摘  要：分析燃氣信息管理系統(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，結合實例進行模擬分析，將模擬值與監(jiān)控值進行了比較。

關鍵詞：  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

城市燃氣管網(wǎng)與城市居民生活密切相關，對城市管網(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)模型對實際管網(wǎng)系統(tǒng)進行分析和處理，其目的在于了解真實的管網(wǎng)系統(tǒng)在不同工作條件下的實際運行情況，以便對城市燃氣管網(wǎng)進行監(jiān)控^[1]。已有許多學者在這方面進行了研究，成果值得借鑒^[2-5]。然而這些研究相對孤立，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

隨著燃氣事業(yè)的迅猛發(fā)展，城市氣化率不斷提高，城市用氣的規(guī)模不斷擴大，供氣管道和設備越來越復雜，致使燃氣管網(wǎng)圖紙和設備資料繁多。為確保輸配系統(tǒng)的安全性和可靠性，加強燃氣管網(wǎng)綜合有效的信息化管理，全國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)計等工具，為城市規(guī)劃工作提供科學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位置有關的各類型信息庫基礎之上的計算機系統(tǒng)。該系統(tǒng)既管理對象的位置又管理對象的其他屬性，而且位置和其他屬性是自動關聯(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)。它可以對現(xiàn)場設備進行監(jiān)控，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及信號報警等各項功能。

2 信息管理系統(tǒng)在燃氣管網(wǎng)中的應用情況

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，將其應用于城市燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)，對文字、圖紙或者傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進行管理，能夠更好地實現(xiàn)對資料進行查詢，準確有效地儲存、檢索城市地形圖和燃氣管道等資料，及時提供各種圖紙及數(shù)據(jù)資料，而且能夠保存各管道的特性，根據(jù)管道不同的特性進行統(tǒng)計、分析^[7]。因此，將GIS應用于燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)不僅可以提高供氣企業(yè)對燃氣管網(wǎng)的安全管理水平和服務能力，而且對供氣企業(yè)全面強化安全管理，推動技術進步具有顯著的促進作用。

②SCADA系統(tǒng)功能

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

2．2存在的問題

信息管理系統(tǒng)對于燃氣公司監(jiān)控燃氣管網(wǎng)運行，發(fā)現(xiàn)并排除安全隱患具有重要的作用。然而，一些燃氣公司在信息管理系統(tǒng)建設上還存在很多問題，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，同時也不能給決策者、信息咨詢者提供及時、準確的信息^[9]。

②隨著燃氣事業(yè)迅猛發(fā)展，管網(wǎng)改擴建項目很多，信息管理系統(tǒng)不能及時反映管網(wǎng)的變化，致使資料的時效性不能得到保證。

③對信息管理系統(tǒng)的維護不夠，許多監(jiān)控點毀壞嚴重，無法實時傳輸管網(wǎng)實際運行信息，降低了資料的可用性。

3模擬分析技術要點

①管網(wǎng)模擬分析流程

簡單地說，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)實際情況，在新的界面中構造出模型，通過對模型的統(tǒng)計處理形成所需要的計算模型，然后進行分析模擬。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

導入GIS系統(tǒng)管網(wǎng)信息，包括管網(wǎng)拓撲結構和管道屬性；也可手工導入，對于信息不完整或存在錯誤的地方，可以進行改正；讀取SCADA監(jiān)控點信息，自動保存在系統(tǒng)后臺，這樣就形成了管網(wǎng)運行模型。界面采用與AutoCAD相同的風格，很多功能也相同。對使用者來說，這樣的界面更具親切感，易于掌握。在這樣的界面上對模型進行修正，根據(jù)不同的屬性和類別，采用不同的符號進行標示；同時，對節(jié)點與管線進行檢查，將孤立點及管段進行處理，形

成完整的管網(wǎng)系統(tǒng)，然后對環(huán)網(wǎng)管段進行處理形成計算模型。雖然經(jīng)過處理，但這些管段及節(jié)點的固有屬性信息仍然保存在數(shù)據(jù)庫中。

b．模型分析

根據(jù)計算模型進行管網(wǎng)拓撲結構分析、計算并檢查計算結果，如果不能滿足要求，再修正模型重新計算，直到符合要求。這是一個循環(huán)的過程，主要針對某些管網(wǎng)系統(tǒng)結構比較特殊或者實際模型修正存在問題的管網(wǎng)進行再審核，用戶可以通過圖形界面進行配置和修改需要導入設備及管道類型等，以達到較高的精度。最終，結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)功能強大，性能卓越，實現(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的圖形界面上進行，實現(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圖紙進行處理，同時采用多文檔界面設計，可同時打開多個文件進行操作，為操作者帶來便利。系統(tǒng)運行主界面見圖2。

此管網(wǎng)模擬系統(tǒng)的主要功能包括：

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

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；不同的設備也用不同的符號進行標示，使管網(wǎng)拓撲結構一目了然。

c．智能程度較高。除了能夠?qū)崿F(xiàn)CAD軟件的基本功能(如：復制、延長、打斷、刪除、剪切、旋轉(zhuǎn)、移動、放大等)外，還能夠?qū)崿F(xiàn)管網(wǎng)結構的自動修正，例如：管道的合并和管道長度統(tǒng)計等，這些功能保證了管網(wǎng)自我修正的實現(xiàn)。

d．根據(jù)管網(wǎng)基礎數(shù)據(jù)，對管網(wǎng)進行模擬，得到各管段的流量和各節(jié)點的壓力，以分析管網(wǎng)存在的壓力或流量“瓶頸”，對指導燃氣公司進行管網(wǎng)監(jiān)控，預防事故發(fā)生及準確的安全決策提供依據(jù)^[10]。

4實際應用

通過實際的數(shù)據(jù)收集，對某城市燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)進行模擬，將得到的壓力與管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)進行對比，見表1。

5結論

基于信息管理系統(tǒng)的管網(wǎng)模擬系統(tǒng)實現(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，操作簡單，提高了各軟件的實用性。利用管網(wǎng)模擬系統(tǒng)對管網(wǎng)進行分析，精度較高，直觀、清晰、準確地反映了燃氣管網(wǎng)的概況，對進行管網(wǎng)系統(tǒng)安全監(jiān)控具有重要指導作用。

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本文作者：王興畏  彭世尼

作者單位：重慶大學三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點實驗室