1 背景介绍
城市生命线是指承担着支撑城市正常运行的物质和能量的载体,主要包括城市地下的燃气、供水、雨污水、热力和电力等管线以及近年来发展的地下综合管廊。从上世纪七八十年代开始,与我国城市的建设同步进行,地下管线开始发展。到21世纪初,随着城市化进程的加快,地下管线的建设进行高速发展期。到2018年底,全国已有的供水、排水、燃气和供热这4类市政基础设施地下管线长度已超200万公里,目前仍以每年10万公里的速度递增[1]。
城市生命线具有隐蔽、周边环境复杂以及相互易干扰等特性[2]。受施工质量、连续超负荷运行、老化腐蚀和外界破坏等影响,造成城市生命线事故频发。2009年到2013年间,直接因城市地下管线事故而产生死伤的事故案例共起,死亡人数达117人,并且每年死伤的人员仍然呈现上升趋势[3]。2013年8月14日,哈尔滨市辽阳街路面突然塌陷,4人落入深坑,其中两死两伤。造成事故发生的原因是连续几场强降雨造成土质沉降,致使排污管线断裂,泥沙灌入人防工程洞体,最终导致地面塌陷。2013年11月22日,山东青岛中石化东黄输油管道泄漏原油进入市政排水暗渠,在形成密闭空间的暗渠内油气积聚遇火花发生爆炸。事故造成62人死亡、136人受伤,直接经济损失75172万元。
针对城市生命线的管理,燃气公司、供水公司等权属单位或管理部门分别通过信息化手段和智能化设备,开展了各自管辖管线的运维管理工作。如借助于 SCADA系统,能够对重要管线的运行状态进行查看,
避免管线高压超负荷运行而造成爆管事故的发生;燃气公司针对燃气管线的泄漏,安排一定的巡检人员,通过手持式燃气检测仪或移动车,检测燃气管道周边地表可燃气体浓度去发现是否存在燃气泄漏。
2 城市生命线运行监测平台的设计需求
城市生命线的运行故障主要包括燃气泄漏、供水爆管、排水渗漏和淤堵,以及进一步造成的爆炸、路面塌陷、内涝等事故。在直属单位的管理中,重点主要关注管道本身的运营,对于由于管道漏水、漏气可能对周边其他管线或空间的影响关注较少,而这一部分可能会带来对城市运行影响较大的城市安全问题[4]。
城市生命线的直接管理部门包括燃气公司、供水公司等,在政府部门中,由城管局、住建局、水利局这些单位进行行业指导和监管。如合肥市城乡建设局在公布的官网上指出部门的职责包括负责城市供水、燃气、集中供热、公共客运交通等公用事业市场的培育和监督,管理委属公用事业企业;负责城市计划用水、节约用水管理工作;六安市城管局负责全市燃气行业管理工作,行使行业管理职责;负责市城区120km2范围内石油、天然气管道的管理和管道竣工测量图的报备,负责协调处理全市石油、天然气管道保护的重大问题,指导、监督有关单位履行管道保护义务,依法查处危害管道安全的违法行为;负责城区道路、桥梁、给排水管网、照明等市政基础设施的管理和维护工作;负责全市城市市政、园林、城区供水、排水、污水处理、城镇燃气的行业指导工作,并承担
* 收稿日期:2019-09-30
图1 城市生命线综合监管平台总体设计
全市上述公用事业的行业统计工作。
从政府有关部门的职责可以看出,政府需要对城市生命线的建设、运行和日常管理进行监管,主要包括掌握企业管理的情况、城市生命线风险隐患状况及整改情况、未来建设规划以及出现重大安全问题时候的综合协调和应急处置支持等。
3 城市生命线运行监测平台的功能设计
3.1 系统总体设计
平台按照物联网“感、传、知、用”架构进行设计,接入燃气公司、供水公司、排水公司等企业的生产调度数据,包括监测运行状态、日常维修管理等。数据通过政务网或互联网经过政务云传输到监测值守中心。同时将各公司的管线数据、地上建筑和地表影响等数据作为基础数据建设成图层进行叠加。构建一套“动态数据+基础静态数据”的数据支撑内容,在平台内通过各种统计分析、模型算法实现为各单位服务,为政府监管的功能。
3.2 技术路线设计
系统平台通过积累日常监测运行数据,发现直接管理单位的日常管理规律,针对异常管理,如压力异常调度等进行分析,发现管理中的问题,直接反馈给相关管理,进行问题改进。通过监管,促进管理单位的工作改进,保障城市生命线的正常、安全运行。
图2 日常监管路线设计
当出现安全问题时,通过系统平台,对发生问题周边的其他管线数据等进行分析,给出具体的维修处置建议,同时与各管线单位进行信息共享,保证处置的科学合理,同时避免进一步产生次生衍生灾害事故。
3.3 具体功能说明
根据数据的内容和政府监管的需要,城市生命线运行监测平台的主要功能包括基础数据更新管理、权属单位日常管理查看、风险隐患监管、报警问题统计分析、维修处置支持等建议。
(1)基础数据更新管理
各管理单位日常对管线进行建设、维修时候需要对数据进行更新。建立一定的更新机制,定期对系统进行更新。系统建设三维地理信息数据库,对三维数据进行维护、更新管理,并集成二维数据库管理子系统,形成二三维一体化数据库管理子系统。依据对地下管网数据的研究,开发了一系列工具使地下管网三维数据的维护更加简易,如三维数据标准化、数据转换及入库等功能。
(2)权属单位日常管理查看
综合一定时间范围的安全运行监测数据,定期对燃气管网系统安全运行状态进行风险评估,并自动生成安全运行评估报告,报告信息包括统计分析报警情况等,总结燃气管网安全运行状况和日常管理规律,查看管理单位日常情况。
(3)风险隐患监管
对各管线管理单位统计的风险隐患结合管网基础数据信息进行展示,并根据各管理单位的管理情况,进行定期更新,根据风险隐患的数量监管企业的管理情况和对隐患的整改情况。
(4)报警问题统计分析
对不同管线单位的报警数据以月度或其他周期进行统计,针对某固定区域内以月为单位的报警数量进行分析,分析管理单位的管理问题及给出具体改进建议。
(5)维修处置支持
当出现管线问题后,通过平台给出问题管线周边其他管线情况,同时通过平台与其他管线单位进行信息联通,为紧急处置提供信息,同时协助其他管线单位做好应对工作,避免次生衍生灾害的发生。
素,为故障管线单位和其他单位提供维修处置信息,保证管线科学、有效的处置,避免进一步次生衍生灾害的发生。