基于三维城市的地下管线管理和应用系统研究

基于三维城市的地下管线管理和应用系统研究

马会姣

浙江华东岩土勘察设计研究院有限公司  浙江省

摘要：城市地下管线是城市的生命线，是城市能量和信息交换的主要通道，是保障城市安全运行，提高城市综合承载力的重要基础。城市地下管线信息综合管理和管线的规建管维一体运行过程中，优化管线管理的方式，提升地下管线管理水平，在推动高起点、高标准、高水平城市建设高质量发展具有重要意义。基于此，本文对相关内容进行了研究。

关键词：三维城市；地下管线；管理和应用

1 地下管线的特点

作为城市的“生命线”，城市地下管线担负着信息传输、能源输送等工作，是城市赖以生存和发展的物质基础。整体而言，地下管线具有以下特点：

1.1 种类繁多

城市地下管线种类多样，包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等8大类20余种管线类型。

1.2 各自为政

地下管线管理体制和权属复杂，涉及政府30多个职能和权属部门。给水管线属于自来水公司，污水、雨水管线属于市政部门，电力管线属于电力部门，通讯管线属于通信部门，有线电视管线属于电视台，热力管线属于热力公司，燃气管线属于燃气公司，这些管线的权属单位各不相同，管线的建设、维护管理均由相关单位负责。各自为政、条块分割、多头管理的问题比较严重。

1.3 隐蔽性强

管线埋设于地下，起码的覆土厚度为0.5米，某些污水管埋深达到10米，无法直接进行观察量测。还有部分管线与其他管线共沟敷设，无法识别其种类。有些管线属于私自建设，没有城建档案备份，也无法查到其详细资料。

2 基于三维城市的地下管线管理现状

地下管线管理是城市发展中的重要环节之一，它涉及到供水、排水、燃气、电力、通信等各种基础设施的规划、建设、运营和维护。在三维城市建设背景下，地下管线管理面临一些挑战和机遇。

2.1 挑战：

（1）数据获取困难：地下管线的布置位置和参数信息通常难以获取，造成了很大的难题。现有的地下管线数据采集方法主要依靠地下探测技术，但这种方法成本高、效率低，且对于大规模城市，需要耗费大量时间和人力物力。

（2）管线冲突问题：由于管线的规划和建设缺乏整体性，导致了不同管线之间的冲突和重叠。这些冲突不仅增加了管线维护的难度，还会影响城市的设施布局和发展。

（3）管理系统不完善：现有的地下管线管理系统大多是二维平面的，无法准确反映管线的空间布局和纵深关系。这样就会导致管理人员在决策和操作中的不确定性增加，影响了管理效率和服务质量。

2.2 机遇：

（1）三维城市技术支持：三维城市建设提供了高精度的地形模型和建筑模型，为管线管理提供了精确的参考。通过将地下管线与三维城市进行集成，可以实现地下管线的精细化管理。

（2）区块链技术应用：区块链技术的应用可以实现地下管线的数据共享和管理，确保数据的真实性和安全性。通过区块链技术，可以建立起一个全局的地下管线数据库，提供给各个相关方使用和参考。

（3）基于物联网的监测系统：利用物联网技术，可以实现对地下管线的实时监测和预警。通过安装传感器和监测设备，可以对管线的状态和健康状况进行实时监测，及早发现问题并进行维修。

综上所述，三维城市为地下管线管理带来了新的机遇和挑战。通过合理利用现有技术和发展新技术，可以实现地下管线的精细化管理，提高管理效率和服务质量。

3 基于三维城市的地下管线管理和应用系统

3.1 建立和完善综合管理信息系统

管线信息的集中综合管理是管线综合管理的重要抓手。为适应城市建设和地下管线运行管理创新需求，建立强大的管线管理信息系统三维平台。系统功能应完善、技术创新、稳定性好，解决业务办理、数据管理和更新问题，满足各部门的使用要求。构建统一的管线数据中心，以往管线隐藏在地下难以查看、真实情况难以掌握的情况，为道路施工、应急抢险等工作提供更加快捷精准的服务。实现各单位之间数据共享与交换，提高效益。在精细化管理上，还需借助新一代的物联网、cim、云计算等信息技术，提高地下管线管理系统在日常管理、科学决策、安全监测、应急预警等方面的能力。

3.2 基于三维城市的地下管线应用系统设计

（1）二、三维图层模型转换

系统导入的基础数据为二维数据图层，需要进行二维数据到三维模型的转换，以及实现三维模型对二维数据的动态更新。以管线点图层为例，点数据从二维到三维的映射，需要设置三维点模型类型、尺寸、方向等参数，使三维管点模型与实际管线点在大小、形状上相符合。

（2）三维地上场景生成

在构建管网模型同时，三维场景还需要地表模型及地形数据。倾斜摄影技术作为当前能够大批量、高效率获取地表高精度三维模型技术被广泛应用，系统采用OSGB格式倾斜摄影数据为基础，通过Super Map Desktop生成三维切片缓存数据作为三维地上部分模型数据。为提供三维分析应用，三维场景还需提供DSM地表数字模型，该数据可根据倾斜摄影模型进行生成，可以根据需要生成不同范围、不同精度要求的DSM模型数据。

（3）三维分析

数据系统的最终作用是进行分析应用，为实际工作提供指导。如进行管网系统工程建设的模拟、爆管分析、开挖分析等等。此处以开挖分析为例。

地面开挖分析用于显示在不同开挖条件下管线的暴露状况，一般用于工程建设中预先了解施工情况，了解受影响的管线位置及埋深，做好施工预案。通过模拟地面开挖，可以直观地了解到受影响的管线类型、位置，初步了解开挖难度、计算土方量，为工程建设提供决策支持。通过鼠标绘制一个多边形区域，挖出该区域的范围，设置开挖参数，通过开挖分析可以进行土方量估算及三维量算。

3.3 强化检查与验收，确保数据动态更新的质量

（1）树立动态意识。建立动态意识有助于长效机制建立。管线信息的生命力在于现势性，将各类管线信息进行动态管理，即及时将新增或报废的管线信息进行数据库更新。由于种种客观原因，仅有动态更新还不够，还要建立再普查的概念，一定时期后还需要对遗漏差缺的区域开展管线的兜底普查，这就可以确保城市地下管线信息的准确性和现势性。在宣传上，要强化法制和规范的观念，培养施工单位、管线单位、职能部门以及社会公众的自觉意识，切实改变重地上轻地下、重建设轻管理的局面。

（2）地下管线信息共享与服务。各专业管线单位按《城市地下管线工程竣工测量和成果备案管理规定》或者是联合验收环节及时将新增和报废管线测绘成果向市管线规划主管部门备案。管线信息综合管理部门根据向管线权属单位提供无偿信息服务。

（3）年度保障资金动态管理。由于城市地下管线信息属于公共资源管理范围，且更新和维护管理涉及到各专业管线信息的数据处理、数据入库、系统升级、网络管理等工作，需要不少资金，为保证更新维护管理工作实施，需要政府安排年度专项资金。

4 结束语

随着计算机软硬件、三维可视化技术的快速发展，地下管线的三维可视化建模、空间分析与辅助决策技术已广泛应用于管线规划、设计、审批、施工、运维等日常管理工作中，并将成为当前城市地下管线信息化发展的新趋势。20世纪90年代以来，国内大多数城市都开展了地下管线普查并同步建立了地下管线综合管理系统，已积累了较为丰富的二维地下管线数据库。如何在现有二维数据的基础上，研究管线三维建模方法，并开发可扩展、可定制、可独立运行的三维建模工具，从而实现管线的快速建模与更新，是城市管线面向三维应用的前提。

参考文献：

[1]安聪,吴楚怡.基于三维GIS的城市地下管线管理系统研究综述[J].城市道桥与防洪,2022(01):245-249+27.

[2]马驷骏. 城市地下三维管线管理系统设计与开发[D].中国地质大学(北京),2019.

[3]雷道树. 城市三维综合地下管线信息管理系统的设计与实现[D].长安大学,2018.