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                              供热管网地理信息系统在包头市热力总公司的应用解析

                              时间:2014-10-22 09:03来源:未知阅读:

                              1 引言
                              随着我国经济的迅速发展,城市建筑、道路等基础设施成倍增长,城市的开发和规划都在不断变化,这就使得城市地形图不断更新。城市集中供热得到了迅速发展,热力企业的管网不断地进行扩容和改造,这就对热力管网的规划、建设和管理提出了更高的要求。同时,热力企业的市场化,也使得供热企业不断地加强企业管理,提高企业竞争力。而企业的生产运行管理、设施管理是企业管理的重要内容。
                              热力设施一般都具有时间跨度长、数量大、变化多、覆盖面广、与地理位置密切关联等特性,所以热力设施的管理非常复杂。传统的管理模式下,信息数据要么作为纸张或光盘存放在档案柜里、要么在极少数人的脑袋里,而且很多数据不完整、不准确。这就使得图档的查询、管理相对困难。再加上企业人员流动等原因,更使得数据容易丢失、遗漏、破损。由于管线资料的匮乏或不精确,从而造成地下管线施工时发生管线的意外事故;在运行事故发生时,更是无法提供准确的管线资料,进而造成调度、指挥和决策迟缓;以致在地下管线设施管理中,直接和间接的经济损失严重。因此,如何有效地搜集、整理和利用现存的资料已经成为迫切需要解决的问题。GIS(地理信息系统)就是在这种情况下引入热力设施管理应用中的。
                              包头市热力总公司现集中供热管网横贯昆都仑区、青山区、稀土开发区,东西长16公里,服务半径8公里,公司先后建成了阿东热源厂、青山热源厂以及包头第一热电厂通往昆都仑区的第二条主干线,形成了三热源联网运行的集中供热系统。供热规模达到1200万平方米,截止2003年底,实际供热面积950万平方米。
                              在多年的生产运行与设施管理当中,包头市热力总公司逐步形成了自己的技术优势和管理特点,具有较强的技术力量。近几年来,随着公司办公自动化水平的不断提高,公司建立了局域网(LAN),实现了信息共享和计算机办公;2000年公司建设了经营收费计算机系统,完成了多点远程收费等功能,实现了营业收费的计算机管理。公司注重在生产运行中采用先进设备和技术,公司所属阿东热源厂、青山热源厂锅炉运行全部采用计算机监控,特别阿东热源厂二期工程流化床锅炉运行采用美国Honeywell集散控制系统,控制水平达到了一定的高度。2004年开始,筹划两年的热网改造项目正式开工,热力站采用芬兰LPM全自动换热机组,控制系统选用ABB控制系统。公司的科技应用水平得到了新的提高。
                              包头市热力总公司的供热规模在迅速发展、供热面积不断扩大的同时,也受到市场的冲击,如何在激烈的竞争环境中加强公司生产运行管理,降低运行成本,提高供热服务质量和用热收费率,加强热源及供热设施管理,提高设施利用率,节约投资,增强企业竞争力,谋求企业的生存和发展,这就给公司的经营开发工作、生产运行方式和设施管理方法提出了新的课题,而地理信息系统则为这一问题提供了最佳解决方案。

                              2 系统的平台及软件选型
                              GIS在我国的各应用领域发展是从九十年代开始的,而在热力企业的应用要更晚一些。国内现在常用的地理信息平台主要有MapInfo、SICAD、MapGis、ArcInfo等产品。以MapInfo平台为基础开发的地理信息软件属于桌面型产品,应用范围集中在消防、公交、武警等最优化路径方面,主要以文件型管理为主;以ArcInfo平台为基础开发的地理信息软件,主要应用在城市土地管理、地籍管理、林业、农业等面状物管理方面;以SICAD平台为基础开发的地理信息软件,主要用于公用设施的信息化管理方面,特别适用于城市各类地下管线的信息管理。以SICAD平台为基础开发的地理信息系统适合公用设施企业实现对管网、设施和用户的信息管理。因此,结合包头市热力总公司地理信息系统的现状需求和长远规划,我们决定基于SICAD平台构建热网GIS系统。
                              2004年2月,总公司成立的专门的项目机构,对多家供热管理水平和信息化建设水平较高的供热公司进行了咨询和考察,并对北京、包头等多家软件开发公司进行了考察。经过多方考察和研究,确定由专业从事城市基础设施行业综合网络管理信息系统研制开发的北京博达新创科技发展有限责任公司作为技术协作单位进行包头市热力总公司热网地理信息系统的开发研究工作。北京博达新创科技发展有限责任公司是位于北京上地信息产业基地的高新技术企业,该公司由熟悉市政公用设施企业的企业家和精通计算机软件开发、地理信息技术的高级技术人员组成,拥有一支经验丰富的博士、硕士生开发队伍。在2001年~2002年该公司承担并圆满完成了中国城镇供热协会“十五科技发展课题”《供热企业信息化》的研究项目,为多家企业开发了计算机综合信息管理系统,具有较丰富的开发经验。而且北京博达新创科技发展公司开发的“供热企业地理信息系统”有如下特点:数据库表结构规范、合理;了解热力行业需求,成功案例多;数据接口好,易与收费系统、监控系统共享数据;能提供全面的数据获取方案。

                              3 系统功能
                              众所周知,热力企业的主要工作是对热力设施的建设、管理、维护、应用等,而热力设施的空间、时间跨度长的特性,使得其管理非常困难。热力设施的管理是一个动态的过程,它需要企业与企业间的往来、企业内部人员的协同工作,各专业设计人员之间的信息共享。包头市热力总公司地理信息系统的建设目标是使热力企业通过使用地理信息系统技术,把热力设施的勘测、规划、设计、施工、运作、管理、维护、更新的管理工作变成一个可动态管理、可持续的过程。
                              基于以上设计目的,包头市热力总公司热网地理信息系统主要功能模块组成如下:
                              3.1 企业设施数据管理
                              热力地理信息系统将管理过程中的有关资料全部录入系统。由于热力管网的管理与地理位置有关,所以系统中将城市地形图(包含道路、建筑物等)作为背景图,将热力公司的热源、站一级管网、二级管网、及其管网上的阀门等设备叠加显示。同时,对热源、管网、换热站、设备的信息内容以属性信息来显示。设备说明书等图片、技术资料内容作为一个附属文件,加入到系统中。对热源厂、热源站、井室内部设备的详细信息以详图的形式进行处理。
                              3.2 热力设施录入功能
                              在此系统中,可以录入企业的管网、设备等设施图形数据和属性数据。在管网、设备符号的制作过程中,参照了建设部行业标准CJJ/788-97。系统提供多种作图工具,并且在开发过程中对供热管网以及设备根据其用途、直径等进行了分类,作图人员只需选择需要的类型即可,而不必关心线型、颜色等底层特性,对于有相同间距的平行管线,系统提供了一次画多重管线的方法。系统具有距离标注、角度标注等多种标注方式,另外,系统提供了捕捉和构造点(垂足、弧交点等)两种辅助作图工具,规划设计工作完成之后,其结果会自动保存到系统中,以便设施的施工和信息的查询,此外,系统可以根据用户的需要,定制不同的图形输出模板。
                              3.3 热力设施规划功能
                              常规的供热规划是根据热用户普查情况,按区域面积容积率和热化率计算得到热负荷量,以决定供热设施的建设规模。常规的供热规划在详细的用户规模计算时往往缺乏准确数据,存在一定的盲目性。在热网地理信息系统中,将热用户数据和图形输入系统数据库,利用系统提供的处理工具可快捷、准确方便地计算出热用户规模,同时了解已供热和未供热用户的动态变化情况,完成供热设施的规划设计管理工作。规划设计完成后,保存在系统数据库中,用于指导供热设施的管理。
                              3.4 热力设施故障与检修管理
                              系统不仅能存贮管网、设备的基本信息和技术参数信息,还能记录其检修及故障的历史记录,操作人员可以根据需要随时查看和添加故障记录、检修记录,并按规定制定年度检修计划、生成年度故障统计报表。
                              3.5 固定资产管理功能
                              供热生产过程中涉及的供热设施、设备种类多、数量大,固定资产的管理难度较大,需要大量的人力物力完成登记、管理、调拨、闲置、报废等处理工作。通过在热网地理信息系统建立固定资产数据库,完成固定资产的登记、管理、调拨、闲置、报废等处理工作,有关人员可以查询固定资产的使用情况,对固定资产实现必要的统计、汇总工作。对使用中的设备,可以在网上显示分布情况,并可以查询到设备的技术档案、按照规定的折旧率进行折旧。
                              3.6 用户管理功能
                              根据供热企业管理到户的特征,系统对建筑物的立面、标准平面图、采暖系统图、楼内用户信息进行详尽描述。用户报修时,可以查看用户测温记录、是否欠费等状况,这对于故障的辅助判断、用户报修的检修监督都起到一定的作用。系统开发了与包头市热力总公司收费系统的接口,系统可以直接访问收费系统的用户资料,避免了用户资料表的重新建立和资料的重复录入。
                              3.7 运行事故处理
                              系统能对整个管网进行连通性分析,并可以根据需要,开关阀门。在现行的管理模式下,发生运行事故时,由于无法提供准确详细的管线资料,而造成调度、指挥、决策迟缓。地理信息系统的爆管分析功能就能解决这个问题,发生爆管时,操作人员只需要用鼠标点击爆管处,系统将自动搜寻有关阀门、入户井、建筑物、管网,并进行分析,最后将给出关闸方案、并将影响的建筑物、管网以醒目颜色表示、这时可以将现场图纸、影响的用户信息打印输出。管理人员根据计算机给出的解决方案,就能在图上快速地定位到发生爆管的位置,可以查看爆管处的管线、设备资料,关闭相关阀门。另外,根据影响的用户信息,就可以通知相关单位或个人。
                              3.8 查询与统计功能
                              此项功能是基于已经录入的管网、站、设备等数据而进行的查询与统计。可以根据已知的查询条件快速查询到符合条件的管网、设备等;也可以输入统计条件形成统计报表。查询与统计包括总体统计、管网查询与统计、热力站查询与统计、井室查询与统计、设备查询与统计、设备故障与检修统计等几类。总体统计主要是统计热力公司的热源(站)数量和负载、井室的数量、不同设备类别设备的数量,不同管径管线的总长度。管网查询与统计主要包括根据输入条件查询、统计管线以及干线负载统计。站查询与统计主要包括根据输入条件查询站以及热源(站)负载统计。设备、井室查询是根据已知条件查找到符合条件的设备、井室。设备故障与检修统计主要是统计某种类型设备在某段时间的故障和检修情况。
                              3.9 热源厂管理
                              对于热源厂的管理,在外网上热源厂、锅炉在图形上均显示为一个符号,坐标即为热源厂中心位置的实际大地坐标;在厂区平面布置图上绘制厂区建筑物、道路网、供热管线、市政管线等城市综合管线、井室、设备等信息,可以使不同专业的操作人员对自己感兴趣的内容进行浏览、查询,同时厂区的各种资料,包括厂区图纸、数码图片、综合管线等可以作为附属文档链接到相应的图形,这样在操作人员查看时将更加现实性。
                              结合热源厂实际管理的需要,分系统建立了各系统的详细图形,具体包括:锅炉本体的解剖图、热力系统图、水处理系统图、电气系统图、输煤系统、浊水系统、灰厂系统。在各系统图中,可以方便的查询各设备的信息、图纸资料。另外,在锅炉解剖图中,我们定义了水冷壁图形和属性信息,使得能够方便地对前墙、后墙水冷壁等进行管理。
                              3.10 系统接口
                              结合包头市热力总公司信息化建设规划,我们不仅开发了与经营收费系统的接口,而且还预留了与生产运行调度指挥系统和供热运行工况分析软件的接口。

                              4 数据的搜集、整理
                              数据是建立地理信息系统的基础,对系统建设的成败起着决定性作用,准确反映客观世界的原始数据是最宝贵最富于生命力的资源,基础数据准确性和完备性越好,建立在其信息管理系统上的功能就越强大,实用价值就越高。而且数据建设无论就时间还是投资金额上来说都在系统建设中占很大的比重。有资料表明,建立GIS信息系统阶段,数据的整理和录入工作量占70%的比例。而且由于系统建设的紧迫性,我们在系统设计完成之后,采用了一边开发程序、一边搜集数据的方法。系统建设过程中,主要搜集图纸、整理数据工作如下:
                              1.根据包头市热力总公司供热规划范围(考虑扩展情况),我们建立了大地坐标值范围。对124张1:1000地形图进行了扫描、拼接,对城市主干路、铁路进行了矢量化。
                              2.管网竣工资料。主要包括设计说明、图纸目录、图例、设备材料表、管网平面图、管线断面图、井室详图及其它设备详图等。在管网资料的搜集的具体实施上,我们先搜集一级管网、再搜集二级管网资料;而且分批分区域实施。为了保证主干线的坐标准确性,我们请测量公司对主干线标识点的X、Y坐标、管中心标高进行了测量。
                              3.搜集两个热源厂的厂区平面布置图、各锅炉解剖图、水处理系统图、电气系统图等各系统图纸。
                              4.搜集小区建筑平面图和单体建筑竣工图(包括建筑平面图、立面图、采暖系统图、采暖平面图等)。
                              5.搜集换热站的竣工图资料(包括设计说明、图例、设备材料表、热力系统图等)、安装资料、土建资料等。
                              6.建立设备档案或设备明细表,搜集设备安装及使用说明书,根据设备实际情况分类,并根据设备类别建立相应的编号规则。
                              7.现场施工照片、设备数码照片、宣传资料等。

                              5 系统组成与系统配置
                              5.1 系统总体结构设计
                              在系统的总体结构设计上,我们选用了客户机/服务器(C/S)和浏览器/服务器(B/S)相结合的方式。数据录入与分析系统(DIAS)采用客户机/服务器结构,所有属性和图形数据存贮在服务器上,数字化人员在客户端数字化管网、设备等图形。这种方式既分解了事务,提高了服务器和客户端的处理速度,同时也保证了数据的安全性、共享性。而大多数工作人员使用的互联网数据发布系统(IDPS)使用浏览器/服务器结构,这一方式对客户端的软硬件环境要求不高,而且操作简单、易学。
                              5.2 系统主要性能指标
                              * 各项功能满足热力公司的业务规范;
                              * 系统操作简单、运行可靠、维护方便;
                              * 系统的信息分类资料编码、符号符合国家和部颁标准;
                              * 系统提供各种资料源的转换方案与工具;
                              * 系统具有良好的资料开放性,各地理信息系统之间以及与其它应用系统之间提供了接口。
                              5.3 系统软、硬件配置
                              * 基本配置:打印机、局域网。
                              * 数据库服务器:HP Proliant-ML530、CPU Xeon2.8G、1024M内存、硬盘216G、10/100M网卡;中文Windows2000 server、Oracle 817。
                              * 地理信息服务器:HP Proliant-ML530 、双CPU Xeon2.8G、2048M内存、硬盘216G、10/100M网卡;中文Windows2000 server、Oracle 817、SICAD。
                              * 数字化工作站:HP XW4100工作站、P4 2.8G/1G/73G/128M显卡/22显示器;中文Windows2000 server 、Oracle 817、SICAD。
                              * 普通客户端:中文Windows XP或Windows98或Windows2000等、IE浏览器、CPU PII100以上、内存>64M、10/100M网卡(MODEM或ASDL)。

                              6 系统效用与展望
                              包头市热力总公司热网地理信息系统投入使用后,基本实现了供热管理的设施地理化、图形数字化、运行信息化和管理的科学化。系统具体效用如下:
                              1.通过建立企业地理信息系统,对企业的管网、设备进行了“大摸底”,建立了企业管网图形数据库。这使得企业对管网、设备、站等有了更加明晰地了解。而且基于管网图形数据库的管网规划、建设和使用变得简单化、合理化、科学化。
                              2.实现图档管理的规范化和网络化。任何一个有权限的操作人员通过机器都可以方便、快速地查询到所需图形和数据资料。实现了资料的信息共享,大大提高了资料的利用率和工作效率,减少了管理人员的重复性劳动。
                              3.及时、迅速地发现解决设备故障和缺陷,提高了设备完好率,科学地安排维修、检修及生产运行管理工作,从而减少了不必要的维修检修费用。
                              4.实现了运行事故分析的辅助决策。使用系统爆管分析,定位速度快、准确性高,而且能迅速查询到周围的管网、设备信息。这就大大加快了公司对爆管等运行事故的反映速度,缩短了修复时间,减少了对用户的影响,降低了水(汽)损失。从而取得显著的经济和社会效益。
                              5.实现了对用户供热系统、用户资料方便快捷的查询。发生故障时影响用户的分析功能和用户测温管理功能都大大提高了供热服务质量和热费收缴率,取得了良好的社会和经济效益。
                              6.如果系统具备了其它公用设施行业(供水、电信、煤气)的管线数据,这就能实现城市综合管网信息的数据共享,在规划、施工时可以查阅其它管线资料,避免因地下管线资料不祥而引起的管线碰撞和管线挖断等事故。
                              应用热网地理信息系统,可以建立企业管网图形库,并且基于录入的数据资料作查询统计、固定资产管理、检修管理、运行事故分析等功能。这已经能够满足企业执行层、战术层的管理需求。满足战略层的管理需求,建立智能的专家地理信息系统是下一步发展的重点,具体的说,包头市热力管网地理信息系统下一步建设的目标如下:
                              1.开发或引进水力、热力计算软件。通过在地理信息系统中建立的管网模型,直接导入到水力计算软件,就可以模拟计算一次网、二次网、热力站的水力、热力工况,实现热网运行模拟分析和智能仿真系统
                              2.建设热源厂、三个供热分公司与总公司的网络连接,这样,热源厂、三个供热分公司就能快速地访问地理信息数据。
                              3.待各站的监控系统投入运行后,结合监控系统和地理信息系统,建立运行调度指挥系统。

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                              博达供热地理信息系统介绍
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