积极开展智慧管线建设 助力智慧城市

孙剑

（北京灵图软件技术有限公司）

1 引言

据住房与城乡建设部城市科学研究会的统计，2012年第一批国家智慧城市90个试点所申报的重点工程项目中，涉及地下管线与空间综合管理类的项目占比约63%（见图1），这也表明大量的地方政府自发性地认识到地下管线信息化和智能化建设已迫在眉睫，智慧管线项目将成为各个城市智慧城市试点工作的核心，同时也是智慧城市建设的重要基础平台。

图1 住建部第一批智慧城市试点项目汇总

2 地下管线建设管理面临严峻挑战

2011年11月，中国城市规划协会指出：据不完全统计，全国重大地下管线事故每天平均5.6起，每年仅开挖造成经济损失2000亿元。其中2013年11月22日，中石化东黄输油管道泄漏爆炸特别重大事故死亡62人，直接损失7.5亿，举国震惊。根据第三方统计，截至2012年全国城市仅有36%进行地下管线普查，大部分没有建立良好动态更新机制、城市综合地下管线信息系统及监测预警系统。这些信息均表明当前城市地下基础设施，尤其是地下管线建设和运营情况形势严峻，已严重影响我国新型城镇化发展进度

3 地下管线建设管理问题的深度剖析

经过对多个城市的调研和不同历史阶段地下管网情况的梳理，总结出最终导致地下管线事故不断的原因，如图2所示。

在贯穿管线数据全生命周期过程中，除了因为地质灾害、防腐层腐蚀、自然老化等非人为因素之外，还主要有以下几个原因。

图2 管线数据生命周期

1）体制机制方面

这包括权属单位协调难度较大、施工流程监管不严、审批环节缺失等，使得后续跨部门协调和数据更新机制都难以建立。虽然部分城市已建了地下管线综合数据库和信息系统，但大部分都未真正实现成果共享，没有发挥应有的数据价值，而是在普查、建库结束后就静止为“僵尸”数据库和系统。2012年，据初步统计数据显示，浙江省11个市中10个市已进行地下管线普查，其中虽然有7市已向城建档案机构移交了管线的档案信息，但10市中只有1市的城建档案机构提供地下管线档案信息的对外利用和服务。

2）数据资源获取、感知、监测、信息系统方面

燃气、自来水、井盖等设施各异，难以监测和上传数据。存量管线探测，增量的竣工测量较专业，需借助专业测绘单位完成。已有的管线管理系统技术架构陈旧，无法适应机构变化和流程调整，没有兼顾移动应用、位置服务的需求。地下空间管理是典型的三维地理信息应用，传统管线管理模式用户体验较差，操作繁杂，更新模式单一。

4 优化体制机制是智慧管线的重要保障

体制机制是非常重要的原因，无论是建委的档案馆还是规划局的下属事业单位，都难以协调和统筹各类权属单位的数据资源，难以制定城市级的数据普查和探测方案、数据共享方案、数据标准和共享服务标准等。

另外，由于我国体制原因，管线规划管理由城市规划部门负责，建设的开工许可管理由城市建设部门负责，建设中挖掘城市道路的行政许可管理由市政管理部门负责，工程档案管理由城建档案部门负责。这也导致了在开挖和覆土两个核心环节监管缺失，无法有效地将系统和数据库应用在流程中，权属单位没有在开挖前查询和打印其工作区域的地图，也没有在工程结束覆土后将数据更新到综合地下管线数据库中，这使得数据共享和更新成为空谈。

在综合管线信息化管理中，要使以管线信息为核心的业务流程化，突破职能割据；以服务管线相关单位为中心，以管线信息流来组织管线相关单位的各个职能环节，并突破层级限制和部门限制的组织结构扁平化，建立上下统一的业务信息系统和中心数据库。更为专业、连贯和高效地行使具体职能，如图3所示，可在管线相关建设工程项目审批时，需要提供地下管线现状图。这就要求施工企业借助城市综合地下管线信息系统查询综合地下管线数据库，打印出图后获取工程许可证，在工程作业完毕后，需要请有测绘资质的专人来负责竣工测量和信息汇交，该步骤完成后政府才给予验收合格证等相关批文；同时，政府安排专人完成地下管线数据的更新工作。

图3 优化体制机制是智慧管线的重要保障

5 监测预警系统是智慧管线的发展重点

地下管网监控环境中，绝大部分不具备可见光，并且大量信息无法通过监视器获得，例如有害气体浓度、液体的温度等。所以配置专业化的地下管网监测设备和传感器将提高地下管网安全运营水平，为市政和权属单位提供维修或翻新的基础数据，政府和权属单位进而快速决策，对有安全隐患的管线或基础设施进行修缮或重建，降低安全风险。如图4所示，在借助各类物联网传感器的基础上，借助4G及专业的通信手段，将异构的传感信息技术发送运营中心。

6 三维GIS是智慧管线的核心基础平台

地下管线有天然的三维空间特性，黄岛事故就是因为中国石化集团没有及时获知到输油管网下面的排水沟渠的状况，才导致了后来悲剧的发生。传统的地下管线二维GIS系统难以实现上述需求，难以直观了解地下基础设施空间关系。近年来，随着专业技术和计算机技术、VR技术的发展，使得地下管线的三维可视和数字可控成为可能，逐步向着“规划标准化、建设可视化、运营自动化、管理体系化”方向发展。在整个项目规划、建设和实施过程中，均可全程采用三维建模、三维GIS的方式整合和管理数据，如图6所示。

图4 监测预警系统

图5 三维GIS是基础平台

运用三维地理信息技术，将设计图纸转化为三维模型；再通过先进的测量技术将现场环境和工程实体数据转化为实体三维模型，实现实体模型与设计模型的实时对比，及时了解建设过程中的实时信息，对整个建设阶段进行可视化的管理。一旦地下管线普查和数据采集完成后，所有的数据均要按照住建部的最新标准《城市地下管线探测技术规程》（CJJ 61-2003）进行，掌握埋深等信息，确保数据质量和规格，为后续三维GIS系统应用奠定基础。

图6 良好的运营模式

图7 智慧管线建设总体技术框架

7 运营模式是智慧管线健康发展的基础

2013年，国家倡导通过特许经营、投资补助、政府购买等方式，吸引民间资本。目前，大量的地下管网运营机构几乎全是政府下属事业单位及关联企业，政府直接对地下综合管网的运营进行管理，实现投资、建设、运营三位一体，满足社会整体利益，而没有考虑采用特许经营管理模式（BOTPPP）吸纳民营资本。由于地下管网建设、运营和投资巨大，智慧管线系统的运维涉及到民生、城市安全，因此政府仍然在其中发挥重要的作用。但其弊端明显，目前事业编制紧缺，人手不够，难以满足当前城镇化需求，大量的日常数据更新、覆土测量工作需要专业人员协助。

在这种背景下，由民间机构入股，与政府成立专业的实体。该实体获得政府授权、受政府监督，并承担地下综合管网系统的建设、运营管理工作，从而把政府部门的社会责任、规划和协调能力与民营企业资金和管理效率结合在一起。

地方政府作为地下管网建设管理问题的责任主体，应该建立相应的综合协调机构，比如智慧管线领导小组（见图6），办公室可设在建委或规划局，具体的运营机构可以设立在建委档案馆或规划局信息中心，运营机构可以引入民营资本合作，安排专人负责与不同的权属单位对接和服务工作，确保数据及时入库和更新。

8 智慧管线建设总体技术框架

通过我国地下管网建设管理现状的调研和思考，结合当前信息化和智能化的发展趋势，站在政府和各个管线权属单位角度，我们提出了的一个智慧管线的初步定义，那就是针对我国城镇化进程中地下管线及基础设施建设管理的战略需求，围绕机制体制优化，创新运营模式等核心议题，借助地理信息系统，物联网、地下综合管网基础数据库和各类应用系统等技术成果，使地下管线从规划建设、安全运营维护、应用管理、数据信息长效更新、共享服务等全生命过程都做到有章可循、有法可依、高效管理，真正实现城市地下管线信息的即时交换、共建共享、动态更新。

在具体实践和应用过程中，提炼和总结出的总体技术架构如图7所示。

管网体系结构包括：数据普查、建库，综合数据库建立，满足政府需求的综合地下管线信息系统和满足不同权属单位的专业管线信息系统。其中政府部门的用户包括规划、建设、城管、应急办等多个部门，权属单位包括供水、燃气、电信企业等。目前，各个权属单位的专业地下管线系统已开始应用多年，专业性强，不同的管线材质需要不同的传感器来感知压力、温度和各种状态。

城市综合管线数据库实现对给水、排水、燃气、电力、电信、广播电视、热力、工业管道等管线的空间坐标数据和属性数据的统一管理，数据库包含管线的走向、性质、规格、材质、埋设时间、权属单位等属性数据。

综合管线信息化管理建设首先需要将智慧管线作为一个整体加以规划建设，而不应人为地孤立和分割信息，对已分布在城市不同单位、不同类型、不同形式的地下空间资料进行整合，并通过综合管线普查或对现有资料整理来摸清综合管线的空间分布及属性信息，同时建立综合管线数据库。建立管线数据更新体制，通过综合管线信息管理系统将竣工测量数据更新到综合管线数据库中，保证综合管线信息的现时性。在现有综合管线数据库的基础上，建设智慧管线综合管理平台和共享平台，提高智慧管线管理、科学决策、以及公共基础设施突发事件监测、应急反应和指挥决策的能力。