摘要: 以某城市正在开展的地下管线普查与信息化建设项目作为实例，详细介绍了在管线探查、数据库设计及管线信息系统建设等阶段中切实可行的方法和技术，在城市地下管线隐患排查与管网安全运行技术方面提出了自己的理论和经验，探索了实现管线隐患排查和管网安全运行的可能，为城市地下管线的规划管理、结构优化和事故处理等提供了相应的决策支持。
关键词: 地下管线;数据库;信息化;信息管理系统;管线隐患排查;管网安全运行
目前城市地下管线资料大都由各管线权属单位进行多头管理，各单位会掌握隶属于自身的管线数据，但多数为设计资料，缺少竣工资料，无法准确反映地下管线现状。城市建设开始向地下空间发展，地铁等工程施工前，如果管线现状不清、数据不明，会带来极为不利的影响，一旦出现管道事故，对居民生活的影响就更加严重。如果能够全面、系统地掌握地下管线现状，预先制定对策和应急方案，分析出可能存在的管线隐患，将能有效增强管网安全运行，明显降低管线安全事故，是实现城市可持续发展战略的重要基础。
根据地下管线在规划、建设、管理以及系统应用、数据更新等各方面对隐患排查的需求，从政府部门、管线权属单位和企事业单位 3 类用户的角度对其需求进行描述和分析。
1) 政府部门主要体现在:①市政、通信等管线主管部门的综合管理;②城市规划设计与审批;③城市建设 与 管 理; ④ 城 市 应 急 指 挥; ⑤ 数 字 化 城 市管理。
2) 管线权属单位，如电力公司、自来水公司、煤气公司、通信企业等，对拥有齐全准确的管线数据、建立专业的管理系统的需求也很迫切。使用管线数据及系统进行管线故障分析，能提高管线维护及管道施工的效率，更好地服务社会。
3) 广大的设计、施工、建设等企事业单位需要查阅调用相关管线资料，以此作为设计、施工、建设的依据。
本文通过广泛查阅有关文献资料，从城市地下管线隐患排查的角度出发，提出了在管线探查、数据库设计、管线信息系统开发等各阶段需使用的技术手段，力图通过更为先进的理论和方法，通过彻底查清测区范围内的各类地下管线，并以普查成果为基础建立城区地下管线数据库，探讨开发与建设地下管线信息系统，实现对地下管线隐患信息的信息化、动态化和可视化分析、排查，有效实现管网安全运行，为城市规划、建设、管理以及突发事件应急指挥提供决策支持。
一、总体技术路线
首先，在管线探查阶段，就要有针对性地分析出容易存在事故隐患的管线，并进行重点排查，摸清管线基本情况。管线探测工作包括对已有管线数据的检核和补充调查和对未探测管线的普查，以及重点做好已有管线数据与新增探测管线数据之间的接边工作。对于未探测管线的普查，一方面针对明显管线点，采取开井实地调查和量测的方法，另一方面针对隐蔽管线点，采取物探设备进行探查，并使用测量仪器进行实地观测的方法。
外业管线探测工作结束后，方可开展内业数据处理及成图工作。在此过程中，一方面要注意检查管线与管线之间的衔接关系和连通性是否正确，另一方面要检查管线点与管线段的属性信息是否完整、规范、正确。对于存在问题的情况，若内业无法解决，则须到外业实地核查并加以解决。内业数据处理及成图工作完成且经数据检查合格后，便可以开展地下管线数据库的建设工作。首先使用大型数据库软件平台和 GIS 软件平台，按照统一的数据标准要求搭建地下管线数据库;然后对处理后的管线数据(一般为 CAD 数据)进行数据转换工作，将其转换为符合入库要求的 GIS 数据，并对转换后的 GIS 数据进行数据检查;最后对检查合格后的 GIS 数据统一进行入库工作，入库完成后，对元数据库进行元数据的录入及更新工作。
为保证项目建设工期内各项工作的有序开展，在开展管线普查工作的同时，可开展管线信息化建设工作。系统的开发建设、系统支撑环境建设及有关系统集成等，都需要充分考虑后期对隐患排查分析的技术实现。
二、管线探查工作
管线探查包括大量基础技术工作，本文将通过对几项新型的、科学的管线探查技术的分析和探讨，实现对地下管线信息的有效收集，以做好隐患排查的第一步工作。
1. 管线点的设置
管线点分为明显管线点和隐蔽管线点。明显管线点是管线投影中心位置在实地明显可直接定位的;隐蔽管线点是因管线隐蔽需要采用仪器探查方法探测的。管线特征点包括起止点、出地点、转折点、变材点、变坡点、变径点、架空点、上杆点、多通点、直线点、偏心点、轮廓点、示踪点等。在没有特征点的直线段上，应在间隔不超过 75 m 处设置一管线点。当管线弯曲时，应至少在圆弧起止点和中点上设置管线点;当圆弧较大时，适当增加管线点，以反映其弯曲特征。当管线点地面投影位置与窨井的偏距大于 0.2 m 时，应按其中心线在地面的投影位置设置偏心点，并实测窨井作为管线附属物处理。存在作业井室的管线，当最小边长≥2 m 时，应绘制构成各种窨井小室及地下构筑物小室的特征点(轮廓点)，并实测井边点，同时实测窨井作为管线附属物处理;对于一室多井的情况，须实测所有窨井作为管线附属物。
2. 与权属单位的对接和对已有资料的利用
在地下管线探查工作开始前，应完成对区域内各管线权属单位已有管线资料的收集工作。对于采用非开挖技术施工的管线资料及因各种原因未进行规划审批报建的管线，应在外业重点排查。各单位对其提供资料的完整性、准确性负责，并签字盖章。已建立管线系统的单位，应提供 GIS 格式的管线电子数据;未建立管线系统的单位，应根据现有管线敷设情况，在现况调绘图上分别用彩笔标识出遗漏、改造、废弃和移除的管线，同时注明遗漏管线的建设年代、材质、管径(块)的尺寸等属性信息，作为普查参考资料使用，并签字盖章。
在前期整理的管线现况调绘图的基础上，进一步实地核查每一处明显管线点(包括管线附属设施及出露的管线点)，作详细调查、记录和量测，查清管线连接关系和属性数据，包括管线的性质、材质、压力、埋深、埋设方式、埋设规格(管径、管块大小、管孔根数、管沟规格等)、流向(或走向)、支管情况、建设日期、权属单位等。
对于采用顶管技术铺设的管线，由于在施工过程中管线的平面位置及埋深难以掌握，调查时应与各管线权属单位积极配合。成图时该线段用“穿越管线”线型表示，同时注明该管线段的施工方式为 “顶管”。对采用顶管技术铺设成发散状的多条管线(如电力、电信)，本次普查无须逐条探测，按常规方法进行。
3. 仪器探查
( 1) 作业内容
采用管线探测仪对金属管线(如给水、燃气、热水等)、加载示踪线的非金属管线以及电缆类管线进行探查，准确查出地下管线的中心地面投影位置及埋深。
( 2) 探查原则
从已知到未知;从简单到复杂;优先采用有效、快捷、轻便的方法;复杂条件下宜采用多种探查方式或方法互相验证。
( 3) 仪器校验
地下管线探测设备在投入使用前应进行校验，仪器校验包括单台仪器的稳定性校验及同类多台仪器的一致性校验;不符合要求的地下管线探测仪器不应投入生产使用。对分批投入使用的地下管线探测仪器，每投入一批(台)时，均应进行校验。
( 4) 探测方法和技术参数的选择
地下管线探测方法主要有电磁法、电磁波法。选用何种探测方法，应根据探测对象、探查任务、地下介质条件、干扰因素等，并经过方法试验确定。
1) 电磁法是地下管线探查的主要方法，是以地下管线与周围介质的导电、导磁性差异为物性基础。通过电磁感应或直接充电，使管线带有电流，在地面产生的磁场异常，在地面接收并研究电磁场空间的分布规律，从而达到寻找地下金属管线的目的。根据信号激发方式的不同，电磁法探测可分为磁偶极感应法、直接法、夹钳法、工频法、示踪法。
2) 电磁波法主要是用于探查深层管线(顶管、拉管)以及非金属管线。电磁波法(探地雷达法)是利用介质间的电导率、介电常数等电性差异分界面对高频电磁波的反射来探查地下目标体的。在地下一定深度内如果存在有异常物体，并且其与周围介质间存在明显的电性差异时，用探地雷达天线在地表向地下发射高频电磁波，当在地下传播的电磁波遇到异常物体与周围介质电性分界面时就会被反射回地表被接收天线接收，根据介质中电磁波传播速度和接收的反射信号及其双程走时，便可确定地下异常物体的位置和深度。
( 5) 隐蔽管线点探查
① 作业过程隐蔽管线点的探查作业过程如图 1 所示。
② 注意事项
1) 根据管线的类型、材质、管径、埋深、出露情况、地域情况及干扰情况选用合适的探查仪器、工作频率、探查方法以及天线模式等。
2) 根据收集掌握到的管线资料及现场一些管线的出露情况，判断管线的大致分布位置，可采用感应法快速沿道路横断面方向作平行扫描加以确定。
3) 遵循有效、快速、从已知到未知、从简单到复杂的原则，先探查位置比较明确、有较多明显出露点或附属物、探查信号较好的管线，如钢管材质的煤气管、有埋设示踪线接头较好的煤气 PE 管、给水管等。在对较容易探查的管线已定位的基础上，接着对探查条件较差、较难探查的管线进行探查。
4) 一般沿管线走向进行追踪探查，先探查主管后对分支管进行补充。
5) 一般先采用直接法、夹钳法等直接激发信号的方式进行。当管线分布条件良好时，可采用感应法探查，以提高作业速度。
6) 定位方法:一般情况下宜采用极大值法，在无干扰电磁场的条件下也可采用极小值法。极大值法，即用管线仪两水平天线测定水平分量之差 ΔHx 的极大值位置定位;当管线仪不能观测 ΔHx 时，宜采用水平分量 Hx 极大值位置定位;极小值法，即采用垂直天线测定垂直分量 Hz 的极小值位置定位。两种方 法 宜 综 合 应 用，对 比 分 析，确 定 管 线 平 面位置。
7) 定深方法:主要有特征点法(ΔHx 百分比法、 Hx 特征点法)、直读法及 45°法，探查过程中宜多方法综合应用，同时针对不同情况先进行方法试验，选择合适的定深方法。有电磁场干扰的情况下一般不宜采用直读法。定深点的位置宜选择在管线点或其邻近被测管线前后各 3 ～ 4 倍管线中心埋深范围内是单一的直管线，中间无分支或弯曲，且相邻管线之间距离较大的地方。
8) 对于非金属管道或深层管道，采用探地雷达进行探测时，应选用与探测对象的埋深和管径相匹配的发射频率;在一个探测点上应作两次以上的往返测量，以确认异常的可靠性;如探测对象无明显异常，应在该探测剖面前后作反复多次测量，以利于发现异常;要在探测点附近的已知管线上作雷达试验，剖面用于确定介电常数和波速。雷达探测工作结束后，应单独编写雷达工作总结报告，并附每条雷达记录剖面图和成果表，成果表中要有波速、双程走时、管线平面位置和埋深、同等地质条件已知管线的试验数据。
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9) 探查过程中，对于实地存在但技术条件限制无法探明、无法判定是否废弃、探测信号明显但与管线资料不符的管线，各管线权属单位应派相关工作人员进行现场指认。为保证项目安全高效开展，在普查过程中，对于现场发现丢失、损坏或无法打开的井盖等设施，各管线权属单位应及时配合予以处理。
三、已有管线数据核查
已有管线成果具有较高的利用及参考价值，普查过程中必须充分利用。对于已有管线数据的核查工作，所采用的技术手段与待普查管线采用的技术手段相同，但核查工作在探测对象、作业模式、数据处理、精度要求等方面具有一定的特殊性，需要特别阐述。
1. 核查对象
原则上对于年代久远的管线数据进行复测和补充调查，对于近几年的管线数据进行重点检核和补充调查。另外，根据各管线权属单位反馈的管线现况调绘图，重点针对与其相差较大的已有管线数据进行复核。
2. 核查内容
1) 管线位置及属性信息的核查，包括平面位置、高程、埋深、连通性及其他属性信息。
2) 管线改迁情况的核查，包括整条改迁、局部改迁、废弃与移除等。
3) 管线错误情况的核查，包括管线不接边、连接错误、相互关系矛盾、管位偏差等。
3. 核查原则
1) 已有管线数据的核查过程中，检核点的选取须遵循能够控制管线精度和质量的原则，尽量选取易漏、易错、变化明显的管线点进行检核。
2) 重点核查已有管线数据的平面位置、高程、埋深等信息，并对缺失项进行补充调查。
3) 重点核查存在道路及管线改造情况的数据。
4) 对于复杂条件、疑难管线或危险管线宜侧重核查。
5) 废弃管线必须经各管线权属单位确认。
6) 对不能准确判定是否移除的管线，不得随意删除。
4. 核查方法
在核查过程中，还应重点做好如下工作:
( 1) 探测有变动的原管线数据
对已有管线数据中改迁管线进行整体实地探查、测量;对已废弃或移除的管线，经实地探测，并经管线权属单位确认后，在现有管线图中做删除标记，重点明确废弃或移除管线的起点、终点。
( 2) 改正有错误的已有管线数据
①核对现有管线图，对图中存在管线连接不完整、连接错误、相互关系矛盾等情况的管线数据，经现场核查后，予以改正。②对大口径管线(含 DN300 以上给水管线、DN500 以上排水管线)抽样复查时，若发现复查管位与原管位偏差超过 0.5 m 的，以本次探测的数据为准，且应实地准确探查点位，进行标定测量，在图中将已有管线数据做删除标记，增加本次新探测的点位或管位。
( 3) 补测地面高程变化
①对于道路经过改造或路面由原水泥路面改为沥青(俗称白改黑) 等原因导致地面高程有明显变化的，应对受到影响到的各管线数据的地面高程值进行重新测量。②管线点的地面高程应逐点测量。四、地下管线信息系统数据库设计与隐患排查功能的实现 1. 数据库设计工作思路系统设计是将隐患分析、排查的思维融入管线管理的信息化建设中，坚持从大局着眼，用系统工程的思想方法把握全局，以需求为牵引，注重科学性、实用性、先进性、可扩展性和安全性，创建高效、简洁、实用、人性的工作环境。 2. 管线隐患信息管理针对管线隐患排查工作综合性、系统性与专业性较强的特点，设计了一套管线隐患信息管理流程，用于辅助各管线权属单位开展管线隐患排查工作，具体如图 2 所示。
3. 隐患信息有关设计
地下管线普查工作一方面要求管线探测单位全面查清测区范围内的地下管线现状，掌握地下管线的基础信息情况;另一方面要求管线权属单位同步开展事故隐患排查工作，限期消除事故隐患。因此，为确保各管线权属单位排查后的事故隐患信息能够通过本项目建设的地下管线信息系统进行管理、展示和应用，提出如下设计。
( 1) 隐患信息基本分类
根据各类管线的分布情况和实际特点，结合日常发现的各类隐患情况，针对各类管线隐患信息基本分类规定如表 1 所示。
( 2) 隐患信息数据结构
《城市地下管线普查工作指导手册》要求:事故隐患排查应全面摸清存在的结构性隐患和危险源，特别是要查清重大事故隐患，包括:隐患地点、隐患类别、隐患部位、隐患描述、责任单位、责任人、是否有安全标识、是否采取整改措施等。结合《安全生产监督管理信息隐患排查治理数据规范》(安监总厅规划〔2014〕97 号)的有关规定，制定地下管线隐患信息数据结构如表 2 所示。
( 3) 隐患信息模块及功能框架
该模块主要针对各类管线的隐患信息，为用户提供包括检索、查询、统计与分析等功能的决策支持。该模块功能框架如图 3 所示。
( 4) 隐患信息模块功能设计
该模块功能设计详见表 3 所示。
各个功能设计如下。
1) 隐患检索:选择执行后，弹出对话框，允许选择检索条件，包括通过隐患编号、管线类别、隐患等级、隐患状态、责任单位等参数进行精确或模糊查询，查询结果以表单形式显示。
2) 隐患查询:选择执行后，弹出对话框，允许选择查询类型包括点选、框选和多边形选择等，鼠标单击隐患信息点后显示其详细属性信息;鼠标拉框或绘制多边形等方式确定查询区域后，程序自动根据该区域查询所在范围内的隐患点，并显示其详细属性信息。同时，鼠标单击某记录项，可在地图控件上自动定位与之关联的隐患信息点。
3) 隐患统计:选择执行后，以交互式界面提供隐患信息的统计功能，用户指定统计参数，如管线类别、隐患类别、隐患状态、隐患等级等，统计指定区域内的管线隐患信息，并实现以柱状图、饼状图等形式显示统计信息。
4) 隐患影响:选择执行后，弹出交互式对话框，允许设置分析方式(包括单选、框选、多边形选择、输入隐患点编号等)、影响区域半径等，程序可快速分析出所选隐患点影响范围内的学校、医院、加油站、小区等信息，在地图上自动绘制影响范围，并自动计算隐患点与受影响要素之间的距离，分析结果列表显示，鼠标单击某一条记录，可实现按隐患点、学校、医院、加油站或小区等快速定位，为用户提供辅助支持。
5) 隐患查找:选择执行后，弹出交互式对话框，可设置学校、医院、加油站或小区名称及影响半径等参数，程序自动在地图上绘制影响范围，并分析在影响范围内的隐患点，列表显示其详细信息，自动计算隐患点与查找要素(学校、医院、加油站或小区)之间的距离，鼠标单击某一条记录，可快速定位至隐患点处。
4. 管线单位审查
检查确认无误的所有管线普查数据成果，需以图幅为单位打印成纸质资料交由管线权属单位进行相应的核查，确认管线信息是否正确，有无遗漏或错误，以确保普查成果完整、准确。管线权属单位若发现存在问题，则在纸质资料上存在问题的地方作出清晰的标记，并填写《权属单位管线审核意见反馈表》。针对审查发现的问题，项目施工单位应负责进行逐项整改，整改完毕后分别提交管线权属单位和项目监理单位进行核实，直至所有问题全部得以解决。这是完善整个管线信息系统隐患分析、排查功能的必要程序。——论文作者：邢 雷
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