陳慧麗+趙昊楠

摘 要：燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組主要為城市電廠，占地面積較小，各種管網(wǎng)設計較復雜。由于管網(wǎng)設計的要求均為地下布置，以減少占地，因此城市電廠地下綜合管網(wǎng)的管理和維護比較復雜，而通過綜合管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的應用使布置于地下的綜合管網(wǎng)實現(xiàn)可視化，管理可控化，保證地下設備出現(xiàn)問題時可及時處理和防護。

關鍵詞：綜合管網(wǎng)；地理信息；探測；數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TP311；TU990.0 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）06-00-06

0 引 言

隨著近年我國電力工業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展，新建火力發(fā)電廠單元機組容量和參數(shù)不斷提高。單元機組的熱力系統(tǒng)日趨龐大和復雜。管網(wǎng)是一個縱橫交錯的巨大網(wǎng)絡，具有復雜的空間和非空間屬性，管網(wǎng)圖紙和設備資料繁多。在傳統(tǒng)工作方式中，由于各種原因，圖檔的更新和歸檔無法做到迅速及時；屬性數(shù)據(jù)的采集、存儲亦不能跟上發(fā)展的需要；數(shù)據(jù)無法綜合利用，導致調度、指揮、決策缺乏科學、及時、有效的支持?；谏鲜鲈颍瑢χ荚谔岣吖芾怼Q策、服務水平，創(chuàng)造良好經(jīng)濟效益和社會效益的電力企業(yè)而言，綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)的建設勢在必行。

目前電力企業(yè)對綜合管網(wǎng)的信息化管理水平普遍較低，但這也為綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)建設帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。正是基于這一點，電力企業(yè)才可更加方便地在建設綜合管網(wǎng)基建工程的同時，同步進行綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)建設，確保數(shù)據(jù)具有高精度、全覆蓋等特點，同時還可避免今后再度進行綜合管網(wǎng)普查，可有效節(jié)省資金投入。建立綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)能夠對電廠綜合管網(wǎng)資源進行統(tǒng)一配置，實現(xiàn)最優(yōu)的生產(chǎn)調度管理與綜合管網(wǎng)資產(chǎn)的瀏覽、查詢、維護，具有實時性、可靠性、先進性、安全性、經(jīng)濟性、操作簡便易用等特點，有利于工作人員及時了解綜合管網(wǎng)的情況并做出相應的控制和管理。利用GIS技術構建高效、合理、實用的管網(wǎng)信息系統(tǒng)，增強對管網(wǎng)的運營和監(jiān)管能力已成為電力企業(yè)發(fā)展的必然選擇。

1 京西熱電綜合管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)介紹

1.1 機組及綜合管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)介紹

北京京西燃氣熱電有限公司（以下簡稱京西公司）工程建設3臺9F（350 MW級）燃氣輪機組成的燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組，采用1套“二拖一”+ 1套“一拖一”聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機組。單元機組容量大，熱力管網(wǎng)系統(tǒng)復雜。龐大而復雜的管網(wǎng)系統(tǒng)對電廠建設設計和運行維護都提出了較高的要求。

綜合管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)是以計算機網(wǎng)絡為載體，利用地理信息系統(tǒng)實現(xiàn)地下供水管線及其附屬設施空間和屬性信息的輸入、編輯、存儲、查詢統(tǒng)計、維護更新和輸出的計算機管理技術系統(tǒng)，為電力企業(yè)規(guī)劃、建設和管理提供技術決策支持。本項目利用三維數(shù)字電廠系統(tǒng)的檔案管理、視圖注釋等功能可以繼續(xù)強化設計院三維設計的優(yōu)勢，將平面設計的內容轉化為三維立體，更加人性化且便于操作，同時還可把三維設計的副產(chǎn)品變成一個數(shù)字化工廠，創(chuàng)造直接的效益增長點。運用本系統(tǒng)可完成電廠在計算機環(huán)境下的重現(xiàn)，其建設期與運行期的數(shù)據(jù)維護、檔案管理、人員培訓、檢修計劃的制訂等均可在本系統(tǒng)中實現(xiàn)，極大地提高了管理效益和管理水平。

京西燃氣熱電廠地下管線地理信息是集中利用GIS技術、WebGIS技術、地理數(shù)據(jù)庫等新興技術，基于面向服務的SOA松耦合構架建立的綜合管網(wǎng)一體化解決方案。通過本項目的實施，能降低各類管網(wǎng)的管理成本，加快巡檢維修養(yǎng)護工作的處理速度，提高電廠的信息化水平。

1.2 系統(tǒng)設計

1.2.1 體系構架

系統(tǒng)采用面向服務的體系架構（Service Oriented Architecture，SOA）進行建設。系統(tǒng)各管網(wǎng)業(yè)務功能以“服務”形式提供給不同的業(yè)務應用，各功能之間相互獨立，以“松耦合”協(xié)議機制進行組合?；诠芫W(wǎng)信息服務建立的豐富的應用功能模塊可提供應用搭建和業(yè)務協(xié)同機制，支持用戶對應用模型進行定義，并可靈活配置、擴展系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與功能共享。

采用層次化體系結構進行建設，系統(tǒng)體系結構如圖1所示。

（1）軟硬件基礎

主要包括系統(tǒng)建設所需的軟硬件設備，是系統(tǒng)建設的基礎，包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、MapGIS K9平臺、安全防護軟件及VPN、無線網(wǎng)、服務器等軟硬件設施。

（2）管網(wǎng)信息服務

管網(wǎng)數(shù)據(jù)中心主要承擔了數(shù)據(jù)資源的配置、管理與維護，通過元數(shù)據(jù)管理實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分類與定制，通過功能倉庫對功能單元集中管理，為業(yè)務應用提供可配置式搭建平臺。不僅解決了多源異構數(shù)據(jù)的處理難題，還可以充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)資源，減少浪費。以管網(wǎng)數(shù)據(jù)中心為基礎，管網(wǎng)信息服務可提供符合Web Service和Web2.0的標準。提供符合W3C標準（提供WSDL接口描述）的Web服務接口，如地理信息服務、管網(wǎng)業(yè)務信息服務、服務管理、運維管理等，為不同的管網(wǎng)業(yè)務功能模塊建設提供豐富的服務資源和實現(xiàn)手段。

（3）搭建配置式開發(fā)平臺

搭建平臺系統(tǒng)通過各基礎模塊（功能模塊、頁面模塊、流程模塊）組成最基本的服務模塊，作為最底層的支持，進而完成各子功能的封裝，由子功能的疊加使用形成各業(yè)務線，并最終形成功能完整的業(yè)務系統(tǒng)。

（4）系統(tǒng)應用

以管網(wǎng)信息服務為基礎搭建配置豐富的綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)，為綜合管網(wǎng)管理單位創(chuàng)造管網(wǎng)信息的信息化管理平臺。

（5）組織領導與運營機制

管網(wǎng)管理單位組建信息化管理中心，通過系統(tǒng)的運行，歸納總結真正適合綜合管網(wǎng)管理單位的運營管理機制。

（6）標準規(guī)范體系與安全保障體系

以國家和行業(yè)標準規(guī)范為基礎，結合管網(wǎng)管理單位實際的管理規(guī)范、運營機制，制定一套符合管網(wǎng)管理單位運行的標準規(guī)范體系和安全保障體系，主要包括數(shù)據(jù)處理規(guī)范、接口規(guī)范、數(shù)據(jù)系統(tǒng)使用規(guī)范、服務器管理規(guī)范等來保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。

1.2.2 軟件架構

為擴大綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)建設的影響力，在與企業(yè)內網(wǎng)進行充分融合的基礎上，基于C/S模式構建面向管理人員應用B/S模式。同時，在各GIS系統(tǒng)進行門戶集成的基礎上，外網(wǎng)用戶可通過權限控制實現(xiàn)對系統(tǒng)的訪問。

C/S：面向綜合管網(wǎng)管理單位的專業(yè)管理人員，提供專業(yè)而強大的數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)維護、系統(tǒng)維護等功能，確保數(shù)據(jù)的完整性、正確性，為綜合管網(wǎng)業(yè)務信息化奠定數(shù)據(jù)基礎。

B/S：采用Flex技術集成大量的綜合管網(wǎng)業(yè)務功能，管理單位用戶可通過瀏覽網(wǎng)頁的方式，簡單快捷地瀏覽、查詢、分析綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管網(wǎng)信息的共享，降低系統(tǒng)使用復雜度，提升用戶工作效率。

相對單獨采用C/S或B/S模式，本方案采用C/S與B/S混合模式進行建設。該模式的優(yōu)點在于可經(jīng)濟有效地利用內部計算機資源，簡化部分可簡化的客戶端，既保證了復雜功能的交互性，又保證了一般功能的易用與統(tǒng)一，且系統(tǒng)維護簡便，布局合理，網(wǎng)絡效率高。

1.3 數(shù)據(jù)建庫

分析評估數(shù)據(jù)源，明確數(shù)據(jù)源后再對數(shù)據(jù)建庫的技術方案進行選擇。各專題數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按其性質可分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，二者可以統(tǒng)一建庫，即在建空間數(shù)據(jù)庫時，同時錄入屬性數(shù)據(jù)，也可將空間數(shù)據(jù)建庫、屬性數(shù)據(jù)錄入分開進行，最后建立關聯(lián)，統(tǒng)一管理。

綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)建庫方案包括地形圖數(shù)據(jù)處理和管網(wǎng)數(shù)據(jù)處理。

1.4 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

系統(tǒng)功能實現(xiàn)見表1所列。

2 具體方案實施

2.1 現(xiàn)場應用

系統(tǒng)現(xiàn)場應用分為如下三個階段：

（1）數(shù)據(jù)建設，將京西公司紙質圖信息錄入管網(wǎng)GIS系統(tǒng)中建庫，實現(xiàn)電子存檔，智能管理；

（2）專業(yè)系統(tǒng)建設，與互聯(lián)網(wǎng)結合，主要針對巡檢維修和管網(wǎng)的二次管理；

（3）信息化集成共享，強調實時數(shù)據(jù)的展示分析和歷史數(shù)據(jù)的挖掘，在各業(yè)務之間共享信息，全面實現(xiàn)智能化辦公。

現(xiàn)場應用流程圖如圖2所示。

對廠區(qū)建筑進行三維建模，廠區(qū)景觀采用PDMS三維建模，使用3DMAX做后期處理。不僅能夠顯示并查詢廠區(qū)內的樓宇和主要設備的位置，還能夠與地下三維GIS系統(tǒng)有機結合，確保數(shù)字三維效果的連續(xù)性和完整性。

外業(yè)探測得到的點表和線表建網(wǎng)入庫，并將點表和線表中記錄的管件設備的屬性根據(jù)用戶需要自動導入管網(wǎng)中，以達到管網(wǎng)圖形和屬性的統(tǒng)一管理。范圍包括綜合管線隧道、生活給水管線、補充水管、天然氣管、事故排油管、循環(huán)水管、生產(chǎn)排水管、服務水管、生產(chǎn)/生活排水管、熱網(wǎng)隧道、雨水排水管、消防水供水管、氫氣管、電纜溝（隧道）、采暖制冷管、生產(chǎn)給水管、酸管、壓縮空氣管、地下接地網(wǎng)管線、地下部分的閥門井、直埋電纜等電廠施工過程涉及的地下隱蔽管道、管線、井和閥門等。

2.2 實地探測

2.2.1 探測范圍及分類

以圖紙為依據(jù)，經(jīng)實地探測后，將北京京西燃氣熱電廠面積約158畝范圍內的地下管道及管線進行分類。并查明各類管線的走向、埋深、管徑，標明特征點，包括管線起止點、閥井、分支點、拐點等。將管線性質特征點編制成“管線點成果表”，以便建立管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，方便計算機繪圖使用。現(xiàn)場管線分類見表2所列。

探測采用先進的RD4000系列探測儀和先進的探測方法，詳細查明了京西燃氣熱電廠的地下管網(wǎng)分布情況，把測量范圍內所有使用的管線都由源頭追測到入戶或出戶，形成了完整的管網(wǎng)綜合網(wǎng)絡，為今后的管理工作提供了一份翔實的基礎資料，并最終實現(xiàn)計算機管理。本次探測結果經(jīng)京西熱電廠有關部門驗證，達到了合同規(guī)定的要求，外業(yè)探測工作可較好完成。

2.2.2 探測方法及質量評述

本次管線探測采用英國雷迪公司生產(chǎn)的RD4000系列探測儀兩臺，分兩組進行。該儀器具有連續(xù)追蹤、多頻發(fā)射、聲響提示、表頭指示、抗干擾能力強及測深直讀等優(yōu)點，是目前國際上較理想的通用儀器。在管線簡單的情況下，平面定位誤差≤15 cm，埋深定位誤差≤0.15 H。其探測深度對鋼質管道可達5～8 m，鑄鐵管道達3～8 m。由于院內地形復雜、管線類型和管材性質多樣，為保證質量，分別采用有源方式和無源方式進行探測。有源方式又分為感應法、直接連接法和夾鉗法。無源方式主要采用工頻法。

（1）感應法：將發(fā)射機置于被探測管線上方或旁側，作水平發(fā)射或垂直發(fā)射，接收機在地面追索管線的走向和定位。這種方法適用于干擾較小、未埋深的金屬管道的追蹤；

（2）直接連接法：將發(fā)射機的輸出訊號接在被探測管道的出露點并構成訊號回路，以增強目標管線檢測信號，提高探測深度；

（3）夾鉗法：利用一個閉合的夾鉗套在被測管道上，發(fā)射信號通過夾鉗中的線圈耦合于被測管道。該法適用于前兩種情況之間的管道探測；

（4）工頻法：在輸電電纜的探測中，通過測量交流電所產(chǎn)生的交變電磁場或其高次諧波成份以達到定位目的；

（5）信號檢測方式分為水平分量檢測，垂直分量檢測與水平分量垂直梯度檢測。

2.2.3 特征點的確定

特征點是管線探測結果的重要資料。對于有露頭的地方首先探測，然后揭露實測，確定其深度、性質和管徑等。對于沒有露頭的拐點、三通、四通則進行反推，最后匯聚并在其最近的露頭點確認。在實地用紅漆做“十”字標記，并記錄各種屬性信息。

2.2.4 圖件的編制

本次外業(yè)探測主要提供原始基礎資料，為后階段的計算機成圖建立數(shù)據(jù)庫所用。鑒于此目的，將成果資料以1：500地形圖作為底圖，地面上的建筑物及標志均以底圖為準，僅增加繪制探明的各類管線、管道。

2.2.5 生產(chǎn)和管理的實際應用

地下管線探測的準確性為之后的三維建模提供了準確、可靠的數(shù)據(jù)：

（1）利于規(guī)劃設計：地下管線的準確性具有準確的參考數(shù)據(jù)，對管線的三維建模地下管線的碰撞分析起到?jīng)Q定性作用，為管道設計提供了極大方便；

（2）提供工作建議：地下管線因為具有隱蔽性，即使專業(yè)人員也無法完全準確掌握地下管線的情況，若遇到不清楚的廠區(qū)地域，可以通過外業(yè)探測數(shù)據(jù)迅速掌握情況，為日常工作帶來很大便利。

3 具體實施情況

3.1 建立電廠管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫

實現(xiàn)從源頭到用戶的管網(wǎng)相關資料的統(tǒng)一信息化管理，如管道、閥門資料及相關施工、維修、養(yǎng)護資料等。改變了電廠管網(wǎng)資料傳統(tǒng)的管理方式，所有資料電子化存檔，可有效改善紙質資料混亂的情況與人員流動產(chǎn)生的資料斷檔等情況，既方便了電廠人員對廠內管網(wǎng)資料的管理，又有利于資料的延續(xù)。根據(jù)其他電廠對該系統(tǒng)的使用情況統(tǒng)計，每年節(jié)省紙質資料費用與資料人工管理費用數(shù)十萬元。

管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫完成了22種管網(wǎng)數(shù)據(jù)入庫，管線總長超過29 700 m，完成了補充水、工業(yè)廢水、暖氣等七種管網(wǎng)設備供55張照片的入庫工作。具體如圖3和圖4所示。

3.2 系統(tǒng)綜合信息生成

系統(tǒng)能夠對管網(wǎng)數(shù)據(jù)進行拓撲完整性和數(shù)據(jù)一致性檢查，提供拓撲連接檢查、字段值重復檢查及孤立點、孤立管段、超近點、超近點線、重疊管段、管徑異常、飛點等一系列檢查工具，能夠對數(shù)據(jù)的錯誤進行檢查和自動校正，保證數(shù)據(jù)的完整性。圖5所示為類似CAD編輯的管網(wǎng)設計圖。圖6所示為點擊查詢污水管網(wǎng)屬性信息。

系統(tǒng)可根據(jù)統(tǒng)計條件快速生成多種形式的統(tǒng)計圖表，對任意范圍內的管網(wǎng)進行統(tǒng)計，如屬性統(tǒng)計、區(qū)域統(tǒng)計、條件統(tǒng)計、管網(wǎng)資料統(tǒng)計、專向統(tǒng)計等，并可將統(tǒng)計結果生成各種直觀的統(tǒng)計結果圖，還可將統(tǒng)計結果保存為統(tǒng)計方案，以便下次快速查詢統(tǒng)計信息。閥門統(tǒng)計結果如圖7所示。生活水全設備匯總結果如圖8所示。

系統(tǒng)可自動繪制出符合規(guī)范的橫、縱斷面圖，顯示電廠管網(wǎng)的地下分布狀態(tài)或坡度狀態(tài)。并可在斷面圖與管線地圖之間進行聯(lián)動操作，查詢管線和剖點處的屬性信息。極大地方便了工作人員對電廠管線的數(shù)據(jù)管理。橫斷面三維圖如圖9所示。

二維地圖僅能夠直觀展現(xiàn)綜合管網(wǎng)的平面位置，而管網(wǎng)的埋深等相對地面的高程信息無法直觀展現(xiàn)。系統(tǒng)支持綜合管網(wǎng)的三維建模與展示，可生成電廠任意范圍內的管線三維立體圖，輔助電廠工作人員了解廠內管網(wǎng)的分布、走向、埋深等，同時系統(tǒng)提供基本的三維操作和查詢功能，方便電廠工作人員查看數(shù)據(jù)。系統(tǒng)爆管分析圖如圖10所示。

當廠內突發(fā)爆管事故時，工作人員可以利用系統(tǒng)智能分析出最佳的關閥方案，并將需要關閉的閥門、停水范圍、停水用戶等重要信息以圖形和報表的形式及時反饋。同時還可生成、打印閥門啟閉通知單、用戶停水通知單、現(xiàn)場維修圖等，協(xié)助搶修人員施工。

3.3 綜合管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的創(chuàng)新點

北京京西燃氣熱電有限公司開發(fā)的綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)以外業(yè)科學實地探測獲得的數(shù)據(jù)為依據(jù)，以計算機技術為基礎，以數(shù)據(jù)庫技術為核心，達到了國內外先進水平。

合理規(guī)劃資源的使用，充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)資源，建設一個全面、完善的管網(wǎng)信息系統(tǒng)，以實現(xiàn)發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)期間的“生產(chǎn)過程自動化，經(jīng)營管理科學化，企業(yè)辦公網(wǎng)絡化，崗位人員全能化”，提高企業(yè)的核心競爭力。

（1）電廠管網(wǎng)數(shù)字化：建立電廠管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)從源頭到用戶的管網(wǎng)相關資料的統(tǒng)一信息化管理。

（2）管網(wǎng)管理動態(tài)化：系統(tǒng)可以實現(xiàn)電廠管網(wǎng)資料的動態(tài)管理，能夠方便地將改擴建工程的管網(wǎng)資料添加到數(shù)據(jù)庫中，結合GPS和其他測繪數(shù)據(jù)，實現(xiàn)管網(wǎng)數(shù)據(jù)的同步更新。保證管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的拓撲完整性、屬性數(shù)據(jù)的準確性、現(xiàn)勢性。

（3）電廠管網(wǎng)可視化：系統(tǒng)實現(xiàn)管網(wǎng)及相關資料在地圖上的可視化查詢、統(tǒng)計、打印及輸出，提供對地下管線的橫、縱斷面圖查詢及三維可視化瀏覽，為管網(wǎng)的規(guī)劃、設計、改擴建、維修提供準確翔實的管網(wǎng)資料。

（4）決策支持智能化：使用管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)進行管網(wǎng)數(shù)據(jù)的管理，可有效減少管網(wǎng)事故的發(fā)生，同時對于地下管網(wǎng)發(fā)生故障后的搶修決策提供快速準確的判斷和處理措施。

（5）管網(wǎng)信息集成化：可實現(xiàn)綜合管網(wǎng)信息的有效集成，在地圖上直觀展現(xiàn)實時監(jiān)測的綜合管網(wǎng)屬性信息，結合手持系統(tǒng)，可以在線查看當前巡線人員的位置等，為領導全面準確掌握廠區(qū)綜合管網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀況提供支持。

4 結 語

通過綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)項目的實施，可全面整合和集成綜合管網(wǎng)信息資源，全面掌握綜合管網(wǎng)信息資源的類型、數(shù)量等，摸清電廠綜合管網(wǎng)系統(tǒng)的建設情況，促進各部門資源共享，為綜合管網(wǎng)信息化的可持續(xù)發(fā)展打下堅實基礎，實現(xiàn)對綜合管網(wǎng)信息資源的科學化和規(guī)范化管理。系統(tǒng)建成后，可以在該系統(tǒng)上進行相應的管網(wǎng)分析，輔助提供科學決策依據(jù)，優(yōu)化管網(wǎng)設計，有效節(jié)約公司后期維修改建成本。綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)可根據(jù)事故報告位置，快速在地圖上實現(xiàn)定位，進行網(wǎng)絡分析，使運行人員能快速到達現(xiàn)場，提高搶修效率，縮短故障時間，減少公司的經(jīng)濟損失。

綜合管網(wǎng)信息系統(tǒng)更進一步促進了企業(yè)管理模式的轉變，從傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗管理轉變?yōu)橐揽烤_的數(shù)字分析管理。為京西公司現(xiàn)場管網(wǎng)系統(tǒng)提供完整、全面的信息化解決方案。針對現(xiàn)場管網(wǎng)的實際業(yè)務需求，基于GIS、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)中心、通信等先進技術，以基礎地形圖和綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎，注重綜合管網(wǎng)管理業(yè)務移動化、綜合信息集成化、運營管理服務化，實現(xiàn)綜合管網(wǎng)空間、屬性數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)的統(tǒng)一動態(tài)管理。

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