三维地理信息系统在智慧化工园区建设中应用

张安梅 安丰亮(山东正元数字城市建设有限公司，山东 烟台 264670)

0 引言

随着科技水平的飞速发展，三维地理信息技术在不断成熟和完善，在城市规划以及国土监测等项目中获得了越来越多的认可和应用，而化工园区建设规划工作使用三维地理信息技术代替传统的CAD技术，不仅方便技术人员或决策人员对规划信息进行快速查询和分析，还可以通过三维模型功能对地形、地质等信息进行更加直观的呈现，对化工园区整体建设质量的提升有着重要意义。

1 化工园区以及三维地理信息系统概述

1.1 化工园区概述

化工园区是为了满足现如今化工行业规模化、集约化发展需要而出现的化工企业聚集区域，化工园区的用地类型大致可以分为仓储区域、居住区、大型石油化工园区以及煤化工产业型园区等几种，使得化工园区普遍具有企业生产工艺复杂、污染物排放量较大、耗能较大以及危险性较高等特点。

1.2 三维地理信息系统概述

三维地理信息系统也就是GIS，是一种由计算机硬件和软件构成的空间信息平台，其中包括空间数据收集、数据存储、空间数据分析以及三维模型等功能。而三维地理信息系统在化工园区建设中的应用，一方面可以对地理信息进行大范围的收集、管理和分析，从而为化工园区的规划与设计提供必要的数据信息支持，还可以为化工园区的规划和设计工作提供直接帮助，比如通过空间分析与模拟功能，对化工园区安全事故或化工园区事故应急设计进行模拟，可以显著提升化工园区规划设计的科学性，并促进化工园区安全水平和生产效率的提升。

2 三维地理信息系统在化工园区规划中的应用

2.1 化工园区附近环境调查与评价

化工园区建设项目所需考量的因素与其他类型的建筑工程相比，无论是在调查项目的数量方面，还是在调查项目的详细程度及准确性方面都有着较高的要求，比如，除了需要对自然环境因素以及人工因素等地理数据进行全面调查以外，还需要对园区附近的交通环境因素、人流情况等行业空间数据进行分析和掌握(如图1)。这些数据中除了包含水资源分布、植被分布、土壤类型及其分布等与空间有关的数据以外，还包含天气情况以及降雨量情况等统计类数据，而采用三维地理信息系统，不仅可以对这些数量庞大的相关数据进行收集、整理和存储，还可以利用与空间有关的数据构建相应的地形模型，再通过导入建筑物以及树木等模型数据生成化工园区三维设计图，从而实现数据的可视化转换。与传统的环境调查手段相比，三维GIS技术的应用对交通视频信息、人口信息以及地理信息等数据的获取具有更大的优势，而且三维GIS技术还提供空间信息数据查询、共享以及分析等功能，并支持多种形式的数据，使得空间数据具有更好的可维护性以及更新能力。

图1 化工园区调查与规划所涉及的数据类型

2.2 化工园区的选址

化工园区的选址，不仅应严格遵守相关政策和法律规范，还需要对自然生态环境的承受能力进行科学计算和了解，避免化工园区建设工作对周围生态环境造成过大的影响和破坏，而三维地理信息系统在化工园区选址中的应用，主要是利用三维地理信息系统中的空间分析功能。首先，需要对景观、名胜古迹、保护区、居住区以及农田等禁止建设化工园区的区域进行排除；其次，挑选出土壤条件、土地面积以及生态环境承受能力符合要求的区域；第三，在这些区域中再次挑选出附近交通较为便利且有充足水源的区域作为化工园区建设地点(如图2)。

图2 化工园区选址分析模型

2.3 化工园区的规划设计

化工园区内部各个区域有其特有的用途，而且，部分区域具有污染性较大以及危险性较高等特点，这就要求化工园区的规划设计工作应根据现场实际情况合理分配各个区域的用地类型。三维地理信息系统在化工园区规划设计工作中的应用，主要是用于交通系统分析、防火设计以及综合管线分析等几个方面，与传统的二维平面设计模式相比，三维GIS技术的应用不仅可视化以及可模拟功能提升了园区设计方案的科学性和可行性，在方案修改环节也不需要对设计方案进行重新设计，极大提升了设计工作的质量和效率。

2.3.1 交通系统设计

交通系统设计是化工园区规划的重要内容之一，不仅是连接化工园区内部各个区域的纽带，也是连通化工园区与外界的重要通道，对化工园区的正常、有序运行有着重要影响。化工园区交通系统设计主要包括：相关资源调查、实际需求分析以及设计方案制定等几个环节，其中，相关资源调查主要是对化工园区内部情况及其周围交通系统情况进行全面了解和掌握，工作人员可以通过无人机勘察以及实地勘测等方法对相关信息进行获取，并将获取到的数据录入三维地理信息系统数据库中，方便设计人员对相关数据进行快速查询和调用；其次，实际需求分析则是根据化工园区规划对园区的交通需求进行计算和预估，涉及到化工园区内部的用地类型、用地分布、人流密度以及出行方式等几个方面；第三，交通系统的设计方案制定，需要设计人员以交通资源调查结果以及交通系统需求估算结果为参考依据，结合自身的专业知识和技能进行交通系统设计。

2.3.2 园区防火设计

化工园区内生产区域涉及到的生产原料以及产品，大部分都属于易燃易爆的危险品，极易引发火灾事故，而且，一旦发生火灾也容易引发连锁反应，从而导致出现严重的人员伤亡以及经济损失，所以，化工园区防火设计是园区规划和建设工作的重要内容之一。首先，园区防火设计人员需要从化工园区整体角度对防火区域进行规划，在生产区域、存储区域以及居住区域之间科学设置防火安全隔离；其次，与交通系统设计人员进行沟通交流，并根据火灾救援需要合理规划救援通道、紧急逃生通道以及人员疏散通道；第三，园区防火设计人员应根据不同区域的防火等级设置不同级别的防火隔离墙、火灾报警设备以及灭火设备。在园区防火设计过程中，设计人员可以利用GIS技术中的模拟功能以及空间分析技术进行火灾模拟，不仅可以对园区防火设计进行优化，从而提高园区防火设计水平，还有助于制定出更加高效的火灾救援和灭火方案。

2.3.3 园区综合管线分析

化工园区综合管线主要包括给排水管道、供气管道、供电线路以及供网线路等，是化工园区正常运行和安全生产的重要保障，所以，综合管线分析也是化工园区规划工作的重要组成部分。传统的以CAD技术为主的二维平面设计模式，很难全面、准确的发现设计中隐藏的管线碰撞以及交叉等问题，而在综合管线分析和设计工作中合理运用GIS技术和BIM技术，不仅可以从园区整体的角度，结合园区地形地貌和实际需要对各类主要管线的型号、分布以及埋深等情况进行合理规划，还可以利用模拟功能对管线碰撞和交叉问题进行检测，并通过施工模拟对综合管线施工方案进行优化，从而提高化工园区综合管线设计方案的合理性及可行性。除此之外，GIS技术和BIM技术的应用可以显著提升园区综合管线分析和设计工作效率，而且，系统数据库中存储的材料清单等数据还可以用于成本估算以及预决算等环节，有助于提高项目成本管控工作水平。

3 三维地理信息系统在智慧化工园区信息化建设中的应用

3.1 信息化基础设施的建立

化工园区内的信息化基础设施是构建信息化应用平台的重要组成部分，其中除了网络设备、云数据中心以及通信管线等组成以外，还包括安装在水、电等设施上的传感设备，化工园区内的各个区域、建筑以及设施也正是通过这些信息化基础设施联系在一起，所以，信息化基础设施的建立，是实现化工园区智慧化、信息化的前提以及基础，而三维地理信息系统所提供的空间地理信息，则是信息化基础设施建设以及信息化网络搭建的基础支撑和依据。

3.2 GIS应急救援系统

GIS应急救援系统也是智慧化工园区的重要组成部分，由于化工园区各个区域的用地类型存在一定的差异，使得园区内不同区域的危险程度以及应急救援需要也各有不同，而GIS应急救援系统的作用，主要是为了减少化工园区事故带来的损失和影响。GIS应急救援系统包括数据库模块、电子地图模块以及中央控制模块等几个部分，其中，数据库模块又包括园区内企业信息数据库、危险区域数据库以及应急救援数据库等，这些数据库通过地理基础数据联系在一起。而三维GIS技术在应急救援系统中的应用，主要是通过三维空间数据构建可视化三维地图，当化工园区内发生安全事故时，GIS应急救援系统可以将事故的发生地点以及影响范围等信息在三维地图中标记出来，并为应急救援决策工作提供辅助以及必要的参考数据，同时，还会立刻将事故警报、事故位置和周围情况等信息发送到园区监控室以及应急救援数据库中的相应部门，从而提高化工园区对安全事故的反应速度，确保营救队伍能够及时到达事故现场并采取妥善的事故处理和救援方案(如图3)。

图3 GIS应急救援系统

3.3 基于三维GIS的园区监控系统

基于三维GIS的化工园区监控系统，主要是根据园区的具体业务需要，将三维GIS软件与企业生产管理系统以及视频监控系统进行集成，在管理平台上通过三维仿真技术对三维空间数据库中的数据进行模拟展示，并实现三维浏览、交互、相关设备属性及其他信息查询等功能，不仅更加符合现如今化工园区的精细化、智能化以及空间信息化的管理和发展需要，还可以显著提升化工园区生产管理以及监测监控工作的质量和效率。

4 结语

总而言之，随着社会生产力的提升以及经济水平的发展，自动化、智能化逐渐成为了化工园区的建设和发展趋势，而三维地理信息系统在智慧化工园区建设中的应用，不仅有效推动了化工园区的信息化建设，对化工企业入园率的提升以及化工园区的发展也有着积极的促进作用。