶端主要應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)4G/5G/城市WiFi等無(wú)線通訊技術(shù)與服務(wù)器端連接。除了具有客戶端的功能之外，其重點(diǎn)是利用我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)厘米級(jí)的精度優(yōu)勢(shì)，自動(dòng)獲知移動(dòng)終端所處位置的經(jīng)緯度精確信息，通過(guò)指定搜索區(qū)域，通過(guò)服務(wù)器端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，生成區(qū)域三維渲染圖和剖面圖，為施工現(xiàn)場(chǎng)提供準(zhǔn)確翔實(shí)的地下管線信息，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

4 城鎮(zhèn)埋地市政管線檔案的三維數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)與數(shù)據(jù)建設(shè)

4.1 服務(wù)器端建設(shè)

在服務(wù)器端，主要是采用VMWare等虛擬化集群技術(shù)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源池化；利用應(yīng)用級(jí)負(fù)載均衡設(shè)備對(duì)應(yīng)用需求進(jìn)行均衡分配，保證應(yīng)用的及時(shí)處理和反饋；通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的優(yōu)化，提升服務(wù)器系統(tǒng)的運(yùn)行效率；建立雙活數(shù)據(jù)中心或者兩地三中心（同城雙活數(shù)據(jù)中心+異地災(zāi)備中心），構(gòu)建高安全性、高可用性、高可靠性、快速方便的服務(wù)器集群系統(tǒng)，為客戶端的應(yīng)用提供及時(shí)便捷的在線服務(wù)。軟件的建設(shè)，采用B/S、C/S和APP相結(jié)合的架構(gòu)，服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的清洗、管理與檢查，為客戶端提供接口和用于生成三維渲染圖的數(shù)據(jù)信息。

4.2 客戶端建設(shè)

在客戶端展現(xiàn)三維渲染效果，對(duì)客戶端的硬件要求較高，尤其是內(nèi)存和顯存。為顯示三維渲染圖，需要安裝AutoCAD之類三維渲染軟件，需要開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)信息與三維渲染軟件的數(shù)據(jù)接口?？蛻舳塑浖饕捎肂/S和C/S方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的錄入、查詢、修改、統(tǒng)計(jì)等功能；自動(dòng)顯示提示、警示、管理等信息；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化自動(dòng)地直接反映到三維渲染圖中，并且對(duì)不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的自動(dòng)予以警示；根據(jù)所選路段或者所選區(qū)域自動(dòng)提供三維渲染圖展示，并根據(jù)要求自動(dòng)生成剖面圖，提供多種輸出功能。

4.3 移動(dòng)客戶端建設(shè)

移動(dòng)客戶端不同于客戶端的，只是利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的全球定位功能，獲取移動(dòng)客戶端所在位置的精確經(jīng)緯度信息，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)時(shí)顯示該位置的指定區(qū)域內(nèi)的地下管線的三維渲染圖，猶如大型CT設(shè)備對(duì)地球內(nèi)部的掃描。在軟件開(kāi)發(fā)方面，需要將北斗定位系統(tǒng)自動(dòng)獲取的位置信息傳輸?shù)椒?wù)器端，以獲取某一范圍內(nèi)的地下管線數(shù)據(jù)信息，生成三維渲染圖和剖面圖。

4.4 數(shù)據(jù)建設(shè)

整個(gè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，沒(méi)有數(shù)據(jù)就沒(méi)有應(yīng)用。數(shù)據(jù)的來(lái)源：一是，對(duì)于現(xiàn)存的地下管線，需要各單位分別將各自管理的管線信息輸入本系統(tǒng)；二是，對(duì)于新建的地下管線，由各單位直接通過(guò)本系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，由本系統(tǒng)自動(dòng)生成三維渲染圖和剖面圖供施工使用；三是，對(duì)于現(xiàn)存于地下但資料不完整的管線，可以采用現(xiàn)場(chǎng)勘察等方式，將數(shù)據(jù)輸入本系統(tǒng)。

4.5 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)

為最大限度地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能，減少人為錯(cuò)誤，需要量化各部門(mén)的有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，增加到本系統(tǒng)中，使系統(tǒng)能夠自動(dòng)進(jìn)行檢查，對(duì)不符合設(shè)計(jì)要求的予以自動(dòng)警示，系統(tǒng)真正成為設(shè)計(jì)人員的不可或缺的助手和資料庫(kù)。比如地下中壓燃?xì)夤艿琅c電力電纜之間的直埋水平距離不應(yīng)小于0.5米，如果設(shè)計(jì)過(guò)程中達(dá)不到該要求，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)給出警示。

5 城鎮(zhèn)埋地市政管線三維數(shù)字化檔案在工作中的應(yīng)用

本系統(tǒng)的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

5.1 設(shè)計(jì)階段

在設(shè)計(jì)階段，提供了由管線的坐標(biāo)、管徑等信息自動(dòng)生成三維渲染圖和剖面圖的功能，并且對(duì)于不符合設(shè)計(jì)規(guī)范的情況自動(dòng)予以提示，直到修改符合設(shè)計(jì)規(guī)范為止。由圖紙?jiān)O(shè)計(jì)變?yōu)樾畔⒌妮斎耄档土藙趧?dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

5.2 施工階段

系統(tǒng)提供了根據(jù)路段或區(qū)域自動(dòng)生成三維渲染圖和剖面圖的功能，在施工中可以直接輸出使用。尤其是采用移動(dòng)客戶端時(shí)，自動(dòng)獲知位置信息，自動(dòng)生成該區(qū)域的三維渲染圖和剖面圖。指導(dǎo)施工，避免故障。

5.3 維護(hù)階段

系統(tǒng)中存儲(chǔ)了諸如材料的供應(yīng)商、使用期限、施工方等各類信息，在各個(gè)階段系統(tǒng)都會(huì)有自動(dòng)信息提示，比如使用期限到期之前會(huì)有更換提示。還能夠根據(jù)系統(tǒng)的記錄追究不合格供應(yīng)商、施工方等的責(zé)任，具有自助管理功能。

6 城鎮(zhèn)埋地市政管線檔案的制度建設(shè)

城市地下管線檔案分散于各個(gè)部門(mén)，要建設(shè)好本系統(tǒng)服務(wù)于城市建設(shè)，必須制定完備的規(guī)章制度或者地方法規(guī)，各部門(mén)齊抓共管、嚴(yán)格執(zhí)行才能取得好的應(yīng)用效果。

一是，做好權(quán)限劃分，哪個(gè)部門(mén)的檔案由哪個(gè)部門(mén)負(fù)責(zé)錄入、修改、維護(hù)，其他部門(mén)只有查看的權(quán)限。

二是，各部門(mén)現(xiàn)存的檔案必須全部錄入本系統(tǒng)，包括已經(jīng)廢棄但仍埋于地下的管線的檔案。

三是，新的地下管線的設(shè)計(jì)直接使用本系統(tǒng)生成，不再在圖紙上進(jìn)行設(shè)計(jì)。

四是，設(shè)計(jì)修改必須在本系統(tǒng)中進(jìn)行修改。

五是，驗(yàn)收必須以本系統(tǒng)生成的三位渲染圖和剖面圖為依據(jù)；驗(yàn)收合格之后，管線的信息不得隨意更改。

......

7 城鎮(zhèn)埋地市政管線檔案三維數(shù)字化的優(yōu)勢(shì)總結(jié)

7.1 位置準(zhǔn)確

本系統(tǒng)采用經(jīng)緯度標(biāo)記坐標(biāo)，能保證位置的準(zhǔn)確性。過(guò)去經(jīng)常被采用的特殊參照物標(biāo)記法，經(jīng)常會(huì)因?yàn)閰⒄瘴锏臏缡Щ蛘咭苿?dòng)造成位置不明確的問(wèn)題。

7.2 設(shè)計(jì)方便

本系統(tǒng)通過(guò)管線信息的輸入自動(dòng)生成三維渲染圖和剖面圖，減少了設(shè)計(jì)強(qiáng)度，提高了設(shè)計(jì)效率，降低了對(duì)人員的技術(shù)要求，節(jié)省成本。

7.3 自動(dòng)化程度高

本系統(tǒng)可以自動(dòng)生成三維渲染圖和剖面圖，自動(dòng)檢查設(shè)計(jì)規(guī)范的符合性，自動(dòng)給予提示、警示信息，自動(dòng)獲取位置信息等等。

7.4 所見(jiàn)即所得

本系統(tǒng)在對(duì)地下管線信息進(jìn)行輸入、修改的同時(shí)，能夠直接反映到三維渲染圖中，直觀方便，實(shí)現(xiàn)所見(jiàn)即所得的功能。

7.5 指導(dǎo)施工

本系統(tǒng)移動(dòng)客戶端自動(dòng)獲取所在位置的地下管線信息，能有效避免諸如挖斷供水管道、通訊電纜甚至燃?xì)夤艿赖那闆r，輕則避免經(jīng)濟(jì)損失，重則保護(hù)了城市居民的生命財(cái)產(chǎn)的安全。

7.6 指導(dǎo)維護(hù)

本系統(tǒng)包含大量維護(hù)資料，能夠及時(shí)提示，防患于未然。

7.7 提升管理水平

本系統(tǒng)既提供設(shè)計(jì)、施工應(yīng)用，又提供運(yùn)行維護(hù)功能，大大提升了城市地下管線的管理能力，同時(shí)還提供設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、建設(shè)等各方面的信息，方便對(duì)建設(shè)過(guò)程的考核。

7.8 決策支持

本系統(tǒng)能夠?yàn)閷?lái)的地下管線、地下鐵路建設(shè)等提供決策依據(jù)。比如根據(jù)地下管線的具體分布情況，可以確定地鐵建設(shè)的深度、地鐵由地下到地上過(guò)渡的區(qū)域等等信息。死檔案變成了活素材。

8 結(jié)語(yǔ)

李克強(qiáng)總理2016年5月24日考察武漢中央商務(wù)區(qū)地下綜合管廊時(shí)強(qiáng)調(diào)，我們的城市地上空間高樓林立，發(fā)展勢(shì)頭很好，但在地下空間利用的深度廣度上，與發(fā)達(dá)國(guó)家還有較大差距。有效避免城市路面動(dòng)輒“開(kāi)膛破肚”，消除“馬路拉鏈”。地下空間不僅是城市的“里子”，更是巨大潛在資源。發(fā)展地下管廊是城市品質(zhì)提升的重要舉措。

城市地下管線三維數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)是智慧城市建設(shè)的重要組成部分。通過(guò)對(duì)城市地下管線三維數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用，能夠大量減少重復(fù)測(cè)繪的人力物力投入和對(duì)交通的影響，有效避免盲目施工造成的對(duì)城市交通和城市居民的財(cái)物甚至人身安全的影響，必將大力提高城市的管理水平和宜居水平，提升城市的軟實(shí)力。不但具有巨大的社會(huì)效益，從投入產(chǎn)出的角度分析，也必將具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。功在當(dāng)代，利在千秋。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]