2023优秀案例丨智慧城市地下市政基础设施管理信息系统

智慧城市地下市政基础设施管理信息系统

陶江源    吴  昊    张 清

武汉智博创享科技股份有限公司

2020年12月30日，住房和城乡建设部印发《关于加强城市地下市政基础设施建设的指导意见》，提出到2023年年底前，基本完成城市市政基础设施普查，地级及以上城市建立和完善城市市政基础设施综合管理信息平台；到2025年年底前，基本实现综

合管理信息平台全覆盖，因地制宜推进城市市政基础设施普查和综合管理信息平台建设。可视化是城市数字孪生一系列建设成果的重要表达方式和直观展示窗口，也是实现用户现实物理空间和虚拟空间关联的重要技术手段。城市数字孪生可视化，不是对城市中数字对象的简单呈现，而是根据具体业务场景，从模型处理、场景编辑、可视化渲染等多方面进行全时空、全过程、全交互、全实时的可视化服务，从而构建起一个更加真实的三维空间。高粒度三维渲染、实时动态渲染、基于风格选择的动态渲染及多重渲染特效、视频与三维模型无缝集成的虚实融合等不同类型的渲染能力已经在城市数字孪生中得到应用和尝试。将三维GIS引擎和地理信息系统进行结合是满足城市数字孪生可视化需求的发展方向，也是行业内已形成共识的前进方向。三维GIS技术广泛应用，为城市数字孪生可视化带来了多样性的发展，使得可视化技术从传统的二维、三维静态展示发展到如今的多技术融合实时动态展示。

实现城市地下基础设施信息的采集、更新、利用、共享，满足设施规划建设、运行服务、应急防灾等工作需要。构建可表达城市地下基础设施地理信息等三维空间全要素综合数据的底图，将综合管理信息平台与城市信息模型（CIM）基础平台深度融合，为城市规划、建设、管理以及应急处置提供服务。

1）依托城市信息模型（CIM）基础平台，建立可感知、实时动态、虚实交互的城市地下基础设施数字孪生融合应用；

2）实现城市地下基础设施基础数据及隐患数据的采集、检查、入库和更新等功能；

3）实现城市地下基础设施监测预警功能应用，提升政府监管、权属单位运维保障能力；

4）建立城市地下基础设施地理信息平台，实现城市地下基础设施一张图、地下空间隐患“一张图”等二三维应用；

5）建立涵盖基础地理信息数据、城市市政设施基础数据、隐患数据、典型案例数据等城市地下基础设施综合数据库，促进城市地下基础设施数据共享。

1. 智慧大屏（见图1）

1）在大屏球上加载县市的管线：根据数据库的所有管线数据，将这些数据展示在平台的球模型上。

2）不同维度的统计信息：根据文档专题、隐患专题、管线专题、地下工程专题四个维度来统计出全市的不同信息。

3）数据中心大屏模块基本页面：包含普查单元、管线公里、非管线工程数量等统计信息和管线的展示。

4）隐患一张图模块基本页面：统计地下管线隐患、道路土体、地区隐患情况等信息。

5）隐患点的展示和查看：将地下管线、道路土体、管廊、通道、轨道交通所有的隐患点在地图上展示出来，点击可以查看隐患点的详细信息。

6）管线展示：将浙江各城市的管线在管线专题菜单中的地图上展示出来。

7）地下工程专题：统计地下工程数据、地下工程隐患数量，展示地下工程管点管线。

2. GIS 二维展示

1）基础地图操作：根据导入的数据源，可以按照管网类型分层建模。系统应提供地图量算、坐标定位、书签管理、图层管理等基本的地图操作功能，方便用户对地图数据进行操作。系统应提供丰富的地图操作工具，包括：放大、缩小、平移、全图、上一视图/下一视图、刷新、坐标显示、比例尺显示等。辅助用户利用方便快捷的视图操作工具对管网数据进行编辑操作。

2）设施标注管理：针对不同类型的管网数据，提供管线颜色、管点符号样式生成和修改。可以配置空间设施、管线、管点显示的信息，包括标注的字体、大小、颜色等（见图2）。

3）设施一张图：提供专题输出模块：基于数据库，绘制城市地下市政基础设施“一张图”，包括地下市政基础设施“一张图”、地下市政基础设施监测“一张图”等功能。

4）输出成图：提供对按照标准比例尺，如1:5000，1:2000，1:1000，1:500等比例尺自动成图管理，并自动添加指北针、图签图框、图例、比例尺以等信息，方便工程维修、数据维护等工作。

3. 查询统计

1）设施查询：提供包括坐标查询、道路查询、属性查询、范围查询等多种查询方案，并且查询结果可以自定义导出报表。

2）设施统计：提供包括材质统计、设施统计、范围统计、沿线统计等多种统计方法。并且能提供多种不同形式的统计结果输出，包括统计报表、统计专题图等，同时支持对统计结果的打印输出。

3）普查单元基本信息报告：根据浙江省城市地下市政基础设施普查技术规程（发布版）和相关数据建库参考规范（道路的相关参数在普查单元表结构中）可以导出包含普查单元图、描述、表单的报告（见图3）。

4. 设施分析

1）碰撞分析：根据不同管线、管点、设施的空间位置，分析空间距离。用户可以选择分析的设施和范围，生成碰撞分析的报表。

2）连通性分析：分析管网连通性、管线连通矛盾检查。

3）覆土分析：根据不同种类的管线的埋深信息，自动计算出管线与地面的距离，判断管线的埋深是否符合国家的规范。

4）流向分析：分析并在地图中标注排水管网的流向（基于管网的管底高程）

5. 管网编辑功能

1）提供增添删减设施功能，用户通过选择数据的类型，添加点、线、面点击鼠标，填写数据的属性信息，实现完成对数据的添加。

2）支持每个设备允许挂接多个附件，附件格式包括图片、视频、音频等多种计算机格式数据，附件支持在属性中直接查看和下载下来查看等多种方式。

3）提供管网数据编辑的功能，包括添加、删除、移动、修改。并支持设备挂接多个附件，包括图片、视频、音频等格式数据。

6. 三维分析

1）三维模型管理：通过三维建模工具将模型发布到三维平台，进行展示、管理。支持对地下市政设施进行精细化建模（见图4）。

2）三维视图管理：通过三维建模工具将模型发布到三维平台，进行展示、管理。支持地上场景与地下管线一体化展示，同时展现管线所在场景，辅助用户理解。通过设置透明度，将三维地表进行隐藏，可以透视到地下管线分布。对于整个场景可使用不同的视角进行浏览和操作。

3）漫游分析：支持在三维场景中自定义飞行路径，并可以对路径设置高度、角度、速度等参数进行三维场景中的飞行漫游分析。

4）开挖分析：根据用户设置的开挖图形、开挖深度、开挖范围自动实现地面的开挖分析，并能实时展现地下市政管线信息，可以点击查看属性（见图5）。

5）隧道漫游：根据用户设置的隧道的宽度、高度、形状、深度自动生成模拟隧道，并可以在隧道中进行地下市政管线的浏览和分析。

6）三维量算：提供多种三维场景中的量算功能，包括水平量算、垂直量算、面积量算、角度量算等多种三维空间量算功能。

7. 系统配置管理

1）用户权限管理。为不同角色设置不同的权限。

2）部门管理：创建不同的部门，维护公司组织架构。

3）用户管理：创建不同的用户账号。

4）角色管理：分配不同的功能权限，包括编辑、查看等。

5）系统日志管理：针对系统中登录人、操作内容进行追溯，并支持日志信息查询。

6）数据字典：配置各类表显示的字段，需要检查哪些字段，都可以自定义配置。

1. 精细化自动三维建模

检查井属于特殊点、特殊附属设施、特殊构筑物的典型代表，属于模型库组建中的重要一员。不同的检查井尺寸、形状等有所不同，同时与地下市政管线的耦合也存在较大差异。比如排水管网的检查井与管道在井身相接，属于排水管网的一部分，而给水管网的检查井通常是阀门井，属于外部附属设施。检查井单体化模型自动构建可以根据测绘数据的具体情况，在数据不够详细的情况下选择通过3Dmax等建模软件构建通用模型，也可以在数据完成质检进入三维建模工具时调用普查数据提供相关尺寸、形状，三维建模工具根据实际参数进行模型优化和耦合（见图6～图8）。

2. 全自动化建模

地下市政设施三维自动化精细建模基于海量原始数据，通过初步清洗与检查导入数据质检工具进行数据全量检查，检查合格符合三维批量精细化建模的数据可以通过三维精细化建模工具进行建模，流程具体如图9所示。

1. 减少系统重复建设的资金投入

市政设施信息管理系统县平台旨在深入挖掘地理信息系统和地下空间设施模型的应用深度，强化核心管控指标，关注精细化治理，提升城乡规划和工程设计的深度，实现对城市开发建设的规划、设计、施工、管理的综合管控，保障城市工程建设工作顺利、高效开展。对基础地理、地下管线设施、地下交通设施、人防工程、地下河道、废弃工程等一口归集，统一归集，集中建设，避免重复建设，有助于降低政务总投入。市政设施信息管理系统县平台通过多源、多尺度、多时空的信息融合与应用，打造信息共享与业务联动的高效管理模式，实现多行业、跨领域的业务协同，从而达到降低资金投入、间接产生经济效益的目的。

2. 节约信息重复采集的行政成本

由于现有业务信息缺乏共享和交换机制，各政府部门为满足自身业务管理的需要，每年都要安排大量的人力、财力和物力来采集相关基础信息、业务信息。一方面，业务信息被重复采集，产生了大量不必要的重复劳动，而且每次采集都需要消耗大量资源，造成巨大的资源浪费；另一方面，由于政府各部门根据各自管理工作的特点来采集信息，相互之间缺乏信息交换，造成各部门掌握的业务信息既不一致也不准确，需要大量的人力和时间来进行核对，使得行政成本大大增加。市政设施信息管理系统建设完成后将实现信息资源的有效共享，提升协同工作的业务能力，促进资源的有效分配，工作效率、效能都将得到极大提高。

3. 消除设施安全隐患

各地要将消除城市地下市政基础设施安全隐患作为基础设施补短板的重要任务，明确质量安全要求，加大项目和资金保障力度，优化消除隐患工程施工审批流程。各城市人民政府对普查发现的安全隐患，明确整改责任单位，制定限期整改计划；对已废弃或“无主”的设施及时进行处置。严格落实设施权属单位隐患排查治理责任，确保设施安全。

4. 加大老旧设施改造力度

各地要扭转“重地上轻地下”“重建设轻管理”观念，切实加强城市老旧地下市政基础设施更新改造工作力度。建立健全相关工作机制，科学制定年度计划，逐步对超过设计使用年限、材质落后的老旧地下市政基础设施进行更新改造。供水、排水、燃气、热力等设施权属单位要从保障稳定供应、提升服务质量、满足用户需求方面进一步加大设施更新改造力度。

5. 加强设施体系化建设

各地要统筹推进市政基础设施体系化建设，提升设施效率和服务水平。因地制宜推进雨污分流管网改造和建设，综合治理城市水环境。合理布局干线、支线和缆线管廊有机衔接的管廊系统，有序推进综合管廊系统建设。加强城市轨道交通规划建设管理，引导优化城市空间结构布局，缓解城市交通拥堵。完善城市管道燃气、集中供热、供水等管网建设，降低城市公共供水管网漏损率，促进能源和水资源节约集约利用，减少环境污染。

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