一、智慧管网的重要性及发展状况
随着城市规模的不断扩大，城市设施的不断完善，新老城区的发展改造，城市管网体系日益庞杂，构成了城市运行的“血脉”和“神经”。
进入21世纪以来国务院两次就城市地下管线管理工作做出重要批示，2013年国务院发布的《关于加强城市基础设施建设意见》中要求加强对城市地下管线的建设管理，2014年国务院办公厅颁布了《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，提出利于“示踪标识、无损探测与修复、非开挖、物联网监测和隐患事故预警等先进技术”加强城市地下管线的智能化建设工作。另外，建设部136号令明确要求强化管线档案管理工作。因此在建设智慧型城市中强调建立智慧管网体系，符合城市现代化发展要求。
综合来看，目前我国城市管线管理面临以下四方面问题：
1、管线空间信息不准确。城市各类管线数据错综复杂，外部地貌和原始参照物变化，管线数据更新不及时，导致实际情况与管线数据不符或者偏差较大，严重影响现代化城市的精细化管理，增加了管线在后期运行维护过程中的成本和风险。
2、管线运行状态监测手段匮乏。目前针对管线领域的综合状态监测手段匮乏，大部分事故和故障都是在表现到路面以上才被察觉，实时性较差。同时严重制约了科学化、高效化管线日常运行管理制度的推进。
3、管网事故预警手段不足。大部分管线事故与故障属于事后处理，当管线事故发展到普遍可见程度时才被发现，部分事故处理难度巨大，对应急抢险工作提出了极高的要求，非常不利于有效控制事故风险。
4、管网数据兼容性差。城市地下管线权属单位众多，各行业管线数据兼容差，管线管理部门很难拿到与现场一致的综合管线图。难以为施工建设和故障抢修提供全面、及时、高效的服务，各管线单位缺乏有效的、统一的协调、组织管理。
二、智慧管网解决方案
1、北京无线电计量测试研究所介绍
北京无线电计量测试研究所，创建于一九五七年十二月五日，主要从事微波、无线电、电磁兼容、时间频率、电学等计量测试技术前瞻性研究和量值传递，以及计量仲裁、精密测试、计量保障；从事晶体元器件、频率合成器、守时与授时设备研制；承担自动测试/诊断/校准设备及信号模拟器、接收机等无线电产品的研制和生产；开展智慧市政、海绵城市、虹膜识别及安检门等民用产品研发。
北京无线电计量测试研究所以计量测试技术为总体，以溯源性研究为主线，发展计量校准技术、频率控制技术、自动测试技术和物联感知技术。拥有CNAS、DILAC检测和校准实验室、CMA资质认定实验室，是中国宇航学会计量测试专业委员会主任单位。
2、智慧管网项目概述
智慧管网项目是航天技术不断探索军民融合发展之路的又一重大实践，对保障城市“生命线”安全、稳定、高效运行具有重要意义，是航天技术进军“智慧城市”应用领域的重要组成部分，更是满足我国地下管网安全运行的迫切需要，在维护国家利益层面意义重大。
城市的地下管线工程是一个复杂的系统，具有隐蔽性、多源性和多权属等特点。而复杂系统的顶层设计是我国航天系统工程的重要理念，经过多年的探索和实践，积累了丰富的理论和实战经验。北京无线电计量测试研究所在智慧城市建设领域率先提出建设服务于城市地下管线安全运行的智慧管网管理系统，以服务民生的所有类型地下管线为管理对象，以地下管线精确定位为基础，全面掌握管线的分布情况，感知管线破损、故障、污染等事故，对管线事故提前预警和预测，对管线相关的静态和动态数据提供全方位的管理支撑，构建覆盖所有类型地下管线的全生命周期综合管线管理软件平台，
针对目前国内管线管理面临的问题，能够实现管线管理方面四个目标：
（1）给管线绑定身份ID 信息，实现精确管理。通过基于RFID技术的管线电子标识系统，将管线“电子身份证”固定在埋地管线的关键部位或者特征点上，来识别埋地管线的位置、埋深、管径、管材、用途、输送介质种类、压力、流向、敷设日期、施工单位、维护记录、使用年限、剩余年限、权属单位、维护单位等信息。
（2）全方位感知管线状态，为智能化管理提供数据支撑。综合应用物联网、云计算、MEMS等技术，通过数据集中器，获取管线运行状态的实时监控数据，为管线预警应急管理提供可靠支撑，进而保证管线安全运营，有效帮助管理部门实时监测管线的运行状况，及时发现异常，排除故障隐患；在故障发生后快速确定故障原因，降低危害，同时为管网的优化和改扩建工作提供辅助，避免产生爆管、停水、停气等具有恶劣社会影响事件的发生。
（3）利用大数据挖掘技术，实现管线状态智能化诊断。通过故障诊断和健康管理模型，分析管线相关数据，提前预警管线可能发生的故障，针对高风险或者老化管线，制定施工修复和抢修预案，启动应急抢修业务，实现管线故障的提前预报，并且利用故障诊断和预测算法对管线的剩余寿命进行预测。
（4）构件管线数据综合化管理平台和数据规范，打破原有壁垒。建设综合管线管理软件平台来实现多数据、多业务、多部门的整合。促进管线信息完整、准确、互通、共享、集中管理，整合地下管线信息资源，建立共建共享机制，实行集中统一管理，杜绝拉链道路的产生，避免盲目施工损坏管线。同时在综合管线管理软件平台建设中还注重标准规范的制定，标准化是管线信息共享和集成应用的重要前提，采用统一的标准是从源头上保证数据生命力的基础。通过制定统一标准的地下管线数据，可以促进技术综合应用，减少“数据浪费”，杜绝“数据废品”。
3. 智慧管网产品介绍
（1）管线电子标识系统：主要包括地下管线电子标识器、标识器探测仪和上位机服务系统。
基于RFID技术的地下管线电子标识器主要为地下管线提供身份编码，通过标识器探测仪获取近场耦合的能量，将自身的编码信息传递给标识器探测仪。标识器探测仪通过获得编码信息，在数据库中查询对应管线的相关属性信息，包括：管线类型、管径、材质、埋深、权属单位、建设年代等。上位机服务系统用于存储管网的拓扑和属性信息，同时具备管网数据管理、巡检工单派发和应急事件处理功能。
（2）管线状态感知系统：主要包括管线运行状态的前端传感设备和数据解析存储软件。
地下管线状态系统的前端传感设备主要基于MEMS技术，能够实现不同应用现场下的多源数据采集功能，包括：供水管网的流量、压力信息，热力管网的温度、湿度、压力 、流量信息，燃气管网的气体浓度、积水信息，排水管网的液位、气体浓度信息，电力管网的温度、开挖信息，以及金属管网的内、外腐蚀和全部井盖开盖信息。
另一方面，由于地下管线深埋在地下，对管线状态数据进行采集还需要克服地下通讯信号传输不稳定的缺点。管线状态感知系统的全系列产品兼容2/3/4G、NB-IOT、Lora通信方式，使得其能适应不同的应用场景和业务需求。
管线状态感知系统数据解析存储软件部署于上位机，主要用于接收解析和存储管线相关的状态信息。将数据划分为空间数据，基本属性数据，动态传感数据、业务数据。空间数据存储管网相关的空间属性信息，基本属性数据存储管网自身的静态数据（如：管线类型、管径、材质、埋深、权属单位、建设年代等），动态传感数据用于存储不同类型传感设备的原始数据，业务数据用于存储与实际业务相关的过程数据或结果数据，进而方便可视化引擎、状态展示、模型分析，专业或综合决策等不同应用模块的数据需求。
（3）管线故障诊断预警系统：状态传感数据智能分析
利用管线状态的历史数据、各个传感器在线采集的状态数据、管线特性数据，通过构建综合的故障诊断、预测与健康管理（PHM，Prognostics and Health Management）模型，预警可能发生的故障，同时对监测到的管线故障报警，通过综合分析对管线的健康状态进行评估，及时制定施工修复和替换预案，并且能对某些特殊需求的管线进行专项分析，对管线剩余寿命进行预测，对危险源和危险区域进行辨识和管理，进而有效的避免灾害事故的发生，提高地下管网运行的安全性，实现对地下管线安全运行管理过程中各项事故的防患。
（4）综合管线管理软件平台：信息共享
通过综合管线管理软件平台打破管线权属部门之间的信息孤岛，盘活管线资源，实现管线管理业务系统与其它业务系统之间互联互通。运维管理能够实现各个管网业务系统用户统一认证授权管理以及监控平台用户活动。综合管线数据管理能够整合综合管线、施工建设、运行维护、应急抢修等各类信息资源，实现管线空间资源“一张图”，合理且有效地指导管线工程应急工作。辅助决策能够综合各个系统业务数据得到管线当前运行状态、事故风险系数、风险控制能力和风险承受能力等综合指标，为领导决策提供更好的支持。
三、实际案例解析
1.苏州太湖新城智慧管网项目
地下管线是太湖新城基础设施的重要组成部分，也是太湖新城规划、建设和管理的重要基础信息，是太湖新城赖以生存和发展的物质基础。传统的地下管线管理系统和模式难以满足管线综合管理和安全运行的需求。苏州太湖新城建设方对太湖新城内的地下管线建设提出了智慧化要求，希望实现给水、排水、燃气、热力、供电、通信等主要管线各项管理工作的科学化和自动化。北京无线电计量测试研究所主导的苏州太湖新城智慧管网项目使太湖新城具备全方位、多手段的地下管线综合管控能力，控制地下管线安全事故的风险，为安全对标分析、事故应急处置提供全面的信息辅助决策，对保障太湖新城地下“生命线”的安全意义重大。
2.北京未来科学城项目
北京未来科学城定泗路智慧管网示范工程将着重提升城市地下管线综合管理水平。主要是通过智慧化、信息化管理内在的“四性”（系统性、网络性、程序性、透明性）来推动城市地下管线管理资源优化整合，从而实现精致精细管理、快速高效反应，达到提高管线管理水平、公共服务能力、应急救援速度的目的。本项目对提升城市地下管线精细化管理水平和应急水平的具有重大示范意义，对于创新管线管理工作模式，加强管线信息资源整合，提高城市安全性，以及有效解决人民群众密切相关的管线问题都具有十分重要的意义。
王旭
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