（重慶燃?xì)庠O(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶400020）

基于三維GIS的燃?xì)夤芫W(wǎng)安全評(píng)估探討

易明華

（重慶燃?xì)庠O(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶400020）

城市地下管線分布廣泛，燃?xì)夤艿浪巺^(qū)域復(fù)雜異常，使得燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)存在諸多運(yùn)行方面的安全問(wèn)題。傳統(tǒng)的二維平面圖形難以描述管網(wǎng)的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)。該文探討了三維GIS系統(tǒng)的可實(shí)現(xiàn)性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行安全評(píng)價(jià)將有效提高企業(yè)安全管理的水平。

燃?xì)夤芫W(wǎng)；安全管理；GIS；安全評(píng)估；三維；預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)；管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法；模糊綜合評(píng)估法

0 前言

我國(guó)燃?xì)庑袠I(yè)已走過(guò)了1個(gè)世紀(jì)，新材料、新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝和新方法的應(yīng)用以及國(guó)家對(duì)清潔、高效能源的渴求使得燃?xì)庑袠I(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。截至2010年，我國(guó)天然氣消費(fèi)總量已達(dá)到1069億m3，天然氣管道總長(zhǎng)度（包括輸、配氣管道）達(dá)到25.6萬(wàn)km。根據(jù)全國(guó)城鎮(zhèn)燃?xì)獍l(fā)展“十二·五”規(guī)劃指標(biāo)，“十二·五”供氣總量大概要達(dá)到1782億m，較“十一·五”末增加67%；新建管道25萬(wàn)km，比“十一·五”末翻一番。但是隨著行業(yè)特別是管道天然氣的快速發(fā)展，燃?xì)獍踩鹿蕦矣邪l(fā)生。據(jù)中國(guó)城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2011年全國(guó)共發(fā)生燃?xì)馐鹿?14起，傷亡人數(shù)919人，不僅給國(guó)家和社會(huì)帶來(lái)了數(shù)十億的巨額經(jīng)濟(jì)損失，還嚴(yán)重地威脅到了公民的生命財(cái)產(chǎn)安全，也給政府主管部門(mén)、相關(guān)管理單位以及城市燃?xì)饨?jīng)營(yíng)企業(yè)造成了嚴(yán)重的社會(huì)不良影響?！案叨戎匾暟踩a(chǎn)，保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民生命的安全”是我國(guó)一貫的安全生產(chǎn)策略。為積極響應(yīng)國(guó)家《城鎮(zhèn)燃?xì)獍l(fā)展“十二五”規(guī)劃》大力拓展和科技創(chuàng)新、促進(jìn)行業(yè)發(fā)展的號(hào)召，要求必須用更先進(jìn)的技術(shù)手段對(duì)燃?xì)庑畔⑾到y(tǒng)進(jìn)行科學(xué)管理，確保燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)更加安全、高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。

1 安全管理現(xiàn)狀

燃?xì)庑袠I(yè)屬于高危行業(yè)，有著易燃、易爆、易中毒等特點(diǎn)。燃?xì)夤艿来蠖啻┬杏谑袇^(qū)人口密集的區(qū)域，管網(wǎng)的安全生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)不僅直接影響著城市發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定，也關(guān)系到千家萬(wàn)戶的生命財(cái)產(chǎn)安危。確保燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全運(yùn)行和穩(wěn)定供氣是每個(gè)燃?xì)馄髽I(yè)永恒的主題。完善企業(yè)安全管理，強(qiáng)化安全運(yùn)營(yíng)能力，對(duì)企業(yè)的發(fā)展有著重要的意義，是企業(yè)賴以生存發(fā)展的基石。為加強(qiáng)企業(yè)的安全管理水平，各燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)企業(yè)都從本質(zhì)抓起，把安全管理工作規(guī)范化、信息化、制度化、標(biāo)準(zhǔn)化。

1.1 GIS系統(tǒng)

燃?xì)夤芫W(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容，加強(qiáng)燃?xì)夤芫W(wǎng)資料的管理對(duì)城市燃?xì)庑袠I(yè)和城市安全的發(fā)展具有重大意義。隨著電子信息科學(xué)技術(shù)水平的快速提升，電子信息技術(shù)也得到全面應(yīng)用。地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的不斷成熟，為燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)范化、自動(dòng)化、科學(xué)化、數(shù)字化的管理創(chuàng)造了條件。GIS系統(tǒng)以城市地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)作為基礎(chǔ)，疊加燃?xì)夤镜娜細(xì)夤芫W(wǎng)圖，并勾連其對(duì)應(yīng)的管道及設(shè)備屬性，將這些同一空間、不同層的圖形信息和數(shù)據(jù)庫(kù)信息疊加在一起，使儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)更全面、更準(zhǔn)確、更系統(tǒng)[1]。作為智能化管理技術(shù)，GIS已被眾多燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)企業(yè)所引進(jìn)和應(yīng)用，擺脫了過(guò)去傳統(tǒng)的管理方式，改變了以往燃?xì)馄髽I(yè)紙張儲(chǔ)存量大、精度低、更新困難、查詢和檢索不便的情況。燃?xì)馄髽I(yè)運(yùn)用該系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確掌握燃?xì)廨斉渚W(wǎng)絡(luò)的狀況，一旦出現(xiàn)問(wèn)題能及時(shí)查詢和采取措施，能運(yùn)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析進(jìn)行維護(hù)和更換，并結(jié)合相應(yīng)的理論進(jìn)行決策。

1.2 安全評(píng)估

隨著燃?xì)庑袠I(yè)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化過(guò)程不斷推進(jìn)，天然氣管網(wǎng)規(guī)模在不斷擴(kuò)大，管網(wǎng)的安全管理已經(jīng)引起了全世界的廣大關(guān)注，如何有效防止輸送管道事故的發(fā)生，如何在增強(qiáng)管道運(yùn)行安全性的同時(shí)合理地利用資源獲取最大的經(jīng)濟(jì)利益，已成為世界管道運(yùn)輸界的中心話題。為了保障燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全運(yùn)行，各燃?xì)馄髽I(yè)的傳統(tǒng)做法是按照國(guó)家和行業(yè)規(guī)范設(shè)計(jì)施工，按計(jì)劃進(jìn)行巡檢，近些年來(lái)也開(kāi)始做一些管道外防腐層的檢測(cè)工作。但總體而言都屬于“事后管理”，未將企業(yè)的資源最優(yōu)化利用。

為轉(zhuǎn)變目前安全管理的被動(dòng)局面，把事故隱患解決在事故發(fā)生之前，部分燃?xì)馄髽I(yè)引入了安全評(píng)價(jià)對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)的現(xiàn)狀或近期狀況進(jìn)行評(píng)估。安全評(píng)估是以實(shí)現(xiàn)工程、系統(tǒng)安全為目的，應(yīng)用安全系統(tǒng)工程的原理和方法，對(duì)系統(tǒng)中的危險(xiǎn)因素、發(fā)生事故可能性及損失與傷害程度進(jìn)行調(diào)查研究和分析論證，從而評(píng)估總體的安全性以及為制定基本預(yù)防措施提供科學(xué)的依據(jù)。管道安全評(píng)估技術(shù)發(fā)展到今天，經(jīng)歷了定性、半定量到定量的三個(gè)發(fā)展階段，現(xiàn)在已經(jīng)有了集中比較成熟的安全評(píng)估模型，其中最完備的兩個(gè)模型為：W.Kent.Muhlbauer的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法和模糊綜合評(píng)估法。為實(shí)現(xiàn)安全技術(shù)、安全管理的標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化創(chuàng)造條件，住建部和中國(guó)燃?xì)鈪f(xié)會(huì)組織編寫(xiě)的《燃?xì)庀到y(tǒng)運(yùn)行安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)燃?xì)庀到y(tǒng)的每一個(gè)單元的安全要求作出了具體的規(guī)定，能夠大幅度提高燃?xì)馄髽I(yè)的安全管理水平和實(shí)際效果，降低事故率，減小安全風(fēng)險(xiǎn)，提示安全保障對(duì)策，優(yōu)化企業(yè)對(duì)輸配網(wǎng)絡(luò)的安全管理，降低事故率和安全成本，可以作為燃?xì)馄髽I(yè)的日常安全管理工具。

2 基于三維GIS的安全評(píng)估系統(tǒng)的建立

燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的安全評(píng)估是綜合考慮輸配管網(wǎng)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行過(guò)程中的自身屬性、環(huán)境參數(shù)等各個(gè)方面的情況，對(duì)輸配管網(wǎng)的安全性進(jìn)行評(píng)估。安全評(píng)估的難點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)失效可能性和后果嚴(yán)重程度的定量評(píng)價(jià)，建立基于三維GIS系統(tǒng)的定量安全評(píng)價(jià)，需要在現(xiàn)有二維GIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上豐富、優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，并與之建立數(shù)據(jù)接口，調(diào)用GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行管網(wǎng)安全評(píng)估，并將評(píng)價(jià)結(jié)果在GIS系統(tǒng)中表征，顯示安全經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)值、安全等級(jí)、危險(xiǎn)范圍、主要危險(xiǎn)因素、安全對(duì)策等。

2.1 三維GIS系統(tǒng)的建立

目前眾多燃?xì)釭IS系統(tǒng)在運(yùn)行使用，但是由于其開(kāi)發(fā)者多為信息公司，缺乏燃?xì)庑袠I(yè)的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，使得GIS系統(tǒng)實(shí)際使用中顯得力不從心。而且隨著社會(huì)的進(jìn)步和人類的發(fā)展，城市規(guī)模不斷增大、城市功能不斷增強(qiáng)，傳統(tǒng)的二維GIS已逐漸暴露出不適性，不能滿足日益增長(zhǎng)的需求。

腐蝕和第三方破壞是燃?xì)夤艿朗У闹饕?，腐蝕與土壤理化性質(zhì)聯(lián)系緊密，第三方破壞大多是由于施工單位對(duì)地下管線分布不清楚造成的。因此對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行安全評(píng)估，掌握全面準(zhǔn)確的管網(wǎng)地理信息至關(guān)重要。現(xiàn)有GIS系統(tǒng)僅包含燃?xì)夤芫W(wǎng)本身點(diǎn)（指定設(shè)施或地點(diǎn)）、線（管道、管線）、面（管網(wǎng)或區(qū)域）的數(shù)據(jù)庫(kù)，并沒(méi)有將空間信息作為一個(gè)整體加以研究。而我們需要的是能夠支持真三維、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)體系。城市地下三維數(shù)據(jù)所涉及的信息眾多且來(lái)源廣泛，包括4類：地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)；管網(wǎng)勘察數(shù)據(jù)；地下水系勘察數(shù)據(jù)；工程相關(guān)數(shù)據(jù)。上述數(shù)據(jù)是典型的空間數(shù)據(jù)，其屬性與位置相關(guān)且在三維方向上發(fā)生變化。三維GIS系統(tǒng)城市地下空間數(shù)據(jù)庫(kù)以地質(zhì)和管網(wǎng)數(shù)據(jù)為其核心部分，各類數(shù)據(jù)庫(kù)又包括了圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)兩大類。三維GIS系統(tǒng)的建立，就是利用已有工程勘探建設(shè)資料，將地鐵、地下街、地下管線等構(gòu)筑物信息在計(jì)算機(jī)里實(shí)現(xiàn)幾何建模并可視化顯示所進(jìn)行分析的過(guò)程[2]。要滿足三維GIS各種實(shí)時(shí)應(yīng)用(包括地理協(xié)同操作)的需要，一方面要對(duì)多種類型、多種尺度的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行精心的組織，以提供高效的數(shù)據(jù)檢索機(jī)制，同時(shí)，還需要優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)有的各種數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，以提供快速的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)存取服務(wù)。

城市燃?xì)夤芫W(wǎng)失效的后果嚴(yán)重程度與失效所處地域有重要聯(lián)系。據(jù)研究，街道兩側(cè)建筑物對(duì)埋地天然氣管道泄漏擴(kuò)散的濃度分布和變化具有很強(qiáng)的影響，泄漏時(shí)的射流軸線會(huì)偏向埋地管道一側(cè)的建筑物，該側(cè)建筑物離地5m的范圍內(nèi)天然氣濃度大于15%，且緊貼靠近泄漏口的建筑物壁面向上擴(kuò)散，若從開(kāi)啟的門(mén)窗進(jìn)入到居民住宅內(nèi)，可能造成室內(nèi)爆炸，具有很大的安全隱患。因此，評(píng)估管道泄漏造成的危害，需要調(diào)查管道經(jīng)過(guò)區(qū)域的建筑物類型與間距、人口密度、經(jīng)濟(jì)密度等。目前的GIS系統(tǒng)均未建立該項(xiàng)數(shù)據(jù)庫(kù)，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外很多城市都在努力探索和積極實(shí)現(xiàn)數(shù)字城市。高分辨率對(duì)地觀測(cè)技術(shù)、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和遙感科學(xué)與技術(shù)極大地提高了地理信息獲取和更新的能力；分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和共享技術(shù)的發(fā)展，極大地提高了信息存儲(chǔ)和管理能力；虛擬仿真技術(shù)的成熟，促進(jìn)了信息應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的變革。這些先進(jìn)的技術(shù)都將見(jiàn)證三維管網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)。

由于城市地下管線種類繁多、分布廣泛，管道所處區(qū)域復(fù)雜異常，各類數(shù)據(jù)的整合與更新將需要政府相關(guān)職能部門(mén)與企業(yè)的協(xié)調(diào)與互動(dòng)，三維GIS需要利用國(guó)家共用數(shù)據(jù)通訊平臺(tái)，建成一個(gè)集城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和服務(wù)于一體的智能化信息系統(tǒng)，為國(guó)家各級(jí)行政主管部門(mén)、企業(yè)、公眾提供及時(shí)、準(zhǔn)確、有效和權(quán)威的信息服務(wù)。

2.2 安全評(píng)估模型的建立

由于當(dāng)前燃?xì)馐聵I(yè)發(fā)展迅速，大中型城市天然氣的管道發(fā)展歷時(shí)長(zhǎng)，管道危險(xiǎn)程度存在著巨大的差別?，F(xiàn)有的安全評(píng)估模型并不具有通適性，需根據(jù)城市規(guī)模、管材種類、燃?xì)夥N類、地理區(qū)位、地形地貌、管道系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間等幾方面因素建立具有自適性的安全評(píng)估模型。

城市燃?xì)夤芫W(wǎng)安全評(píng)價(jià)體系如圖1所示。本文以層次分析法和模糊綜合評(píng)判建立管道安全評(píng)價(jià)模型，該模型包含數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算分析兩大核心部分[4]。數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)儲(chǔ)存安全評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括安全管理數(shù)據(jù)庫(kù)、管網(wǎng)屬性及其環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)、管道失效與事故數(shù)據(jù)庫(kù)和風(fēng)險(xiǎn)控制數(shù)據(jù)庫(kù)，其中管網(wǎng)屬性及其環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)接口于三維GIS系統(tǒng)；計(jì)算分析是綜合考慮特定管段的情況，評(píng)估其失效概率、危害事件概率與事故后果并得到安全評(píng)估終值，采用風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的反向算法，尋找對(duì)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)最大的因素，最后制定風(fēng)險(xiǎn)減緩措施以供搶險(xiǎn)人員參考。

圖1 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)安全評(píng)價(jià)體系[3]

3 結(jié)語(yǔ)

三維GIS系統(tǒng)綜合了地下管線及地面環(huán)境等數(shù)據(jù)信息，真實(shí)地反映了三維空間地物的分布情況。該系統(tǒng)的應(yīng)用以虛擬場(chǎng)景的方式直觀準(zhǔn)確地呈現(xiàn)管網(wǎng)的空間分布和工作狀態(tài)，為管理部門(mén)自動(dòng)化管理提供技術(shù)支持。該系統(tǒng)可通過(guò)信息共享機(jī)制為政府管理部門(mén)、市政相關(guān)設(shè)計(jì)與施工單位反復(fù)聯(lián)機(jī)查詢，避免盲目施工，杜絕事故，節(jié)省大量人力、物力，能有效地提高工程建設(shè)速度和企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益。

基于GIS的燃?xì)夤芫W(wǎng)安全評(píng)估，借助三維GIS的理論和方法，在三維虛擬場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)可視化、動(dòng)態(tài)化管理。借助遙感影像、GPS等技術(shù)實(shí)時(shí)更新及城市建設(shè)各部門(mén)及企業(yè)間的資源共享，保證資料始終處于完整和最新階段。在此系統(tǒng)上建立適用于燃?xì)馄髽I(yè)的安全評(píng)估系統(tǒng)，評(píng)價(jià)不斷變化的管道系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)因素，在GIS系統(tǒng)中表征管道安全等級(jí)，均衡安排在役燃?xì)夤芫W(wǎng)中嚴(yán)重腐蝕管段的年度大修計(jì)劃。通過(guò)安全評(píng)估使安全管理由被動(dòng)變主動(dòng)，由局部維護(hù)變整體預(yù)控、事先預(yù)控，由抵擋風(fēng)險(xiǎn)變預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)、削減風(fēng)險(xiǎn)，能有效提高企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益，并推動(dòng)城市的安全建設(shè)。

城市燃?xì)獾陌踩芾黻P(guān)系到城市及社會(huì)的發(fā)展，系統(tǒng)的安全運(yùn)行受到政府和社會(huì)的日益關(guān)注。鑒于目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)燃?xì)馄髽I(yè)的輸配管網(wǎng)安全檢查、維護(hù)管理工作尚未進(jìn)入到信息化階段，研究基于三維GIS的燃?xì)夤芫W(wǎng)安全評(píng)估對(duì)于燃?xì)饨?jīng)營(yíng)企業(yè)是必要的和急需的，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1]陳晟，朱慶.三維城市地質(zhì)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)[J].鐵道勘察，2005（1）：56-59.

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責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Discussion on Security Assessment of Three-dimensional GIS-based Gas Pipeline Net

The widely applied underground pipelines and complex geographical conditions cause many security hazards in gas transmission and distribution system.The conventional two-dimensional figure can hardly demonstrate the complicated special structure of pipeline net.This paper discusses the feasibility of GIS system and its security is assessed in hope of enhancing security management level of the enterprise.

gas pipeline net;security management;GIS;security management;three-dimensional;risk forecast;assessment method for pipeline risk; comprehensive vague assessment method

TU996.9

A

1671-9107（2014）07-0058-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.07.058

2014-02-25

易明華（1967-），女，重慶人，本科，高級(jí)工程師，主要從事城市燃?xì)廨斉涔こ痰囊?guī)劃、設(shè)計(jì)工作。