城镇埋地市政管线档案数字化及其应用

程霞

1 城镇埋地市政管线及其档案的现状

在我们居住的城市地下，可谓是星罗棋布，纵横交错。广泛分布着燃气管道、供水管道、消防管道、污水管道、通讯电缆、电力电缆等等等等，不一而足。而这些管道、线缆等的设计图纸往往分散于各主管部门，即使这些设计图纸统一管理，往往也是分门别类地保存，一般没有进行综合设计，也就是没有在一张图纸上分别标记各类管道、线缆等，使人通过一张图纸就能明了某一路段的管道、线缆等的敷设情况，做到一目了然。

在新项目的设计阶段，设计人员需要借阅各部门的相关设计图纸，由于不同设计人员的习惯、各部门的设计规范不尽相同，也造成诸如图纸比例、图标等的不一致，给新项目的设计造成困扰，或者之前项目施工过程中的变更没有体现在图纸上，不得不通过实地测量才能提供相对完整的设计资料，造成人力、物力和财力的浪费，贻误工期时有发生。

在新项目的施工阶段，施工人员对施工路段地下的管线情况不能完全掌握，甚至不清楚管线的种类、距离地面的深度等重要信息，盲目施工，造成一些无法预料的状况。比如时有发生的供水管道、燃气管道等被施工人员挖断，轻则影响居民的出行和正常生活，重则危及居民的生命财产的安全。

2 城镇埋地市政管线档案数字化的方法及特点

纸质档案在使用保存过程中存在容易损坏，占用空间大，保存成本高，使用不方便等特点，档案的电子化刻不容缓。

2.1 扫描保存

利用计算机系统直接把纸质档案进行扫描，以JPG格式保存到计算机硬盘或者刻入光盘中。工作简单，易于实现，但只是纸质档案的复制品，使用不便，要求存储空间大。是档案电子化的初级形式。

2.2 平面电子化

把分散到各单位的图纸档案按道路区段通过计算机图形处理系统人工整合到一张平面图上，以DWG格式保存到计算机硬盘或者刻入光盘中。工作复杂，人员技术水平要求高，在某一区段使用比较方便，要求存储空间比较大。

2.3 三维数字化

根据输入的管线的起终点坐标、管径等基本信息由计算机自动生成三维渲染图以及各个角度的剖面图，以数据库方式进行存储。工作简单，人员技术要求不高，使用方便，修改简单，存储空间要求小。是档案使用与保存的最佳形式。

3 城镇埋地市政管线档案的三维数字化设计思路

城市地下管线档案数字化设计，将依托数据库技术、虚拟化技术、无线传输技术、全球定位技术，采用服务器端、客户端与移动客户端相结合的方式，在服务器端对数据进行维护管理，在客户端提供录入、查询、修改、统计等功能接口，提供三维展示、剖面图生成等应用功能，移动客户端主要为现场施工提供地下管线信息。

3.1 数据库设计

在数据库中，应至少包括以下几项主要信息：

管线的种类，用A、B、C、…标示，分别表示燃气管道、供水管道、电力电缆等，在三维渲染图和剖面图等功能中可以选择以不同颜色进行表示；已经废弃但仍埋于地下的管线用Z标示，在三维渲染图和剖面图中以黑色进行表示；已经废弃并且从地下清理掉的管线数据移入历史数据库中保存，不再保存于生产数据库中，在三维渲染图和剖面图中不再显示；

每段管线的起始点、终止点三维坐标以及管径等信息，坐标采用该点的经度、维度和海拔高度进行标示，保证点位的唯一性和确定性；

弯管的标示，采用起始点、终止点坐标，弯曲半径等信息进行标示，坐标采用经纬度和海拔高度进行标示；

阀门信息，包括三维坐标、管径等信息。

还可以包括材料的生产商、施工方、监理方、建设方、安装时间、预期更换时间、检修情况等警示、提示、管理等辅助信息，方便对管线的自动化管理，防患于未然。

3.2 客户端设计

在客户端提供录入、查询、修改、统计等功能接口；能够自动提示警示信息，采用声光报警等方式进行提示；在录入、修改模块提供“所见即所得”功能，即录入、修改确认后即时在三维渲染图上予以明显显示（明暗相间的闪烁）；根据所选路段或者所选区域自动提供三维渲染图展示，根据要求自动生成剖面图，并提供打印输出等功能。

3.3 移动客户端设计

移动客户端主要应用于施工现场，通过4G/5G/城市WiFi等无线通讯技术与服务器端连接。除了具有客户端的功能之外，其重点是利用我国自主知识产权的北斗卫星定位系统厘米级的精度优势，自动获知移动终端所处位置的经纬度精确信息，通过指定搜索区域，通过服务器端传输的数据信息，生成区域三维渲染图和剖面图，为施工现场提供准确翔实的地下管线信息，指导现场施工。

4 城镇埋地市政管线档案的三维数字化系统建设与数据建设

4.1 服务器端建设

在服务器端，主要是采用VMWare等虚拟化集群技术对服务器进行计算资源和存储资源池化；利用应用级负载均衡设备对应用需求进行均衡分配，保证应用的及时处理和反馈；通过对数据库系统的优化，提升服务器系统的运行效率；建立双活数据中心或者两地三中心（同城双活数据中心+异地灾备中心），构建高安全性、高可用性、高可靠性、快速方便的服务器集群系统，为客户端的应用提供及时便捷的在线服务。软件的建设，采用B/S、C/S和APP相结合的架构，服务器端实现对数据的清洗、管理与检查，为客户端提供接口和用于生成三维渲染图的数据信息。

4.2 客户端建设

在客户端展现三维渲染效果，对客户端的硬件要求较高，尤其是内存和显存。为显示三维渲染图，需要安装AutoCAD之类三维渲染软件，需要开发数据库信息与三维渲染软件的数据接口。客户端软件主要采用B/S和C/S方式实现数据的录入、查询、修改、统计等功能；自动显示提示、警示、管理等信息；实现数据变化自动地直接反映到三维渲染图中，并且对不符合设计标准或规范的自动予以警示；根据所选路段或者所选区域自动提供三维渲染图展示，并根据要求自动生成剖面图，提供多种输出功能。

4.3 移动客户端建设

移动客户端不同于客户端的，只是利用北斗卫星系统的全球定位功能，获取移动客户端所在位置的精确经纬度信息，通过无线网络技术，实时显示该位置的指定区域内的地下管线的三维渲染图，犹如大型CT设备对地球内部的扫描。在软件开发方面，需要将北斗定位系统自动获取的位置信息传输到服务器端，以获取某一范围内的地下管线数据信息，生成三维渲染图和剖面图。

4.4 数据建设

整个系统中数据是至关重要的环节，没有数据就没有应用。数据的来源：一是，对于现存的地下管线，需要各单位分别将各自管理的管线信息输入本系统；二是，对于新建的地下管线，由各单位直接通过本系统进行设计，由本系统自动生成三维渲染图和剖面图供施工使用；三是，对于现存于地下但资料不完整的管线，可以采用现场勘察等方式，将数据输入本系统。

4.5 标准规范建设

为最大限度地实现自动化功能，减少人为错误，需要量化各部门的有关设计标准和设计规范，增加到本系统中，使系统能够自动进行检查，对不符合设计要求的予以自动警示，系统真正成为设计人员的不可或缺的助手和资料库。比如地下中压燃气管道与电力电缆之间的直埋水平距离不应小于0.5米，如果设计过程中达不到该要求，系统就会自动给出警示。

5 城镇埋地市政管线三维数字化档案在工作中的应用

本系统的应用，主要体现在以下几个方面。

5.1 设计阶段

在设计阶段，提供了由管线的坐标、管径等信息自动生成三维渲染图和剖面图的功能，并且对于不符合设计规范的情况自动予以提示，直到修改符合设计规范为止。由图纸设计变为信息的输入，降低了劳动强度，提高了工作效率。

5.2 施工阶段

系统提供了根据路段或区域自动生成三维渲染图和剖面图的功能，在施工中可以直接输出使用。尤其是采用移动客户端时，自动获知位置信息，自动生成该区域的三维渲染图和剖面图。指导施工，避免故障。

5.3 维护阶段

系统中存储了诸如材料的供应商、使用期限、施工方等各类信息，在各个阶段系统都会有自动信息提示，比如使用期限到期之前会有更换提示。还能够根据系统的记录追究不合格供应商、施工方等的责任，具有自助管理功能。

6 城镇埋地市政管线档案的制度建设

城市地下管线档案分散于各个部门，要建设好本系统服务于城市建设，必须制定完备的规章制度或者地方法规，各部门齐抓共管、严格执行才能取得好的应用效果。

一是，做好权限划分，哪个部门的档案由哪个部门负责录入、修改、维护，其他部门只有查看的权限。

二是，各部门现存的档案必须全部录入本系统，包括已经废弃但仍埋于地下的管线的档案。

三是，新的地下管线的设计直接使用本系统生成，不再在图纸上进行设计。

四是，设计修改必须在本系统中进行修改。

五是，验收必须以本系统生成的三位渲染图和剖面图为依据；验收合格之后，管线的信息不得随意更改。

......

7 城镇埋地市政管线档案三维数字化的优势总结

7.1 位置准确

本系统采用经纬度标记坐标，能保证位置的准确性。过去经常被采用的特殊参照物标记法，经常会因为参照物的灭失或者移动造成位置不明确的问题。

7.2 设计方便

本系统通过管线信息的输入自动生成三维渲染图和剖面图，减少了设计强度，提高了设计效率，降低了对人员的技术要求，节省成本。

7.3 自动化程度高

本系统可以自动生成三维渲染图和剖面图，自动检查设计规范的符合性，自动给予提示、警示信息，自动获取位置信息等等。

7.4 所见即所得

本系统在对地下管线信息进行输入、修改的同时，能够直接反映到三维渲染图中，直观方便，实现所见即所得的功能。

7.5 指导施工

本系统移动客户端自动获取所在位置的地下管线信息，能有效避免诸如挖断供水管道、通讯电缆甚至燃气管道的情况，轻则避免经济损失，重则保护了城市居民的生命财产的安全。

7.6 指导维护

本系统包含大量维护资料，能够及时提示，防患于未然。

7.7 提升管理水平

本系统既提供设计、施工应用，又提供运行维护功能，大大提升了城市地下管线的管理能力，同时还提供设计、施工、监理、建设等各方面的信息，方便对建设过程的考核。

7.8 决策支持

本系统能够为将来的地下管线、地下铁路建设等提供决策依据。比如根据地下管线的具体分布情况，可以确定地铁建设的深度、地铁由地下到地上过渡的区域等等信息。死档案变成了活素材。

8 结语

李克强总理2016年5月24日考察武汉中央商务区地下综合管廊时强调，我们的城市地上空间高楼林立，发展势头很好，但在地下空间利用的深度广度上，与发达国家还有较大差距。有效避免城市路面动辄“开膛破肚”，消除“马路拉链”。地下空间不仅是城市的“里子”，更是巨大潜在资源。发展地下管廊是城市品质提升的重要举措。

城市地下管线三维数字化系统的建设是智慧城市建设的重要组成部分。通过对城市地下管线三维数字化系统的建设应用，能够大量减少重复测绘的人力物力投入和对交通的影响，有效避免盲目施工造成的对城市交通和城市居民的财物甚至人身安全的影响，必将大力提高城市的管理水平和宜居水平，提升城市的软实力。不但具有巨大的社会效益，从投入产出的角度分析，也必将具有巨大的经济效益。功在当代，利在千秋。

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[责任编辑：田吉捷]