基于空間位置的管網(wǎng)信息化管理

李 琰

（濟南水務(wù)集團有限責(zé)任公司，山東 濟南，250012）

1 實施的背景

（1）近年來隨著城市的快速發(fā)展、建設(shè)規(guī)模的擴大，供水管網(wǎng)不斷延伸，濟南市區(qū)域內(nèi)已經(jīng)逐步形成了大規(guī)模的地下供水管網(wǎng)分布，目前供水服務(wù)面積超過200平方公里，供水管網(wǎng)長度2100余公里。供水管網(wǎng)是一個縱橫交錯的巨大網(wǎng)絡(luò)，具有十分復(fù)雜的空間和非空間屬性。

（2）各種管網(wǎng)檔案、圖紙殘缺不全，部分資料只存在一些有經(jīng)驗的技術(shù)人員的頭腦里，給日常的生產(chǎn)、管理帶來了極大的不便：自來水輸配調(diào)度缺乏依據(jù)；遇到緊急情況時無法及時得到有關(guān)信息并采取相應(yīng)措施；管網(wǎng)設(shè)計很難優(yōu)化；施工中誤挖、誤傷地下管線從而導(dǎo)致停水等事故的例子屢見不鮮，不但造成了大量的水量流失，也影響到企業(yè)的對外服務(wù)形象[1-3]。

基于以上因素，濟南水業(yè)集團有必要建立起管網(wǎng)信息化管理體系，使管網(wǎng)管理由經(jīng)驗型管理向科學(xué)型管理轉(zhuǎn)變,節(jié)約資源,提高效率,改善服務(wù)[4-6]。

2 管網(wǎng)信息化管理的特點

濟南水業(yè)集團設(shè)計的基于空間位置的管網(wǎng)信息化管理體系是運用空間信息技術(shù)，以濟南市地形圖為基礎(chǔ)，以全市供水管網(wǎng)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)為核心，建設(shè)一個集管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、管理和分析于一體的GIS應(yīng)用軟件（以下稱供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)）。

（1）引入空間位置概念（坐標(biāo)）和管網(wǎng)附屬設(shè)施聯(lián)通關(guān)系概念，全面梳理供水管網(wǎng)，構(gòu)建完整的管網(wǎng)信息并進行科學(xué)的管理。

（2）基于相關(guān)資料對管網(wǎng)進行老化評價，為城市供水管網(wǎng)改造、加強城市供水管網(wǎng)漏損控制等工作提供依據(jù)，切實提高供水效率，保障供水安全。

（3）利用各類管件的空間位置以及相互間的連接關(guān)系，為突發(fā)事故處理、現(xiàn)場施工決策、用戶服務(wù)等提供快速、科學(xué)的指導(dǎo)。

（4）引入營銷數(shù)據(jù)，實時統(tǒng)計指定區(qū)域內(nèi)的漏失率，以便對重點區(qū)域進行分析，查找原因，及時采取措施降低供水產(chǎn)銷差率。

3 實施方案

濟南水業(yè)集團參考相關(guān)供水企業(yè)管網(wǎng)信息化管理經(jīng)驗，結(jié)合企業(yè)自身特點，通過建立一個完整、準(zhǔn)確體現(xiàn)管網(wǎng)運行現(xiàn)狀的地理信息系統(tǒng)構(gòu)建起基于空間位置的管網(wǎng)信息化管理體系。系統(tǒng)主要功能如圖1所示。

主要功能的實施過程如下：

3.1 構(gòu)建全面完整的管網(wǎng)信息，進行管網(wǎng)信息化管理

3.1.1 采集管網(wǎng)數(shù)據(jù)

通過管網(wǎng)普查，完成全市供水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集。

（1）選擇普查數(shù)據(jù)坐標(biāo)系。在管網(wǎng)普查中選擇和濟南市的城市建設(shè)系統(tǒng)一體的坐標(biāo)系—濟南獨立坐標(biāo)系，由此取得的探測成果在整個城市的規(guī)劃、設(shè)計、施工中將不會孤立，便于和整個城市建設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享共通。

（2）引入兩家國內(nèi)先進水平的管網(wǎng)外業(yè)探測單位，對測區(qū)內(nèi)的管網(wǎng)進行普查，查清管線的埋深、管徑、高程、平面坐標(biāo)、附屬物屬性、起訖、走向、連接關(guān)系、材質(zhì)、鋪設(shè)年代、內(nèi)部介質(zhì)分類即原輸水等，并對管線及管配件和附屬設(shè)施等關(guān)鍵點以絕對坐標(biāo)定位。

（3）在采集普通數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，專項對測區(qū)內(nèi)的水表、閥門、消防栓等管網(wǎng)附屬設(shè)施采集現(xiàn)場照片，另外關(guān)聯(lián)水表的給水號，便于與營銷數(shù)據(jù)相結(jié)合。

3.1.2 開發(fā)、建立管網(wǎng)信息化管理系統(tǒng)。

（1）引入專業(yè)開發(fā)商，由濟南水業(yè)集團作為課題的主申辦方，并提供城市供水管網(wǎng)管理技術(shù)的實驗和實踐平臺，雙方合作，成立項目組，研發(fā)穩(wěn)定可靠的供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，作為管網(wǎng)信息化管理的平臺。

（2）系統(tǒng)建設(shè)是以MAPGIS為基礎(chǔ)信息平臺，以濟南市1：500地形圖為背景，以供水管網(wǎng)的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)為核心，在結(jié)合濟南水業(yè)集團日常業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出適合企業(yè)實際需要的供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)以下管理功能：實現(xiàn)管網(wǎng)基礎(chǔ)資料的動態(tài)管理。系統(tǒng)不但能夠管理轉(zhuǎn)換后的管網(wǎng)資料，而且能夠方便地將新建或改造工程的管網(wǎng)資料添加到管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)管網(wǎng)數(shù)據(jù)的同步更新，同時保證管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的拓?fù)渫暾?，屬性?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；實現(xiàn)從取水口、水廠到用戶的供水管網(wǎng)相關(guān)資料的統(tǒng)一管理，如：取水口、水廠、水表、閥門等資料，測壓點實時數(shù)據(jù)以及管道施工和維修資料等；提供管網(wǎng)及相關(guān)資料的查詢、統(tǒng)計以及各種輸出等管理功能；實現(xiàn)管網(wǎng)分析，包括事故關(guān)閥處理，發(fā)生火災(zāi)時消防栓的搜索。在因特網(wǎng)上或局域網(wǎng)實現(xiàn)管網(wǎng)信息的發(fā)布，提高用戶服務(wù)水平，提升企業(yè)的形象；全面實現(xiàn)供水管網(wǎng)信息自動化，涵蓋公司各相關(guān)部門的業(yè)務(wù)職能，實現(xiàn)部門之間信息共享和信息交換。

3.1.3 數(shù)據(jù)處理

普查完成后，組織和處理在勘測部門購買的市區(qū)地形圖以及測區(qū)內(nèi)所有管網(wǎng)資料，建立地形圖庫和管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，并籍此搭建穩(wěn)定可靠的供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)，構(gòu)建全面完整的管網(wǎng)信息。

3.2 建立管網(wǎng)老化評價機制，構(gòu)建安全的管網(wǎng)運營機制

在地理信息系統(tǒng)的建立過程中，采取了以下解決方法：

3.2.1 添加安裝年代及施工信息

在系統(tǒng)中將各類管件的安裝日期，以及施工掩埋情況，埋設(shè)方式等屬性信息進行添加。

3.2.2 明確使用年限

使用年限是指設(shè)計單位在對管線敷設(shè)所在地理環(huán)境綜合調(diào)查后，結(jié)合所用管件材質(zhì)對所設(shè)計工程中的管件設(shè)施的合理使用年限進行評估的結(jié)果。在達到設(shè)計使用年限后，經(jīng)相關(guān)部門檢查，可以根據(jù)管件實際情況，適當(dāng)延長服役年限。在系統(tǒng)中將每類管件的使用年限進行標(biāo)識。

3.2.3 指定最大維修值

該數(shù)值是各類管件在日常維護中所能承受的最多維修次數(shù)，最大維修值決定管件的使用壽命，維修次數(shù)達到最大值后，需要視管件現(xiàn)狀提請管件的更換，避免事故的發(fā)生，防患于未然，以保障供水管網(wǎng)的正常運行。在系統(tǒng)中將每類管件的最大維修值進行標(biāo)識。

3.2.4 老化檢查

使用年限老化率=（使用年限/（設(shè)計使用年限+延長服役年限））*100%

維修老化率=（維修次數(shù)/最大維修值）*100%

管件老化檢查=使用年限老化率+維修老化率

（1）管件老化檢查<30%：管網(wǎng)老化微弱，事故發(fā)生幾率低，正常使用。

（2）30%<管件老化檢查<80%：中度老化，正常維護。

（3）管件老化檢查>80%：事故發(fā)生幾率高，提請相關(guān)部門檢測界定以確定是否需要進行更換或改造。

3.3 引入營銷數(shù)據(jù)實現(xiàn)區(qū)域計量，為降低供水產(chǎn)銷差率提供決策依據(jù)

利用地理信息系統(tǒng)實現(xiàn)區(qū)域計量，計算、分析區(qū)域產(chǎn)銷差方案：

3.3.1 精確計量區(qū)域或小區(qū)進、出水量

在各個區(qū)域的進出水管道上安裝計量設(shè)備，通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備或人工抄表將水量反饋到營銷系統(tǒng)中。

由抄表員將區(qū)域內(nèi)總表月用水量、戶表月用水量等信息反饋到營銷系統(tǒng)中。

3.3.2 確定管網(wǎng)的分布情況以及流量計、用戶水表的位置分布。利用空間信息技術(shù)中的拓?fù)潢P(guān)系，把計量設(shè)備、用戶水表以及其它管點連通起來，模擬現(xiàn)實管網(wǎng)中的水流方向以及一個區(qū)域/小區(qū)內(nèi)的管網(wǎng)連通關(guān)系。

3.3.3 建立水量數(shù)據(jù)信息與水表位置連接關(guān)系，讀取抄表數(shù)據(jù)。營銷系統(tǒng)中水表的抄表信息記錄結(jié)構(gòu)為：給水號（給水號唯一）、戶名、地址、口徑、水費單價、抄量等；地理信息系統(tǒng)中水表的位置信息記錄結(jié)構(gòu)為：編號、外業(yè)點號（外業(yè)點號唯一）、坐標(biāo)、口徑等；抄表信息與空間位置的結(jié)合以“給水號”與“外業(yè)點號”的對應(yīng)關(guān)系為依據(jù)，即“給水號”對應(yīng)的用戶在管網(wǎng)圖上是由“外業(yè)點號”相應(yīng)的點位符號表示。

數(shù)據(jù)讀取是通過管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)針對營銷系統(tǒng)開發(fā)的接口來進行。讀取模式是申請式讀取，系統(tǒng)可以單個或者批量讀取水量信息。

3.3.4 實現(xiàn)產(chǎn)銷差計算及分析。管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)讀取區(qū)域或小區(qū)進、出水量及用戶用水量之后，利用空間拓?fù)潢P(guān)系，確定計量設(shè)備與用戶水表的空間從屬關(guān)系，并根據(jù)實際情況劃定出區(qū)域水量考核的范圍，對劃定范圍內(nèi)的水量進行分類統(tǒng)計，進而計算供水產(chǎn)銷差，具體算法如下：

區(qū)域/小區(qū)月供水量=區(qū)域/小區(qū)月總進水量-區(qū)域/小區(qū)月總出水量

區(qū)域/小區(qū)月用水量=區(qū)域/小區(qū)總表月用水量+區(qū)域/小區(qū)戶表月用水量

區(qū)域/小區(qū)月產(chǎn)銷差率=（區(qū)域/小區(qū)月供水量-區(qū)域/小區(qū)月用水量）÷區(qū)域/小區(qū)月供水量×100%

區(qū)域計量示意圖如圖2所示。

我們將產(chǎn)銷差率超過既定值的區(qū)域作為重點考核區(qū)域，進行分析，查找漏失原因并采取措施以降低區(qū)域產(chǎn)銷差率，從而為水業(yè)集團降低總產(chǎn)銷差率。

3.4 加快突發(fā)事故的處理，減少水資源損失，提升服務(wù)形象

地理信息系統(tǒng)中對突發(fā)事故的處理解決方案：

3.4.1 確定閥門、水表以及其它管點的連通關(guān)系。利用空間信息技術(shù)中的拓?fù)潢P(guān)系，把閥門、水表以及其它管點連通起來模擬現(xiàn)實管網(wǎng)中閥門、水表的從屬關(guān)系以及管網(wǎng)的連通關(guān)系。

3.4.2.記錄閥門的運行狀態(tài)。突發(fā)事故的處理需要調(diào)用閥門信息，閥門是否正常服役關(guān)系到關(guān)閥方案的制定以及現(xiàn)場搶修的效率，將系統(tǒng)中所有閥門的啟閉狀態(tài)進行正確的統(tǒng)計和標(biāo)注。

3.4.3 明確水源與水流的方向，確定關(guān)閥方案。水源和水池的空間位置和與其他管件的連接關(guān)系決定著管網(wǎng)中水流的方向。在實施精確關(guān)閥中，首先確定水流方向，通過水流的方向，只需要關(guān)閉爆管點上游的閥門即可，這樣減少了工作量，又提高了工作效率。

3.4.4 啟用二次關(guān)閥，打印閥門啟閉通知單。在正常的搶修時，遇到管網(wǎng)復(fù)雜、須關(guān)閥門失靈的情況下，利用二次關(guān)閥模型，設(shè)置失靈閥門，擴大關(guān)閥，搜索失靈閥門上一級需關(guān)閉的閥門，同時搜索出與停水有關(guān)的其它管網(wǎng)設(shè)備。然后設(shè)置好閥門啟閉通知單模版，套打閥門啟閉通知單，用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

3.4.5 統(tǒng)計受影響的用戶，打印用戶停水通知單。經(jīng)歷關(guān)閥或二次關(guān)閥后，系統(tǒng)根據(jù)需求查看受影響的用戶信息，查找停水管網(wǎng)范圍，設(shè)置用戶停水通知單模版，套打用戶停水通知單，以便及時通知用戶停水信息，閥門失靈處理程序如圖3所示。

4 實施效果

以地理信息系統(tǒng)為平臺的基于空間位置的管網(wǎng)信息化管理實施以來產(chǎn)生了顯著成效，主要表現(xiàn)在以下兩個方面。

4.1 經(jīng)濟效益

（1）徹底甩掉了手工作業(yè)，加快了業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)速度，大大提高企業(yè)的工作效率，降低了人工成本，減少了資金投入。

（2）理清管網(wǎng)資產(chǎn)，詳實的管網(wǎng)數(shù)據(jù)防止了資產(chǎn)賬目流失。系統(tǒng)建立前，財務(wù)部門通過建立卡片對管網(wǎng)資產(chǎn)進行管理，由于多種原因造成部分在線使用的管道未建立卡片，故無法計入管網(wǎng)資產(chǎn)賬中。通過建立地理信息系統(tǒng)，查找到多處未列入資產(chǎn)中的供水管道，補充了管網(wǎng)資產(chǎn)賬目，2007年底，水業(yè)集團對管網(wǎng)長度的估測為1600公里，2008年底利用地理信息系統(tǒng)統(tǒng)計管網(wǎng)長度為2100公里，去掉本年度管網(wǎng)更新的數(shù)據(jù)，估計增加管網(wǎng)資產(chǎn)約2000萬元。

（3）縮短搶修時間，減少因爆管維修造成的水量損失。系統(tǒng)能準(zhǔn)確及時迅速地對供水管網(wǎng)的突發(fā)事故作出反應(yīng)。充分利用供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，提高了供水管網(wǎng)搶修的反應(yīng)速度，對出現(xiàn)的管網(wǎng)爆管事故，做到了快速止水，及時搶修，減少了水資源的浪費。

（4）有效降低漏失率。在系統(tǒng)的幫助下，通過管道老化評價以及區(qū)域產(chǎn)銷差計算和分析，可以及時采取措施降低漏失率，減少供水成本，節(jié)約水資源。

4.2 社會效益

（1）地理信息系統(tǒng)的建成，為濟南市供水管網(wǎng)的管理搭建了一個很好的數(shù)字化平臺，實現(xiàn)了供水管網(wǎng)精細(xì)化管理，一旦出現(xiàn)管網(wǎng)事故，系統(tǒng)將快速做出決策，不僅提高了供水連續(xù)性，也提升了服務(wù)品質(zhì)。

（2）通過地理信息系統(tǒng)，可以使?jié)鲜械墓┧芫€一目了然，從而為整個城市的供水管網(wǎng)規(guī)劃提供整體思路，為優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)計提供依據(jù)，保障了市民安全用水。

（3）以地理信息系統(tǒng)為平臺的基于空間位置的供水管網(wǎng)信息化管理體系，具有很高的推廣價值，值得同行業(yè)水司借鑒。

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