摘  要：分析燃?xì)庑畔⒐芾硐到y(tǒng)的功能和存在的問題，探討管網(wǎng)模擬分析的流程、原理、系統(tǒng)功能，結(jié)合實(shí)例進(jìn)行模擬分析，將模擬值與監(jiān)控值進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞：  管網(wǎng)模擬；  地理信息系統(tǒng)；  數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)；  計(jì)算模型

Pipe Network Simulation Analysis Based on Information Management System

Abstract：The functions and existing problems of gas information management system are analyzed．The flow process and principle of pipe network simulation analysis and the simulation system functions are discussed．The simulation and analysis are conducted with an example，and the simulation value is compared with the monitoring value．

Key words：pipe network simulation；  geographic information system(GPS)；  supervisory control and data acquisition(SCADA)；  calculation model

城市燃?xì)夤芫W(wǎng)與城市居民生活密切相關(guān)，對(duì)城市管網(wǎng)的研究分析也日漸增多，不論管網(wǎng)模擬還是仿真，基本原理都是通過管網(wǎng)系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理，其目的在于了解真實(shí)的管網(wǎng)系統(tǒng)在不同工作條件下的實(shí)際運(yùn)行情況，以便對(duì)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控^[1]。已有許多學(xué)者在這方面進(jìn)行了研究，成果值得借鑒^[2-5]。然而這些研究相對(duì)孤立，要么與管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)聯(lián)系不夠密切，要么界面操作復(fù)雜。開發(fā)直接建立于管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)上并且操作方便的軟件尤為重要。

1信息管理系統(tǒng)概況

隨著燃?xì)馐聵I(yè)的迅猛發(fā)展，城市氣化率不斷提高，城市用氣的規(guī)模不斷擴(kuò)大，供氣管道和設(shè)備越來越復(fù)雜，致使燃?xì)夤芫W(wǎng)圖紙和設(shè)備資料繁多。為確保輸配系統(tǒng)的安全性和可靠性，加強(qiáng)燃?xì)夤芫W(wǎng)綜合有效的信息化管理，全國(guó)各大中城市紛紛建立起管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)。目前普遍使用的是SCADA系統(tǒng)和CIS系統(tǒng)，提供各種查詢、分析和統(tǒng)計(jì)等工具，為城市規(guī)劃工作提供科學(xué)的輔助分析和決策支持手段^[6]。

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)是建立在與地理坐標(biāo)位置有關(guān)的各類型信息庫(kù)基礎(chǔ)之上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)既管理對(duì)象的位置又管理對(duì)象的其他屬性，而且位置和其他屬性是自動(dòng)關(guān)聯(lián)的。

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能。

2 信息管理系統(tǒng)在燃?xì)夤芫W(wǎng)中的應(yīng)用情況

2．1  信息管理系統(tǒng)功能

①GIS系統(tǒng)功能

根據(jù)GIS系統(tǒng)本身的功能特點(diǎn)，將其應(yīng)用于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)文字、圖紙或者傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)資料進(jìn)行查詢，準(zhǔn)確有效地儲(chǔ)存、檢索城市地形圖和燃?xì)夤艿赖荣Y料，及時(shí)提供各種圖紙及數(shù)據(jù)資料，而且能夠保存各管道的特性，根據(jù)管道不同的特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析^[7]。因此，將GIS應(yīng)用于燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)不僅可以提高供氣企業(yè)對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全管理水平和服務(wù)能力，而且對(duì)供氣企業(yè)全面強(qiáng)化安全管理，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步具有顯著的促進(jìn)作用。

②SCADA系統(tǒng)功能

在管網(wǎng)運(yùn)行過程中，如果要了解整個(gè)管網(wǎng)同一時(shí)刻或者管網(wǎng)某處不同時(shí)刻的運(yùn)行狀況，單純地依靠人工采集數(shù)據(jù)根本不可能實(shí)現(xiàn)，更不用說整個(gè)管網(wǎng)不同時(shí)刻的運(yùn)行狀況。SCADA系統(tǒng)能夠?qū)Φ赜蚍植挤浅７稚⒌脑O(shè)施進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，并從中央控制室對(duì)這些設(shè)施進(jìn)行控制^[8]，它可以提高對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)效率，降低人工成本。

2．2存在的問題

信息管理系統(tǒng)對(duì)于燃?xì)夤颈O(jiān)控燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)并排除安全隱患具有重要的作用。然而，一些燃?xì)夤驹谛畔⒐芾硐到y(tǒng)建設(shè)上還存在很多問題，主要表現(xiàn)在：

①由于歷史的原因，以傳統(tǒng)檔案方式保存的大量管網(wǎng)數(shù)據(jù)和資料遺失，導(dǎo)致信息管理系統(tǒng)的資料不全，這給一些安全問題的查詢和檢索帶來了極大的不便，同時(shí)也不能給決策者、信息咨詢者提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息^[9]。

②隨著燃?xì)馐聵I(yè)迅猛發(fā)展，管網(wǎng)改擴(kuò)建項(xiàng)目很多，信息管理系統(tǒng)不能及時(shí)反映管網(wǎng)的變化，致使資料的時(shí)效性不能得到保證。

③對(duì)信息管理系統(tǒng)的維護(hù)不夠，許多監(jiān)控點(diǎn)毀壞嚴(yán)重，無法實(shí)時(shí)傳輸管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行信息，降低了資料的可用性。

3模擬分析技術(shù)要點(diǎn)

①管網(wǎng)模擬分析流程

簡(jiǎn)單地說，管網(wǎng)模擬就是依據(jù)管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的GIS中管網(wǎng)實(shí)際情況，在新的界面中構(gòu)造出模型，通過對(duì)模型的統(tǒng)計(jì)處理形成所需要的計(jì)算模型，然后進(jìn)行分析模擬。因此，管網(wǎng)的模擬分析可以分為兩大模塊：模型創(chuàng)建與模型分析。管網(wǎng)模擬分析流程見圖l。

②管網(wǎng)模擬分析原理

a．  模型創(chuàng)建

導(dǎo)入GIS系統(tǒng)管網(wǎng)信息，包括管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和管道屬性；也可手工導(dǎo)入，對(duì)于信息不完整或存在錯(cuò)誤的地方，可以進(jìn)行改正；讀取SCADA監(jiān)控點(diǎn)信息，自動(dòng)保存在系統(tǒng)后臺(tái)，這樣就形成了管網(wǎng)運(yùn)行模型。界面采用與AutoCAD相同的風(fēng)格，很多功能也相同。對(duì)使用者來說，這樣的界面更具親切感，易于掌握。在這樣的界面上對(duì)模型進(jìn)行修正，根據(jù)不同的屬性和類別，采用不同的符號(hào)進(jìn)行標(biāo)示；同時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)與管線進(jìn)行檢查，將孤立點(diǎn)及管段進(jìn)行處理，形

成完整的管網(wǎng)系統(tǒng)，然后對(duì)環(huán)網(wǎng)管段進(jìn)行處理形成計(jì)算模型。雖然經(jīng)過處理，但這些管段及節(jié)點(diǎn)的固有屬性信息仍然保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。

b．模型分析

根據(jù)計(jì)算模型進(jìn)行管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析、計(jì)算并檢查計(jì)算結(jié)果，如果不能滿足要求，再修正模型重新計(jì)算，直到符合要求。這是一個(gè)循環(huán)的過程，主要針對(duì)某些管網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較特殊或者實(shí)際模型修正存在問題的管網(wǎng)進(jìn)行再審核，用戶可以通過圖形界面進(jìn)行配置和修改需要導(dǎo)入設(shè)備及管道類型等，以達(dá)到較高的精度。最終，結(jié)果可以直觀地表示于模型上。

③管網(wǎng)模擬系統(tǒng)的功能

管網(wǎng)模擬系統(tǒng)功能強(qiáng)大，性能卓越，實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)和模擬軟件的協(xié)調(diào)工作。本系統(tǒng)所有操作均在類似AutoCAD的圖形界面上進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了GIS圖紙向CAD圖紙的轉(zhuǎn)化，并且能夠?qū)π纬傻?span lang="EN-US">CAD圖紙進(jìn)行處理，同時(shí)采用多文檔界面設(shè)計(jì)，可同時(shí)打開多個(gè)文件進(jìn)行操作，為操作者帶來便利。系統(tǒng)運(yùn)行主界面見圖2。

此管網(wǎng)模擬系統(tǒng)的主要功能包括：

a．實(shí)現(xiàn)了將GIS管網(wǎng)圖紙及管段固有屬性信息向簡(jiǎn)單程序的轉(zhuǎn)化，并且模擬的數(shù)據(jù)可以直觀地表示在網(wǎng)紙上；能夠手工對(duì)圖紙進(jìn)行修改，在系統(tǒng)界面中進(jìn)行管網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)的錄入，例如管段及其附屬設(shè)施、氣源等信息，進(jìn)行模型修正。

b．系統(tǒng)能夠?qū)芏胃鶕?jù)不同的屬性加以區(qū)分，使用不同的顏色將管段表示出來；不同的設(shè)備也用不同的符號(hào)進(jìn)行標(biāo)示，使管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一目了然。

c．智能程度較高。除了能夠?qū)崿F(xiàn)CAD軟件的基本功能(如：復(fù)制、延長(zhǎng)、打斷、刪除、剪切、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、放大等)外，還能夠?qū)崿F(xiàn)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)修正，例如：管道的合并和管道長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)等，這些功能保證了管網(wǎng)自我修正的實(shí)現(xiàn)。

d．根據(jù)管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行模擬，得到各管段的流量和各節(jié)點(diǎn)的壓力，以分析管網(wǎng)存在的壓力或流量“瓶頸”，對(duì)指導(dǎo)燃?xì)夤具M(jìn)行管網(wǎng)監(jiān)控，預(yù)防事故發(fā)生及準(zhǔn)確的安全決策提供依據(jù)^[10]。

4實(shí)際應(yīng)用

通過實(shí)際的數(shù)據(jù)收集，對(duì)某城市燃?xì)夤芫W(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，將得到的壓力與管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，見表1。

5結(jié)論

基于信息管理系統(tǒng)的管網(wǎng)模擬系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了AutoCAD、管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)與模擬軟件各系統(tǒng)的一體化工作，操作簡(jiǎn)單，提高了各軟件的實(shí)用性。利用管網(wǎng)模擬系統(tǒng)對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行分析，精度較高，直觀、清晰、準(zhǔn)確地反映了燃?xì)夤芫W(wǎng)的概況，對(duì)進(jìn)行管網(wǎng)系統(tǒng)安全監(jiān)控具有重要指導(dǎo)作用。

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本文作者：王興畏  彭世尼

作者單位：重慶大學(xué)三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室