王海濤 謝 迪

運(yùn)用地理信息系統(tǒng)（GIS）管理鋼鐵企業(yè)廠區(qū)管線的研究

王海濤 謝 迪

利用地理信息系統(tǒng)（GIS）管理鋼鐵企業(yè)廠區(qū)管線，解決以往傳統(tǒng)的手工管理方式制約鋼鐵企業(yè)高速發(fā)展的問(wèn)題。

地理信息系統(tǒng) GIS 廠區(qū)管線 企業(yè)管理

1.鋼鐵企業(yè)傳統(tǒng)管理方式對(duì)企業(yè)高速發(fā)展的制約

2000-2009年這短短的10年里，我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅猛發(fā)展，石油、化工、建筑、交通、汽車、造船等各行業(yè)都以空前的速度成長(zhǎng)，對(duì)鋼材的需求量也日益增多，鋼鐵企業(yè)規(guī)模日益擴(kuò)大，從2000年的1.28億噸猛增到2009年的5.68億噸左右。

為滿足各行各業(yè)對(duì)鋼材的需求，各鋼鐵企業(yè)的改、擴(kuò)建項(xiàng)目也隨之增加。與2000年以前的鋼鐵建設(shè)項(xiàng)目“啟動(dòng)慢、工期長(zhǎng)、投產(chǎn)緩”所不同的是，如今的鋼鐵建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)是：“項(xiàng)目啟動(dòng)迅速、建設(shè)工期短、工程投產(chǎn)快”，緊跟市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的變化，受其影響，受其制約，不再是以往計(jì)劃經(jīng)濟(jì)管理體系下的生產(chǎn)模式。

廠區(qū)管線管理工作是鋼鐵企業(yè)日常生產(chǎn)運(yùn)行、工程施工管理及指導(dǎo)、企業(yè)未來(lái)規(guī)模發(fā)展規(guī)劃的重要手段之一，但廠區(qū)管線管理模式多年來(lái)一直沿用傳統(tǒng)的手工管理模式，很難滿足當(dāng)前鋼鐵企業(yè)高速發(fā)展的需要，此種矛盾在東北、上海、武漢等老牌鋼鐵基地的改、擴(kuò)建項(xiàng)目中更為突出。

（1）工作效率低

鋼鐵企業(yè)的廠區(qū)管線管理工作仍采用上世紀(jì)80年代的管理模式，即傳統(tǒng)的手工方式管理廠區(qū)管線資料，采用人工歸檔、查詢、轉(zhuǎn)繪圖檔等手工方式進(jìn)行日常管理及查詢工作，造成查詢信息、轉(zhuǎn)繪圖檔等工作效率低，不能迅速即時(shí)地為工程設(shè)計(jì)及施工提供準(zhǔn)確有效的信息及技術(shù)支持，已跟不上鋼鐵企業(yè)高速發(fā)展的需求。

（2）信息準(zhǔn)確率低

鋼鐵企業(yè)各專業(yè)的管線種類繁多，鐵、鋼、軋等各生產(chǎn)單位各區(qū)域面積管線較為集中、繁瑣、復(fù)雜，且鋼鐵廠各生產(chǎn)單位在日常生產(chǎn)過(guò)程中，各種搶修、補(bǔ)修、改造、新建等小型的工程項(xiàng)目較多，現(xiàn)場(chǎng)管線信息變動(dòng)較快。但由于傳統(tǒng)的手工管理模式工作效率低，造成廠區(qū)管線資料管理維護(hù)手段落后，導(dǎo)致廠區(qū)管線資料的更新不能作到迅速及時(shí)，信息遺漏、老化、重復(fù)等問(wèn)題較為嚴(yán)重，給今后的改、擴(kuò)建工程提供的信息準(zhǔn)確率低，嚴(yán)重影響了工程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性與工程的施工進(jìn)度。

因此，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)管線管理的“動(dòng)態(tài)性、即時(shí)性、高效性、準(zhǔn)確性”，適應(yīng)鋼鐵企業(yè)“大型化、規(guī)?；?、智能化”的發(fā)展需求，是鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)管理和建設(shè)發(fā)展迫切需要解決的重要問(wèn)題。

2.地理信息系統(tǒng)（GIS）

2.1 地理信息系統(tǒng)的概念及構(gòu)成

地理信息系統(tǒng)（Geographical Information System，GIS）是一種決策支持系統(tǒng)，其存儲(chǔ)和處理的信息是經(jīng)過(guò)地理編碼的，地理位置及與該位置有關(guān)的地物屬性信息成為信息檢索的重要部分。在地理信息系統(tǒng)中，現(xiàn)實(shí)世界被表達(dá)成一系列的地理要素和地理現(xiàn)象，這些地理特征至少由空間位置參考信息和非位置信息兩個(gè)組成部分。

2.2 地理信息系統(tǒng)的構(gòu)成

一個(gè)完整的地理信息系統(tǒng)(GIS)主要由四個(gè)部分構(gòu)成，即計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)（或空間數(shù)據(jù)）和系統(tǒng)管理操作人員。其核心部分是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（軟件和硬件），空間數(shù)據(jù)反映地理信息系統(tǒng)的地理內(nèi)容，而管理人員和用戶則決定系統(tǒng)的工作方式和信息表示方式。

（1）計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）

計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的實(shí)際物理裝置的總稱，可以是電子的、電的、磁的、機(jī)械的、光的元件或裝置，是地理信息系統(tǒng)的物理外殼。

（2）計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)是指必需的各種程序。對(duì)于地理信息系統(tǒng)應(yīng)用而言，通常包括：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件、地理信息系統(tǒng)軟件和其他支持軟件、應(yīng)用分析程序，見(jiàn)圖2。

（3）系統(tǒng)管理操作人員

人是地理信息系統(tǒng)中的重要構(gòu)成因素，地理信息系統(tǒng)不同于一幅地圖，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)的地理模型。僅有系統(tǒng)軟硬件和數(shù)據(jù)還不能構(gòu)成完整的地理信息系統(tǒng)，需要人進(jìn)行系統(tǒng)組織、管理、維護(hù)和數(shù)據(jù)更新、系統(tǒng)擴(kuò)充完善、應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)，并靈活采用地理分析模型提取多種信息，為研究和決策服務(wù)。

（4）地理數(shù)據(jù)（或空間數(shù)據(jù)）

地理數(shù)據(jù)（或空間數(shù)據(jù)）是指以地球表面空間位置為參照的自然、社會(huì)和人文經(jīng)濟(jì)景觀數(shù)據(jù)，可以是圖形、圖像、文字、表格和數(shù)字等。它是由系統(tǒng)的建立者通過(guò)數(shù)字化儀、掃描儀、鍵盤(pán)、磁帶機(jī)或其他系統(tǒng)通訊輸入地理信息系統(tǒng)，是系統(tǒng)程序作用的對(duì)象，是地理信息系統(tǒng)所表達(dá)的現(xiàn)實(shí)世界經(jīng)過(guò)模型抽象的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容。

在地理信息系統(tǒng)中，地理數(shù)據(jù)（或空間數(shù)據(jù)）主要包括：

1）某個(gè)已知坐標(biāo)系中的位置：即幾何坐標(biāo)，標(biāo)識(shí)地理景觀在自然界或包含某個(gè)區(qū)域的地圖中的空間位置；

2）實(shí)體間的空間關(guān)系：通常包括：度量關(guān)系，如兩個(gè)地物之間的距離遠(yuǎn)近；延伸關(guān)系（或方位關(guān)系），定義了兩個(gè)地物之間的方位；拓?fù)潢P(guān)系，定義了地物之間連通、鄰接等關(guān)系，是GIS分析中最基本的關(guān)系；

3）與幾何位置無(wú)關(guān)的屬性：即通常所說(shuō)的非幾何屬性或簡(jiǎn)稱屬性，是與地理實(shí)體相聯(lián)系的地理變量或地理意義；屬性分為定性和定量的兩種，前者包括名稱、類型、特性等，后者包括數(shù)量和等級(jí)；屬性的分類系統(tǒng)、量算指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的功能有較大的影響。

2.3 地理信息系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)自產(chǎn)生以來(lái)，發(fā)展盡40年歷程。目前，地理信息系統(tǒng)正處于急劇變化與發(fā)展之中，總體上主要呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放性、虛擬現(xiàn)實(shí)、集成化、空間多維性、組件化等的發(fā)展趨勢(shì)。其中，以組件技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代地理信息系統(tǒng)在國(guó)土資源開(kāi)發(fā)利用、環(huán)境檢測(cè)和評(píng)估、經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)劃和管理、人口統(tǒng)計(jì)和調(diào)查、防災(zāi)和抗災(zāi)及各級(jí)政府決策等方面愈來(lái)愈扮演著重要的角色。

地理信息系統(tǒng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、電力、公安、社區(qū)管理、教育、能源、城市綜合管網(wǎng)等幾乎所有行業(yè)，并正在走入人們?nèi)粘５墓ぷ?、學(xué)習(xí)和生活。

3.地理信息系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用

3.1 借鑒于地理信息系統(tǒng)在市政管網(wǎng)應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)

美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的城市地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用有近30年的歷史，已形成相對(duì)完善的理論體系，積累了豐富的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，其中最重要的就是將管線數(shù)據(jù)由分散管理走向綜合集成管理：

（1）市政單位內(nèi)部將管線數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)及其他有關(guān)市政數(shù)據(jù)等整合構(gòu)成全面的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；

（2）市政行業(yè)內(nèi)部通過(guò)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行“城市規(guī)劃、輔助設(shè)計(jì)和引導(dǎo)施工”等工作；

（3）政府部門(mén)利用綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行城市的中、長(zhǎng)期規(guī)劃及日常管理工作。

我國(guó)城市地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用已有10多年的歷史，部分沿海城市已逐步擺脫了以往傳統(tǒng)的人工管理管線模式，開(kāi)始運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理模式，進(jìn)行管線空間信息和屬性信息的管理，并很成功地解決了以下以往城市建設(shè)中常見(jiàn)的、困擾市政工作者的問(wèn)題。

（1）由于地下管線現(xiàn)狀資料的缺漏和偏差造成施工時(shí)損壞地下管線，導(dǎo)致停水、停電、通訊中斷等現(xiàn)象，甚至引起災(zāi)害事故發(fā)生；

（2）由于事先缺乏地下管線現(xiàn)狀資料，新的管線設(shè)計(jì)方案不合理、不科學(xué)，工程施工無(wú)法按設(shè)計(jì)進(jìn)行，不得不反復(fù)修改設(shè)計(jì)方案，延誤工期；

（3）城市管線資料來(lái)源不明確，精度不可靠，且在傳統(tǒng)的管線資料管理模式下，圖文表格不統(tǒng)一，分類統(tǒng)計(jì)、檢索速度慢，無(wú)法為設(shè)計(jì)及施工及時(shí)快捷地提供可靠的信息。

3.2 地理信息系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)的功能需求

由于鋼鐵企業(yè)中廠區(qū)管線是鋼鐵企業(yè)的命脈，占據(jù)著極其重要的地位，因此地理信息系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)中的實(shí)施，可以以廠區(qū)管線為中心，建立專屬鋼鐵企業(yè)的廠區(qū)管線的地理信息系統(tǒng)－以地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)為核心、與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）和辦公自動(dòng)化（OA）相集成，以廠區(qū)管線為主要工作內(nèi)容，具備支持空間決策和專家系統(tǒng)綜合分析能力的地理信息管理系統(tǒng)。它通過(guò)對(duì)廠區(qū)綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一建庫(kù)，集中管理，高效存儲(chǔ)，既能支持管理者的宏觀決策輔助，又滿足廣大建設(shè)單位對(duì)綜合管線成果的需求，能廣泛服務(wù)于鋼鐵企業(yè)的各個(gè)部門(mén)。

在功能上，地理信息系統(tǒng)除了能提供最基礎(chǔ)的信息查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、繪圖等常見(jiàn)功能外，還支持綜合管線的數(shù)據(jù)管理、地圖管理及數(shù)據(jù)交換等延伸功能，該系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的具體功能需求如下：

（1）借助于地理信息系統(tǒng)強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)庫(kù)功能，可以將基礎(chǔ)地理信息、管線、管件空間信息及其復(fù)雜的屬性信息一體化，分類、分層、分塊地進(jìn)行存儲(chǔ)管理；

（2）借助于地理信息系統(tǒng)強(qiáng)大的圖形功能和數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，為管線數(shù)據(jù)的更新提供便捷的工作機(jī)制，實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新、及時(shí)更新；

（3）借助于地理信息系統(tǒng)強(qiáng)大的空間分析能力、網(wǎng)絡(luò)分析功能和其他各種模型分析功能，實(shí)現(xiàn)綜合管線的橫斷面分析、縱斷面分析、水平凈距分析和垂直凈距分析，從而協(xié)助廠區(qū)管線的規(guī)劃和輔助設(shè)計(jì)，并能指導(dǎo)管線工程的順利施工和預(yù)防性維護(hù)；

（4）通過(guò)地理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)管線的快速查找定位，并能統(tǒng)計(jì)出各類管線的屬性信息（如埋深、地面高層、材質(zhì)和權(quán)屬等），實(shí)現(xiàn)屬性信息和空間信息的雙向查詢和定位功能；

（5）借助于地理信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行功能和三維顯示功能，使鋼鐵企業(yè)的各個(gè)管理部門(mén)和管線權(quán)屬機(jī)構(gòu)，能充分實(shí)現(xiàn)管線信息的共享并進(jìn)行各自的管理 功能，如能遠(yuǎn)距離瀏覽查詢、形象直觀地觀測(cè)綜合管線的分布和相應(yīng)的空間關(guān)系等。

3.3 地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用給鋼鐵企業(yè)帶來(lái)的效益

地理信息系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用，是對(duì)以往鋼鐵企業(yè)傳統(tǒng)管理模式的一次徹底顛覆，也是對(duì)鋼鐵企業(yè)管理的一次創(chuàng)舉，以往困擾鋼鐵企業(yè)的傳統(tǒng)管理模式與現(xiàn)代化飛速建設(shè)的矛盾，在運(yùn)用地理信息系統(tǒng)后，能得到一次徹底的解決。

（1）優(yōu)化檔案管理

1）快速、便捷的查詢

鋼鐵企業(yè)的檔案管理仍采用傳統(tǒng)的人工歸檔、查詢、轉(zhuǎn)繪圖檔等手工方式進(jìn)行日常管理及查詢，此種方式，不能迅速即時(shí)地為工程設(shè)計(jì)及施工提供有效信息及技術(shù)支持，跟不上鋼鐵企業(yè)的發(fā)展速度。

采用地理信息系統(tǒng)，利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)功能，可將廠區(qū)管線信息、建構(gòu)筑物信息、鐵路道路等其它信息進(jìn)行統(tǒng)一的電子歸檔存儲(chǔ)，建立全廠管線信息圖，再利用地理信息系統(tǒng)的屬性信息查詢功能，可直接查出所需要的資料，包括管線的材質(zhì)、管徑、管深、用戶點(diǎn)、供應(yīng)點(diǎn)、設(shè)計(jì)圖紙等相關(guān)信息，再利用其輸出功能，打印繪圖或直接調(diào)檔拷貝存盤(pán)，能及時(shí)快捷地向查詢者提供詳細(xì)、準(zhǔn)確的信息，以供設(shè)計(jì)或決策使用。

查詢者只需在全廠管線圖中輕點(diǎn)鼠標(biāo)，就可找到所需的資料，完全擺脫了以往繁瑣的手功查圖，大大提高的工作效率。

2）及時(shí)、快速的更新

以往的檔案歸檔入資料庫(kù)，因手工歸檔繁瑣，完全依賴人工，工作效率不高，存在著檔案歸檔不及時(shí)，或者是歸檔資料不準(zhǔn)確，使檔案室中庫(kù)存資料與現(xiàn)狀實(shí)際情況不符，無(wú)法為今后的工程設(shè)計(jì)及施工提供準(zhǔn)確的、有效的資料。

而利用地理信息系統(tǒng)強(qiáng)大的圖形繪制功能、數(shù)據(jù)錄入功能和數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能，可使檔案管理者或設(shè)計(jì)者可通過(guò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行功能，即時(shí)快捷地更新數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新、及時(shí)更新。

（2）輔助管理者的決策

傳統(tǒng)的手工管理模式比較落后，特別是手工查詢信息、轉(zhuǎn)繪圖檔等工作效率低，不能迅速即時(shí)地為工程設(shè)計(jì)及施工提供準(zhǔn)確有效的信息及技術(shù)支持，嚴(yán)重影響了工程設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性與工程的施工進(jìn)度。而利用地理信息系統(tǒng)，可建立完善的管線報(bào)建和管理機(jī)制，其輔助設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行功能和空間分析能力，能夠?yàn)楣芾碚邔?duì)管線方案的決策提供依據(jù)，為設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)方案提供準(zhǔn)確、有效的引導(dǎo)。

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)單位、設(shè)計(jì)單位及施工單位，可將管線設(shè)計(jì)或施工方案利用地理信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行功能，上報(bào)企業(yè)管線管理部門(mén)（以往此職能單位均為企業(yè)總圖管理機(jī)構(gòu)），企業(yè)管線管理部門(mén)利用其空間分析能力、輔助設(shè)計(jì)能力等可核對(duì)上報(bào)的方案的可行性（是否與現(xiàn)有管線有所碰撞或與現(xiàn)有規(guī)劃有所沖突等），并對(duì)設(shè)計(jì)或施工進(jìn)行引導(dǎo)，保障今后施工的順利進(jìn)行。

或者，企業(yè)管線管理部門(mén)也可將企業(yè)遠(yuǎn)期規(guī)劃上傳于數(shù)據(jù)庫(kù)，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)單位、設(shè)計(jì)單位及施工單位就可以自行將方案上傳于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行方案核對(duì)，利用地理信息系統(tǒng)的碰撞分析功能，核查方案的可性行，提高工作的效率。

（3）高效的協(xié)同設(shè)計(jì)

以往的工程設(shè)計(jì)，均為單機(jī)設(shè)計(jì)，即各管線專業(yè)設(shè)計(jì)人員將各自的管線設(shè)計(jì)方案交于總圖專業(yè)進(jìn)行匯總，然后找出碰撞點(diǎn)，再各自返回進(jìn)行修改方案，然后再交于總圖專業(yè)再進(jìn)行匯總。此類工作，至少要重復(fù)兩、三次，才算完成外線設(shè)計(jì)方案，比較耗時(shí)，重復(fù)的人工也較多，嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)的效率。

利用地理信息系統(tǒng)給鋼鐵企業(yè)下屬設(shè)計(jì)部門(mén)建立統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)工作平臺(tái)，利用其強(qiáng)大的圖形繪制功能、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行功能和碰撞分析功能，各管線專業(yè)均可同時(shí)在同一平臺(tái)上進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)碰撞，及時(shí)修改方案，可大大提高工作效率，避免了以往單機(jī)設(shè)計(jì)的重復(fù)工作。

4.總結(jié)

地理信息系統(tǒng)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已有了很多優(yōu)秀的開(kāi)發(fā)商開(kāi)發(fā)了眾多的GIS軟件，比較有代表性的是美國(guó)GIS開(kāi)發(fā)商ESRI、Intergraph和MapInfo的軟件產(chǎn)品以及我國(guó)的國(guó)產(chǎn)軟件MapGIS、GeoStar和Citystar等，已廣泛應(yīng)用于各種非鋼行業(yè)，但在鋼鐵領(lǐng)域還是一片空白。

隨著鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，工程建設(shè)及日常生產(chǎn)的節(jié)奏加快，廠區(qū)管線的管理問(wèn)題，也越發(fā)顯得突出。根據(jù)地理信息系統(tǒng)在非鋼企業(yè)應(yīng)用的成功案例，特別是在市政管線行業(yè)的成功運(yùn)用，鋼鐵企業(yè)大可借鑒于市政行業(yè)運(yùn)用地理信息系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，以解決與鋼鐵企業(yè)高速發(fā)展不相協(xié)調(diào)的廠區(qū)管線的管理問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)廠區(qū)管線管理的動(dòng)態(tài)性、即時(shí)性、高效性、準(zhǔn)確性，降低管理成本、提高管理效益，為鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)管理和建設(shè)發(fā)展的提供可靠的保障的最佳途徑之一。

[1]《地理信息系統(tǒng)－原理、方法和應(yīng)用》作者：鄔倫 劉瑜等 科學(xué)出版社，2004

[2]《基于VB6.0的化工廠管線地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》作者： 馬愛(ài)潔 麻均昌等 山西省建筑科技研究院 2007

（作者單位：中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司、冶金工業(yè)規(guī)劃研究院）