摘 要：燃气-蒸汽联合循环供热机组主要为城市电厂，占地面积较小，各种管网设计较复杂。由于管网设计的要求均为地下布置，以减少占地，因此城市电厂地下综合管网的管理和维护比较复杂，而通过综合管网地理信息系统的应用使布置于地下的综合管网实现可视化，管理可控化，保证地下设备出现问题时可及时处理和防护。
关键词：综合管网；地理信息；探测；数据库
中图分类号：TP311；TU990.0 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）06-00-06
0 引 言
随着近年我国电力工业的持续快速发展，新建火力发电厂单元机组容量和参数不断提高。单元机组的热力系统日趋庞大和复杂。管网是一个纵横交错的巨大网络，具有复杂的空间和非空间属性，管网图纸和设备资料繁多。在传统工作方式中，由于各种原因，图档的更新和归档无法做到迅速及时；属性数据的采集、存储亦不能跟上发展的需要；数据无法综合利用，导致调度、指挥、决策缺乏科学、及时、有效的支持。基于上述原因，对旨在提高管理、决策、服务水平，创造良好经济效益和社会效益的电力企业而言，综合管网信息系统的建设势在必行。
目前电力企业对综合管网的信息化管理水平普遍较低，但这也为综合管网信息系统建设带来了新的机遇和挑战。正是基于这一点，电力企业才可更加方便地在建设综合管网基建工程的同时，同步进行综合管网数据建设，确保数据具有高精度、全覆盖等特点，同时还可避免今后再度进行综合管网普查，可有效节省资金投入。建立综合管网信息系统能够对电厂综合管网资源进行统一配置，实现最优的生产调度管理与综合管网资产的浏览、查询、维护，具有实时性、可靠性、先进性、安全性、经济性、操作简便易用等特点，有利于工作人员及时了解综合管网的情况并做出相应的控制和管理。利用GIS技术构建高效、合理、实用的管网信息系统，增强对管网的运营和监管能力已成为电力企业发展的必然选择。
1 京西热电综合管网地理信息系统介绍
1.1 机组及综合管网地理信息系统介绍
北京京西燃气热电有限公司（以下简称京西公司）工程建设3台9F（350 MW级）燃气轮机组成的燃气―蒸汽联合循环供热机组，采用1套“二拖一”+ 1套“一拖一”联合循环热电联产机组。单元机组容量大，热力管网系统复杂。庞大而复杂的管网系统对电厂建设设计和运行维护都提出了较高的要求。
综合管网地理信息系统是以计算机网络为载体，利用地理信息系统实现地下供水管线及其附属设施空间和属性信息的输入、编辑、存储、查询统计、维护更新和输出的计算机管理技术系统，为电力企业规划、建设和管理提供技术决策支持。本项目利用三维数字电厂系统的档案管理、视图注释等功能可以继续强化设计院三维设计的优势，将平面设计的内容转化为三维立体，更加人性化且便于操作，同时还可把三维设计的副产品变成一个数字化工厂，创造直接的效益增长点。运用本系统可完成电厂在计算机环境下的重现，其建设期与运行期的数据维护、档案管理、人员培训、检修计划的制订等均可在本系统中实现，极大地提高了管理效益和管理水平。
京西燃气热电厂地下管线地理信息是集中利用GIS技术、WebGIS技术、地理数据库等新兴技术，基于面向服务的SOA松耦合构架建立的综合管网一体化解决方案。通过本项目的实施，能降低各类管网的管理成本，加快巡检维修养护工作的处理速度，提高电厂的信息化水平。
1.2 系统设计
1.2.1 体系构架
系y采用面向服务的体系架构（Service Oriented Architecture，SOA）进行建设。系统各管网业务功能以“服务”形式提供给不同的业务应用，各功能之间相互独立，以“松耦合”协议机制进行组合。基于管网信息服务建立的丰富的应用功能模块可提供应用搭建和业务协同机制，支持用户对应用模型进行定义，并可灵活配置、扩展系统，实现数据与功能共享。
采用层次化体系结构进行建设，系统体系结构如图1所示。
（1）软硬件基础
主要包括系统建设所需的软硬件设备，是系统建设的基础，包括操作系统、数据库管理系统、MapGIS K9平台、安全防护软件及VPN、无线网、服务器等软硬件设施。
（2）管网信息服务
管网数据中心主要承担了数据资源的配置、管理与维护，通过元数据管理实现数据的分类与定制，通过功能仓库对功能单元集中管理，为业务应用提供可配置式搭建平台。不仅解决了多源异构数据的处理难题，还可以充分利用现有系统资源，减少浪费。以管网数据中心为基础，管网信息服务可提供符合Web Service和Web2.0的标准。提供符合W3C标准（提供WSDL接口描述）的Web服务接口，如地理信息服务、管网业务信息服务、服务管理、运维管理等，为不同的管网业务功能模块建设提供丰富的服务资源和实现手段。
（3）搭建配置式开发平台
搭建平台系统通过各基础模块（功能模块、页面模块、流程模块）组成最基本的服务模块，作为最底层的支持，进而完成各子功能的封装，由子功能的叠加使用形成各业务线，并最终形成功能完整的业务系统。
（4）系统应用
以管网信息服务为基础搭建配置丰富的综合管网信息系统，为综合管网管理单位创造管网信息的信息化管理平台。
（5）组织领导与运营机制
管网管理单位组建信息化管理中心，通过系统的运行，归纳总结真正适合综合管网管理单位的运营管理机制。
（6）标准规范体系与安全保障体系
以国家和行业标准规范为基础，结合管网管理单位实际的管理规范、运营机制，制定一套符合管网管理单位运行的标准规范体系和安全保障体系，主要包括数据处理规范、接口规范、数据系统使用规范、服务器管理规范等来保证系统安全稳定的运行。 1.2.2 软件架构
为扩大综合管网信息系统建设的影响力，在与企业内网进行充分融合的基础上，基于C/S模式构建面向管理人员应用B/S模式。同时，在各GIS系统进行门户集成的基础上，外网用户可通过权限控制实现对系统的访问。
C/S：面向综合管网管理单位的专业管理人员，提供专业而强大的数据录入、数据管理、数据分析、数据维护、系统维护等功能，确保数据的完整性、正确性，为综合管网业务信息化奠定数据基础。
B/S：采用Flex技术集成大量的综合管网业务功能，管理单位用户可通过浏览网页的方式，简单快捷地浏览、查询、分析综合管网数据，实现管网信息的共享，降低系统使用复杂度，提升用户工作效率。
相对单独采用C/S或B/S模式，本方案采用C/S与B/S混合模式进行建设。该模式的优点在于可经济有效地利用内部计算机资源，简化部分可简化的客户端，既保证了复杂功能的交互性，又保证了一般功能的易用与统一，且系统维护简便，布局合理，网络效率高。
1.3 数据建库
分析评估数据源，明确数据源后再对数据建库的技术方案进行选择。各专题数据库中的数据按其性质可分为空间数据和属性数据，二者可以统一建库，即在建空间数据库时，同时录入属性数据，也可将空间数据建库、属性数据录入分开进行，最后建立关联，统一管理。
综合管网数据建库方案包括地形图数据处理和管网数据处理。
1.4 系统功能实现
系统功能实现见表1所列。
2 具体方案实施
2.1 现场应用
系统现场应用分为如下三个阶段：
（1）数据建设，将京西公司纸质图信息录入管网GIS系统中建库，实现电子存档，智能管理；
（2）专业系统建设，与互联网结合，主要针对巡检维修和管网的二次管理；
（3）信息化集成共享，强调实时数据的展示分析和历史数据的挖掘，在各业务之间共享信息，全面实现智能化办公。
现场应用流程图如图2所示。
对厂区建筑进行三维建模，厂区景观采用PDMS三维建模，使用3DMAX做后期处理。不仅能够显示并查询厂区内的楼宇和主要设备的位置，还能够与地下三维GIS系统有机结合，确保数字三维效果的连续性和完整性。
外业探测得到的点表和线表建网入库，并将点表和线表中记录的管件设备的属性根据用户需要自动导入管网中，以达到管网图形和属性的统一管理。范围包括综合管线隧道、生活给水管线、补充水管、天然气管、事故排油管、循环水管、生产排水管、服务水管、生产/生活排水管、热网隧道、雨水排水管、消防水供水管、氢气管、电缆沟（隧道）、采暖制冷管、生产给水管、酸管、压缩空气管、地下接地网管线、地下部分的阀门井、直埋电缆等电厂施工过程涉及的地下隐蔽管道、管线、井和阀门等。
2.2 实地探测
2.2.1 探测范围及分类
以图纸为依据，经实地探测后，将北京京西燃气热电厂面积约158亩范围内的地下管道及管线进行分类。并查明各类管线的走向、埋深、管径，标明特征点，包括管线起止点、阀井、分支点、拐点等。将管线性质特征点编制成“管线点成果表”，以便建立管网数据库，方便计算机绘图使用。现场管线分类见表2所列。
探测采用先进的RD4000系列探测仪和先进的探测方法，详细查明了京西燃气热电厂的地下管网分布情况，把测量范围内所有使用的管线都由源头追测到入户或出户，形成了完整的管网综合网络，为今后的管理工作提供了一份翔实的基础资料，并最终实现计算机管理。本次探测结果经京西热电厂有关部门验证，达到了合同规定的要求，外业探测工作可较好完成。
2.2.2 探测方法及质量评述
本次管线探测采用英国雷迪公司生产的RD4000系列探测仪两台，分两组进行。该仪器具有连续追踪、多频发射、声响提示、表头指示、抗干扰能力强及测深直读等优点，是目前国际上较理想的通用仪器。在管线简单的情况下，平面定位误差≤15 cm，埋深定位误差≤0.15 H。其探测深度对钢质管道可达5～8 m，铸铁管道达3～8 m。由于院内地形复杂、管线类型和管材性质多样，为保证质量，分别采用有源方式和无源方式进行探测。有源方式又分为感应法、直接连接法和夹钳法。无源方式主要采用工频法。
（1）感应法：将发射机置于被探测管线上方或旁侧，作水平发射或垂直发射，接收机在地面追索管线的走向和定位。这种方法适用于干扰较小、未埋深的金属管道的追踪；
（2）直接连接法：将发射机的输出讯号接在被探测管道的出露点并构成讯号回路，以增强目标管线检测信号，提高探测深度；
（3）夹钳法：利用一个闭合的夹钳套在被测管道上，发射信号通过夹钳中的线圈耦合于被测管道。该法适用于前两种情况之间的管道探测；
（4）工频法：在输电电缆的探测中，通过测量交流电所产生的交变电磁场或其高次谐波成份以达到定位目的；
（5）信号检测方式分为水平分量检测，垂直分量检测与水平分量垂直梯度检测。
2.2.3 特征点的确定
特征点是管线探测结果的重要资料。对于有露头的地方首先探测，然后揭露实测，确定其深度、性质和管径等。对于没有露头的拐点、三通、四通则进行反推，最后汇聚并在其最近的露头点确认。在实地用红漆做“十”字标记，并记录各种属性信息。
2.2.4 图件的编制
本次外业探测主要提供原始基础资料，为后阶段的计算机成图建立数据库所用。鉴于此目的，将成果资料以1：500地形图作为底D，地面上的建筑物及标志均以底图为准，仅增加绘制探明的各类管线、管道。
2.2.5 生产和管理的实际应用
地下管线探测的准确性为之后的三维建模提供了准确、可靠的数据： （1）利于规划设计：地下管线的准确性具有准确的参考数据，对管线的三维建模地下管线的碰撞分析起到决定性作用，为管道设计提供了极大方便；
（2）提供工作建议：地下管线因为具有隐蔽性，即使专业人员也无法完全准确掌握地下管线的情况，若遇到不清楚的厂区地域，可以通过外业探测数据迅速掌握情况，为日常工作带来很大便利。
3 具体实施情况
3.1 建立电厂管网数据库
实现从源头到用户的管网相关资料的统一信息化管理，如管道、阀门资料及相关施工、维修、养护资料等。改变了电厂管网资料传统的管理方式，所有资料电子化存档，可有效改善纸质资料混乱的情况与人员流动产生的资料断档等情况，既方便了电厂人员对厂内管网资料的管理，又有利于资料的延续。根据其他电厂对该系统的使用情况统计，每年节省纸质资料费用与资料人工管理费用数十万元。
管网数据库完成了22种管网数据入库，管线总长超过29 700 m，完成了补充水、工业废水、暖气等七种管网设备供55张照片的入库工作。具体如图3和图4所示。
3.2 系统综合信息生成
系统能够对管网数据进行拓扑完整性和数据一致性检查，提供拓扑连接检查、字段值重复检查及孤立点、孤立管段、超近点、超近点线、重叠管段、管径异常、飞点等一系列检查工具，能够对数据的错误进行检查和自动校正，保证数据的完整性。图5所示为类似CAD编辑的管网设计图。图6所示为点击查询污水管网属性信息。
系统可根据统计条件快速生成多种形式的统计图表，对任意范围内的管网进行统计，如属性统计、区域统计、条件统计、管网资料统计、专向统计等，并可将统计结果生成各种直观的统计结果图，还可将统计结果保存为统计方案，以便下次快速查询统计信息。阀门统计结果如图7所示。生活水全设备汇总结果如图8所示。
系统可自动绘制出符合规范的横、纵断面图，显示电厂管网的地下分布状态或坡度状态。并可在断面图与管线地图之间进行联动操作，查询管线和剖点处的属性信息。极大地方便了工作人员对电厂管线的数据管理。横断面三维图如图9所示。
二维地图仅能够直观展现综合管网的平面位置，而管网的埋深等相对地面的高程信息无法直观展现。系统支持综合管网的三维建模与展示，可生成电厂任意范围内的管线三维立体图，辅助电厂工作人员了解厂内管网的分布、走向、埋深等，同时系统提供基本的三维操作和查询功能，方便电厂工作人员查看数据。系统爆管分析图如图10所示。
当厂内突发爆管事故时，工作人员可以利用系统智能分析出最佳的关阀方案，并将需要关闭的阀门、停水范围、停水用户等重要信息以图形和报表的形式及时反馈。同时还可生成、打印阀门启闭通知单、用户停水通知单、现场维修图等，协助抢修人员施工。
3.3 综合管网地理信息系统的创新点
北京京西燃气热电有限公司开发的综合管网信息系统以外业科学实地探测获得的数据为依据，以计算机技术为基础，以数据库技术为核心，达到了国内外先进水平。
合理规划资源的使用，充分利用现有系统资源，建设一个全面、完善的管网信息系统，以实现发电企业生产期间的“生产过程自动化，经营管理科学化，企业办公网络化，岗位人员全能化”，提高企业的核心竞争力。
（1）电厂管网数字化：建立电厂管网数据库，实现从源头到用户的管网相关资料的统一信息化管理。
（2）管网管理动态化：系统可以实现电厂管网资料的动态管理，能够方便地将改扩建工程的管网资料添加到数据库中，结合GPS和其他测绘数据，实现管网数据的同步更新。保证管网空间数据的拓扑完整性、属性数据的准确性、现势性。
（3）电厂管网可视化：系统实现管网及相关资料在地图上的可视化查询、统计、打印及输出，提供对地下管线的横、纵断面图查询及三维可视化浏览，为管网的规划、设计、改扩建、维修提供准确翔实的管网资料。
（4）决策支持智能化：使用管网地理信息系统进行管网数据的管理，可有效减少管网事故的发生，同时对于地下管网发生故障后的抢修决策提供快速准确的判断和处理措施。
（5）管网信息集成化：可实现综合管网信息的有效集成，在地图上直观展现实时监测的综合管网属性信息，结合手持系统，可以在线查看当前巡线人员的位置等，为领导全面准确掌握厂区综合管网系统的运行状况提供支持。
4 结 语
通过综合管网信息系统项目的实施，可全面整合和集成综合管网信息资源，全面掌握综合管网信息资源的类型、数量等，摸清电厂综合管网系统的建设情况，促进各部门资源共享，为综合管网信息化的可持续发展打下坚实基础，实现对综合管网信息资源的科学化和规范化管理。系统建成后，可以在该系统上进行相应的管网分析，辅助提供科学决策依据，优化管网设计，有效节约公司后期维修改建成本。综合管网信息系统可根据事故报告位置，快速在地图上实现定位，进行网络分析，使运行人员能快速到达现场，提高抢修效率，缩短故障时间，减少公司的经济损失。
综合管网信息系统更进一步促进了企业管理模式的转变，从传统的依靠经验管理转变为依靠精确的数字分析管理。为京西公司现场管网系统提供完整、全面的信息化解决方案。针对现场管网的实际业务需求，基于GIS、数据库、数据中心、通信等先进技术，以基础地形图和综合管网数据为基础，注重综合管网管理业务移动化、综合信息集成化、运营管理服务化，实现综合管网空间、属性数据和业务数据的统一动态管理。
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