文︱馮蘭曉 狄曉靚

隨著城市規(guī)模高速發(fā)展，排水行業(yè)的傳統(tǒng)管理方式存在管理手段單一，運(yùn)營技術(shù)落后，信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足，自動化程度不高，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)能力差等一系列問題。對城市排水系統(tǒng)管理而言，通過信息化管理手段可以實(shí)現(xiàn)對運(yùn)維單位的遠(yuǎn)程監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度、數(shù)據(jù)挖掘、信息統(tǒng)計(jì)等，使排水業(yè)務(wù)管理由分散轉(zhuǎn)向集中，由粗放轉(zhuǎn)向精細(xì)化和信息化，大幅提高核心競爭力。以信息化、智能化為代表的新技術(shù)逐步在與城市治理、生態(tài)保護(hù)、環(huán)境治理等各個(gè)行業(yè)相融合。在排水管理領(lǐng)域，通過大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、GIS 技術(shù)的綜合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)對排水與污水處理信息的實(shí)時(shí)掌控，能有效解決監(jiān)管不及時(shí)的問題，對突發(fā)情況能及時(shí)作出處置。

一、建設(shè)內(nèi)容

城市生命線智慧排水系統(tǒng)根據(jù)城市對排水系統(tǒng)全鏈條監(jiān)管和當(dāng)前排水行業(yè)痛點(diǎn)問題，建設(shè)了綜合決策系統(tǒng)和五個(gè)子系統(tǒng)。綜合決策系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了排水系統(tǒng)全鏈條監(jiān)管，五個(gè)子系統(tǒng)根據(jù)管網(wǎng)運(yùn)行，在線監(jiān)控報(bào)警、巡查養(yǎng)護(hù)、行業(yè)綜合監(jiān)管和考核評價(jià)等五個(gè)方面進(jìn)行研發(fā)監(jiān)管，通過綜合決策系統(tǒng)和專項(xiàng)子系統(tǒng)共同打造并實(shí)現(xiàn)了全流程閉環(huán)監(jiān)管體系。

二、特色亮點(diǎn)

智慧排水管理系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)理念，采用信息化手段，結(jié)合 GIS 展示，實(shí)現(xiàn)對管網(wǎng)運(yùn)行指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，包括管網(wǎng)液位、流量、水質(zhì)、氣體、泵站運(yùn)行狀態(tài)等信息，保證管網(wǎng)安全高效地發(fā)揮作用，通過構(gòu)建安全預(yù)警平臺，提高應(yīng)急指揮及快速處置能力，保障城市排水管線的安全運(yùn)行，使得整個(gè)城市排水管線的安全運(yùn)行可把握、可控制、可預(yù)測，提供科學(xué)、先進(jìn)的城市級水力分析能力，更全面評估城市排水管網(wǎng)能力。

1.高效管理多源可視化數(shù)據(jù)

智慧排水管理系統(tǒng)是一個(gè)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(jiān)實(shí)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(shí)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(shí)技術(shù)的日漸成熟，對管線點(diǎn)、管線線數(shù)據(jù)進(jìn)行自動三維建模并疊加道路、建筑物等三維模型，實(shí)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(shí)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。

2.提升巡檢、養(yǎng)護(hù)工作的效率和管理水平

智慧排水管理系統(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(hù)人員通過手持設(shè)備將巡檢信息和養(yǎng)護(hù)進(jìn)展及時(shí)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(shí)了解巡查和養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場的詳細(xì)信息，便于對巡查和養(yǎng)護(hù)工作進(jìn)行動態(tài)監(jiān)管，對發(fā)現(xiàn)的排水管網(wǎng)問題進(jìn)行人員的科學(xué)調(diào)度。通過自動化監(jiān)管實(shí)現(xiàn)了巡檢養(yǎng)護(hù)工作的高效執(zhí)行，降低了管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)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(yùn)行。

3.輔助決策分析

GIS 強(qiáng)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?fù)浞治鎏峁┝藦?qiáng)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(shí)際問題，為智慧排水管理系統(tǒng)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)。

4.實(shí)時(shí)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(shí)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(jì)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(yùn)行狀況進(jìn)行分析評估，為管網(wǎng)的日常維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。當(dāng)流量、流速、液位或壓力等運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)異常甚至超出警戒值時(shí)，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(cái)產(chǎn)安全，保證排水設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

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(yàn)。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)，通過分析智慧排水管理系統(tǒng)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(gè)要素(節(jié)點(diǎn)、管線和匯水區(qū))，科學(xué)計(jì)算并模擬城市地下智慧排水管理系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況。排水模型的強(qiáng)大功能還在于通過模擬一定降雨條件下城市排水的演進(jìn)情況，發(fā)現(xiàn)排水的薄弱點(diǎn)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(diǎn)，甚至積水開始時(shí)間和積水退去時(shí)間等，為各級領(lǐng)導(dǎo)制定減災(zāi)決策、快速開展搶險(xiǎn)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(shí)間。

三、應(yīng)用場景

場景1：數(shù)據(jù)分級管控，激發(fā)數(shù)據(jù)價(jià)值

智慧排水系統(tǒng)按照多級監(jiān)控中心設(shè)計(jì)。排水公司內(nèi)建立總監(jiān)控中心，各排水管理處、污水處理廠、中水處理廠內(nèi)建立二級分控中心。監(jiān)控總中心負(fù)責(zé)對整個(gè)城區(qū)排水系統(tǒng)進(jìn)行全面的監(jiān)控和管理，各二級分控中心負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)排水設(shè)施的監(jiān)控和管理。

場景2：城市運(yùn)行全周期多維分析

智慧排水系統(tǒng)支持二三維一體的可視化分析能力，實(shí)現(xiàn)宏觀、中觀、微觀、建筑單位等不同維度的分析，包括二三維緩沖區(qū)分析、疊加分析、空間拓?fù)浞治?、水質(zhì)分析、水管壓力分析、積水量分析等。

場景3：立體化多層級空間數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用

運(yùn)用GIS 二三維一體化和BIM 技術(shù)，根據(jù)視域范圍進(jìn)行多層級空間數(shù)據(jù)的調(diào)度切換，大場景下展示二維影像和三維傾斜攝影，小場景下展示建筑單體Max 模型和BIM 模型，配合全區(qū)街景和空中全景，實(shí)時(shí)視頻與傾斜攝影實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)立體式融合交互的可視化呈現(xiàn)。

四、案例總結(jié)

1.社會效益

結(jié)合國家發(fā)布的相關(guān)政策，針對排水行業(yè)突出問題，形成智慧排水系統(tǒng)主要任務(wù)。減輕、減少管線災(zāi)害事故發(fā)生的經(jīng)濟(jì)損失。提高城市排水管網(wǎng)信息現(xiàn)代化管理水平，保障城市智慧排水管理系統(tǒng)高效率，高質(zhì)量的運(yùn)轉(zhuǎn)。降低城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、管理決策的成本。為城市管線規(guī)劃、建設(shè)和管理提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)管線信息多元化應(yīng)用。為城市的優(yōu)化設(shè)計(jì)和科學(xué)決策服務(wù)。加快推進(jìn)城市排水治理體系現(xiàn)代化、不斷滿足人民群眾日益增長的美好生活需要、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)健康發(fā)展，具有重要而深遠(yuǎn)的意義。

2.經(jīng)濟(jì)效益

該平臺作為避免城市發(fā)生內(nèi)澇現(xiàn)象的有效手段，項(xiàng)目成果提升數(shù)據(jù)與技術(shù)的服務(wù)能力，為各城建局重點(diǎn)工作提供技術(shù)支撐和決策參考，產(chǎn)生了一定的間接經(jīng)濟(jì)效益。

一是降低排水管理成本。智慧排水系統(tǒng)包括了在線實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，為排水中出現(xiàn)的一些問題以及排水治理情況提供了技術(shù)支撐與保障。起到了輔助排水管理和決策的作用，降低了排水管理的成本。

二是減少同類平臺重復(fù)建設(shè)的成本，通過智慧排水系統(tǒng)整合各排水設(shè)施資源，并利用平臺模塊化開發(fā)的功能優(yōu)勢，可以為后續(xù)功能升級預(yù)留充足空間，實(shí)現(xiàn)未來功能的不斷豐富與延伸，減少了開發(fā)其他平臺的費(fèi)用。

三是降低了建設(shè)資金的投入。通過模型輔助排水系統(tǒng)的問題診斷、方案制定、工程決策等，系統(tǒng)級優(yōu)化巨額建設(shè)資金的投入，改善管網(wǎng)運(yùn)營效果，節(jié)約排水管網(wǎng)建設(shè)運(yùn)營資金投入。同時(shí)，構(gòu)建在線控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級整體在線優(yōu)化調(diào)度，大幅提高排水系統(tǒng)整體運(yùn)行的可靠性及有效性，充分挖掘管網(wǎng)及污水廠潛能，最大限度發(fā)揮設(shè)施已有能力，減少不必要或低效的建設(shè)資金投入。