地下管线管理信息系统
一、概述
地下各类管网、管线是一个城市重要的基础设施，它不仅具有规模大、范围广、管线种类繁多、空间分布复杂、变化大、增长速度快、形成时间长等特点，更重要的它还承担着信息传输、能源输送、污水排放等与人民生活息息相关的重要功能，也是城市赖以生存和发展的物质基础。
随着我国城镇化进程的不断深入，传统的城市地下管线二维管理模式，已根本无法满足当今人们对地下管网、管线大数据信息分析、表达、应用的实际需要。基于此，众智软件审时度势并充分利用多年来在三维领域的研究成果和自有核心技术，自主研发了一套全新的地下管线数据资源汇集管理信息平台——3DPLINE城市三维地下管线管理系统。该系统可有效地将各类地下管线资源融入在系统之中，全面实现了地下管线数据信息的二三维一体化，以及动态更新与专业属性数据的整体同步。此外，系统还可融地理信息、业务办公和辅助决策等地上、地下建筑规划管理模块于一体，采用虚拟仿真技术一揽子解决地下管线管理中所发生的诸多问题。不仅有助于避免市政建设过程中道路的多次开挖，而且还可大大降低施工中地下设施的矛盾与事故隐患，提高管线工程规划设计、施工与管理的准确性和科学性。大量节省规划审批中挖路断面、确定管线走向的时间和费用，最大限度地减少因规划失策所造成的经济损失。
另外，系统还可根据管网空间数据，实现城市三维地下管线的可视化管理，支持城市地下管线的漫游和三维成果自执行文件格式汇报，且可满足城市管线管理人员和技术专业人员的规划设计、方案设计、施工图设计等不同阶段的需要。
城市区域地下管网鸟瞰图
二、建设目标
1、通过对城市地下各类管线基础数据资源的有效整合与配置，进一步推进数字地理空间信息平台建设，全面实现数据管理部门和应用部门之间对数据资源“集中管理、分部应用”的共建共享。
2、实现对决策基础数据资源的数字化、可视化管理。通过全新的GIS技术，将地图元素和地下空间信息融入到管理系统之中，并采用三维模拟技术对地下管线进行详实的展示，真正意义上实现城市决策信息资源的数字化和可视化，充分体现出辅助决策的科学性和先进性。
3、提高政府应对公共安全和突发公共事件的处置能力。面对城市突发应急事故，政府可在第一时间内了解到灾害发生地周边管线的分布情况，协助管理者快速协调调用相关资源并完成应急处置，最大限度地确保将突发公共灾害事故的危害降至到最低限度。
4、全面提升城市地下管线基础数据的管理水平。既可实现对局部地区地下管线空间分布状况的查阅，又可对城市区域地上地下管线进行全景模拟浏览，全面实现城市地下管线的三维显示与管理，使得本来在平面显示下错综复杂的管线变得更加清晰明了。
5、在实现地下管线的三维可视化管理、存储、查询、分析、定位等功能基础上，系统还可用于对单种管线情况的研究和各种管线整体分布情况的多种专业分析（如垂直净距分析、水平净距分析、覆土深度分析、道路扩建分析、范围拆迁分析以及最短路径分析等）；既可使管理人员用以指导工程施工，又可使业务人员用来做新区规划或管线设计的工具，彻底改变业务人员的办公技术条件，从而也使得管理工作更加得心应手。
3DPLINE城市三维地下管线管理系统是一款以计算机网络为载体，以全新GIS为平台应用技术，在全面整合城市地下综合管线数据资源的基础上，创新推出的一套完整的城市地下综合管线数据资源管理数字化、可视化的三维管线管理系统。
三、技术优势
1、管网自动建模
传统的管线竣工资料和探测结果大多是二维矢量线数据，本系统可对二维的平面坐标、埋深、管径等成果数据（包括管线CAD图、实测数据、二维GIS）以标准格式导入，自动生成管网空间拓扑关系图和批量生成三维管线模型、关联属性数据库，并且可在软件内直接自动绘制成图，大大方便了技术人员的日常规划设计和维护设计业务工作。
管网自动建模示意图
2、三维管网模型编辑与维护
系统支持在三维场景中任意编辑管线模型（添加、移动、废弃），支持管线模型节点坐标的自由移动，能够同步实现对管线属性数据（类型、覆土深度、埋深、管径、材质等数据）的维护，使得管网数据更新工作变的更加快捷方便，同时也大幅降低了技术人员的工作强度。
地下管网三维效果视图
3、三维管网模型拓扑分析
完全摆脱对二维管网数据的依赖，可直接在三维管网模型上进行拓扑分析，彻底解决了二维数据模型无法进行拓扑分析的技术难题。为爆管分析、开挖分析、覆土深度分析等提供技术支撑。
三维管网模型拓扑分析图
4、丰富、规范的管件模型库
系统提供标准尺寸、规格的模型库（例如法兰、流量计、弯头、蝶阀、止水阀等），既方便用户在指定位置添加管件，又可大大节省建模的时间。
管件模型库
5、业务数据整合方便快捷
市政管网业务数据包括：属性信息、实时监测数据和历史数据等，主要以关系型数据库的形式存储，数据管理员可以方便地在逻辑层面操作数据库，快速自动关联三维管线模型和业务数据库，可大幅度降低数据冗余、数据不一致率和数据处理的时间成本，使得项目实施更方便、快捷，成本更低。
关系型数据库（二元主数据）解决方案
6、地上地下全景三维模拟
系统采用自创的全新三维技术，可将地面上的建筑、绿地、道路、周边设置以三维叠加的形式完整地展现出来，从而构建一个虚拟城市地上地下的整体三维场景，逼真地将地下管网的细节展现出来，使得本来在平面显示下错综复杂的管线变得更加清晰明了。同时还可根据管网空间数据，实现城市三维地下管线漫游，全面实现城市地下管线的三维显示与管理。
地上地下全景模拟图
四、系统功能
4.1 系统框架
3DPLINE城市三维地下管线管理信息系统，是众智软件在其强大的自主三维仿真技术平台的基础上研发的一款软件产品。由管线审核入库、运行管理、应用出图和后台维护等多个子系统构成，涵盖了地下管线中的所有问题。生动的三维场景，灵动的三维功能，彻底摆脱二维管理的桎梏。系统直观、简便、科学，开创了地下管线三维系统的里程碑。
系统框架图
4.2 设计原则
（1）技术先进、成熟、可行，功能上便于配置、升级、维护
系统采用全新的成熟开发技术，运用行业最新的地理信息基础平台技术，创建海量GIS数据管理，所采用的组件式GIS技术，具有开发效率高，投入成本低等特点。
系统按照开放式功能结构设计，不仅可在不改变系统框架的前提下，灵活实现系统功能的增减和功能模块的升级，而且也大大方便了系统的配置与维护。
（2）完善的管线数据维护和应用功能，性能稳定可靠
系统设计依据城市地下综合管线建库、维护、应用的实际需要，并充分考虑地下综合管线内、外业测绘成图的特点，以及涵盖管线数据维护和应用功能，在性能上突出数据计算高效，系统运行速度快且稳定可靠。
在管线设计成果入库上，突出支持管线CAD图、实测数据、二维GIS等多种格式数据的标准导入，严格管线监理检查机制，并能灵活处置各种异常数据，实现高效准确的入库更新机制和算法，具有强大的管线数据编辑功能和历史数据管理功能。
在管线查询分析专业应用上，重点突出了断面分析、路径分析、爆管分析、碰撞分析、流向分段等网络专业分析功能以及三维展示等功能。
4.3 系统主要功能
4.3.1 审核及入库
3DPLINE城市三维地下管线管理信息系统对新建管线，设计了审核入库功能，可根据国家相关标准规范对管线进行检测，确保管线建设科学合理。
审核功能包括对：覆土深度检测、水平垂直净距检测、连通性检测、管线负荷检测；入库包括：国家标准录入、二三维管线成果入库和数据入库等。
入库管理。系统专门研发的一款兼容三维、二维、矢量和位图等多种数据格式的三维数字城市地下管线管理系统，对通过审核的管线覆土深度、水平垂直净距、连通性、管线负荷检测等成果进行入库管理，实现二三维一体化与地下管线管理提供辅助决策支持。
系统尤其针对三维仿真数据模型设计了科学的管理机制，对海量的空间数据浏览和管理更具有卓越的性能，特别无缝兼容城市规管电子报批的三维成果数据并与之互动，构成三维政府辅助决策功能。
系统审核及入库框图
4.3.2 管网标注与统计
4.3.2.1 管线标注
管线标注主要包括：坐标标注、属性标注、流向标注、管线长度统计等功能。
1、坐标标注
可在管网任意节点位置上进行坐标信息标注，也可对所选定的实体节点坐标信息进行标注。坐标标注的样式为固定的，不可修改。
2、属性标注
在设定管线或管点标注属性内容后，可对管线或管点的属性进行标注。标注方法简便快捷，既可通过标注字段选择对话框对所选择的某个实体进行单个自行选择标注，也可实现对所选实体的多个字段信息进行组合标注。
属性标注示意图
3、流向标注
可根据管网中各设施的开闭情况以及管线的拓扑信息，由管网系统自动计算出每根管线中的介质流向，并将流向标注在三维场景中。
管线流向标注三维效果示意图
管线流向分析数据图表
4.3.2.2 管网统计
1、管线长度统计
系统具备管线长度自动统计的功能，即系统可对指定区域内满足管线长度范围内的管线个数、总长度自动做出准确的系统统计，并可将所统计出的结果直接生成图表或导出Excel格式文件，大大降低了业务人员的工作强度。
管线长度统计图表
2、区域统计
系统可根据用户自己设置必要的查询条件，对任意指定的某一区域内管网的所有管线数量、管线长度、管点数量进行详细的区域管网信息综合统计功能，并可将统计结果直接生成图表或导出Excel格式文件。
区域官网信息统计图表
4.3.3 管网布置
4.3.3.1 管道布置
在管道布置方面，系统可对管道的净空高度、通道宽度、基础标高等数据进行提取，并对照国家《城市工程管线综合规划规范》GB—50289—98和“化工装置设备布置设计工程规定”进行比对，对违反规定超出标准的管线及管点部位给出高亮显示，同时给出一个解决方案，如架空、埋深或管沟敷设。
管道布置与标准比对示意图
4.3.3.2 阀门布置
在阀门布置方面，系统可对阀门的具体布设位置进行优化，选择在容易接近、便于操作、维修的地方，对成排管道（如进出装置的管道）上的阀门采用集中布置，对平行布置管道上的阀门，选择中心线取齐，对于减少管道间距，采用阀门错开布置。
4.3.3.3 连接件布置
在连接件布置方面，系统可对管网内所有连接件布放的位置进行优化和自动提取，可便于设计人员将连接件选择在看得见、便于安装焊接和便于检修维护的位置上，以避免连接件不合理设置现象的发生。
4.3.4 管网查询
系统具备强大的属性查询、区域查询、条件查询、图形查询、管线检测等查询功能。
4.3.4.1 属性查询
在查询功能模块中，用户只需选中要查询的管线、管点或地物后，即可显示出所选实体的属性信息，实现了既査即所得的快速检索形式，大大方便了业务人员的日常工作，并可将查询结果直接生成图表或导出Excel格式文件。
属性查询图表
4.3.4.2 区域查询
用户只需在管网主视图上单击鼠标确定某一区域，即可实现对该区域的矩形、多边形、圆等各种形式的查询。查询结果在图上以高亮度显示并以列表形式显示出查询结果信息，直观详细地查看到所选管线的起始埋深、终止埋深等多种属性信息。
区域查询示意图
4.3.4.3 条件查询
系统提供了灵活简便的简单条件查询界面，用户可采用勾选管线图层的方式，即可快速设置完成所需的查询条件，查询结果以列表形式在图中进行显示。
条件查询示意图
4.3.5 管网综合分析
管网综合分析是城市规划设计中必不可少的重要组成部分。本系统是由众智公司建筑专业技术人员和软件研发专业人员，在历经多年的专业实践和在对众智地下综合管线软件积累的基础上全新开发而成，
系统可根据管网、管线空间数据和自动生成的管网、管线空间关系图，提供强大的管线综合分析功能，如：横断面分析、纵断面分析、覆土深度分析、爆管分析、水平净距分析、垂直净距分析、开挖分析、连通性分析、开关阀门分析、道路扩建分析、范围拆迁分析以及最短路径分析等。
4.3.
5.1 纵横断面分析
1、横断面分析
在无需实地开挖管道的条件下，系统可根据任意选取的两点上直接生成地下管线横断面分析图，并从主视图中查看到该位置上的管道材质、埋深、管径、长度、历史年代信息及管线间距等信息，且支持图层、数据的EXCEL文件导出和打印等功能。
地下管线横断面位置选择主视图
横断面分析图
地下管线横断面数据分析图表
2、纵断面分析
纵断面分析与横断面分析的目的一样都是用于对管线、管点的分析，系统也可在任意指定的位置上直接生成纵断面剖视图，并从视图中查看到管道材质、埋深、管径、历史年代信息、间距等信息。同时，在主视图中高亮显示所选管线。如下图所示：
地下管线纵断面分析主视图
地下管线纵断面数据分析图表
从这个剖面上可清晰直观地看到管线的纵断面情况，包括距离地面的高度以及所选管线的距离等信息，且支持纵断剖面图层、数据的EXCEL文件导出和打印等功能。
4.3.
5.2 覆土深度分析
由于地下管线在各地都会受到气候、土壤等环境因素的影响，因而系统除对此项功能做了严格、深度开发之外，并将国家和行业有关标准纳入系统之中，使系统不仅能够快速查询分析出所选区域内各类管线的覆土深度，而且还能够对覆土深度不满足国家标准和行业规定的管线数据进行红色显示（主视图中的管线高亮显示）。此外，系统还支持调阅相关标准并与所查询出的违规管线铺设数值进行比对，且系统还支持覆土深度分析图层、数据的EXCEL文件导出和打印等功能。如下图所示：
指定所选区域半径三维效果视图
相关标准比对图表
4.3.
5.3 爆管分析
城市压力管线发生爆管现象是一个时常发生的灾害性事故，如若处置不及时或出现过失时，将会给城市带来重大经济损失和给社会造成极大的负面影响。因此，系统充分考虑了管线设计与道路设计、总图设计之间的密切关系，借助众智道路、总图的设计成果和管线拓扑信息技术以及爆管的具体点位，自动快速分析和识别出受影响的管段和地区，并显示出受到影响的用户情况和需要进行调压的片区，同时高亮显示受影响的管线/关闭受影响的管线/关闭需要关闭的阀门等整体处置方案（包括完整的三维地形图识别展示功能）。如下图所示：
压力管线爆管分析图
爆管受影响区域分析三维效果图
4.3.
5.4 水平垂直净距分析
管线的合理间距是根据施工、检修、防压、避免相互干扰及管道表井、检查井大小等因素而决定的。凡属压力管线均与城市干线网有密切关系，如城市给水管、电力管线、燃气管、暖气管等管线均需要与城市主干管相衔接；凡重力自流的管线与地区排水方向及城市雨污水主干管相关联。本系统的水平、垂直净距分析功能是在综合了规划、设计等多个部门编制的管线技术资料，并基于国家规划管理规范和众智软件
技术积累的基础上全新开发的，既可统筹安排好各自的合理空间，解决诸管线之间或与建筑物、道路和绿化之间的矛盾，又可为各管线的分析、设计、施工及管理提供准确的辅助决策支持。
地下管线管理信息系统
1、垂直净距分析
可对埋设于地下的交叉走向的管线进行分析，判断其在地下的上下关系，计算其在投影交叉处的坐标、高程、相距距离等，最终判断其埋设是否符合国家标准规范。
在实际应用过程中，用户可根据自己的实际需要选择一个所要查阅的区域，选取管线或管点后，系统即可自动生成管线垂直净距分析图，且计算出该区域内管线、管点之间的垂直净距，并对不合理的管线、管点检测结果高亮显示在主视图中，具体数据也会在图表中用红色标出。
垂直净距分析三维效果主视图
垂直净距分析数据图表
2、水平净距分析
水平净距分析与垂直净距分析的功能基本相同，所不同的是一个是分析管线、管点之间的水平距离关系，另一个是分析管线、管点上下之间的垂直距离关系，因此在实现方法上也有所雷同。即，当用户进行水平净距分析时可根据实际需要择一个所要查阅区域，选取管线或管点后，系统即可自动生成一个管线水平净距分析视图，且同时计算出该区域内管线间的水平净距。对不合理的管线检测结果可在主视图中高亮显示，具体数据在图表中用红色标出。此外，系统还同时提供图层、数据文件的导出和打印等功能。
水平净距分析三维效果主视图