城市地下管网数字化建模与风险预警技术研究

引言：城市地下管网作为城市的“生命线”，承担着供水、排水、燃气、电力、通信等重要功能，其安全稳定运行直接关系到城市的正常运转和居民的生活质量。随着城市化进程的加速，地下管网的规模不断扩大、结构日益复杂，传统的管理方式已难以满足现代城市发展的需求。数字化建模与风险预警技术的出现，为城市地下管网的科学管理提供了新的途径。通过数字化建模，可以直观、准确地呈现地下管网的空间分布与属性信息；而风险预警技术则能实时监测管网状态，提前发现潜在风险，为及时采取应对措施提供依据，从而有效保障地下管网的安全运行。

一、城市地下管网数字化建模技术

1.1 数字化建模的重要性

城市地下管网数字化建模能够整合各类管网数据，形成统一的三维可视化模型，使管理人员直观了解管网的空间位置、走向、管径、材质等详细信息。这不仅有助于提高管网规划、设计与施工的效率与准确性，还能为日常维护、故障排查以及应急抢险等工作提供有力支持，实现地下管网的精细化管理。

1.2 常见建模方法与技术

1.2.1 三维激光扫描技术

三维激光扫描技术通过激光测距原理，快速获取地下管网及其周边环境的大量点云数据。这些点云数据经过处理后，可构建出高精度的三维模型，真实反映管网的实际形态与空间关系。该技术具有非接触式测量、数据获取速度快、精度高等优点，尤其适用于复杂环境下地下管网的建模。

1.2.2 BIM 技术

建筑信息模型（BIM）技术不仅在建筑领域得到广泛应用，在地下管网建模中也发挥着重要作用。BIM 技术将管网的几何信息、物理信息以及功能信息等进行集成，实现管网全生命周期的信息管理。通过 BIM 模型，可以对管网进行碰撞检测、施工模拟等操作，提前发现并解决潜在问题，优化设计方案，提高工程质量。

1.2.3 地理信息系统（GIS）技术

GIS 技术以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，为地下管网的空间数据管理、分析与可视化提供支持。将管网数据与地理空间信息相结合，可实现管网的空间定位、属性查询、统计分析等功能，为城市规划、管网管理等提供决策依据。同时，GIS 技术还能与其他技术进行集成，进一步提升地下管网数字化建模的效能。

二、城市地下管网面临的主要风险

2.1 管道老化

随着使用年限的增加，地下管网管道会出现不同程度的老化现象，如管道腐蚀、磨损、接口松动等。这些问题会导致管道强度降低、密封性变差，容易引发泄漏、爆管等事故，不仅影响管网的正常运行，还可能对周边环境和居民生活造成严重危害。

2.2 地质灾害影响

城市地质条件复杂多变，地震、地面沉降、滑坡等地质灾害可能对地下管网造成破坏。地震产生的震动可能导致管道断裂、错位；地面沉降会使管道承受不均匀应力，引发管道变形甚至破裂；滑坡则可能直接掩埋或损坏管网设施。

2.3 第三方施工破坏

在城市建设中，各类施工活动频繁，如地铁建设、道路开挖等。由于施工方对地下管网分布情况了解不足或施工操作不当，容易对地下管网造成破坏，导致管网泄漏、中断运行等事故。

三、城市地下管网风险预警技术

3.1 传感器监测技术

在地下管网关键部位安装各类传感器，如压力传感器、流量传感器、泄漏传感器、位移传感器等，实时监测管网的运行参数。通过传感器采集的数据，可以及时掌握管网的压力变化、流量波动、是否存在泄漏以及管道的位移情况等信息，为风险预警提供基础数据支持。

3.2 数据融合分析技术

地下管网监测系统会产生海量的数据，这些数据来源广泛、格式多样。数据融合分析技术能够对不同类型、不同来源的数据进行整合、处理与分析，挖掘数据背后的潜在信息。通过综合分析各种监测数据，可以更准确地判断管网的运行状态，提高风险预警的准确性。

3.3 预警模型构建

基于历史数据、专家经验以及相关理论知识，构建适用于城市地下管网的风险预警模型。常见的预警模型包括基于统计分析的模型、基于机器学习的模型等。这些模型通过对监测数据的分析处理，能够预测管网可能出现的风险类型、发生时间以及影响范围，并及时发出预警信号。

四、实际应用案例

以某城市地下供水管网为例，该城市引入数字化建模与风险预警技术对供水管网进行管理。首先，利用三维激光扫描与 BIM 技术构建了供水管网的三维数字化模型，清晰展示了管网的空间布局与详细信息。同时，在管网关键节点安装了压力、流量、泄漏等传感器，实时监测管网运行参数。通过数据融合分析平台，对传感器采集的数据进行处理与分析，并结合基于机器学习的风险预警模型，对管网运行状态进行评估与预警。

在实际应用中，该系统成功提前预警了多起潜在的管网泄漏事故。例如，在一次监测中发现某段管道的压力异常波动，经过数据融合分析与预警模型判断，预测该管道可能存在泄漏风险。相关部门及时组织人员对该区域进行排查，最终发现并修复了一处微小泄漏点，避免了大规模泄漏事故的发生，有效保障了城市供水安全。

结论

城市地下管网数字化建模与风险预警技术为城市地下管网的安全运行与管理提供了有效手段。通过数字化建模，实现了地下管网信息的可视化与精细化管理；风险预警技术则能够实时监测管网状态，提前发现潜在风险，为及时采取应对措施争取时间。在实际应用中，这些技术已取得了显著成效，有效降低了地下管网事故的发生率，保障了城市的正常运转。

未来，随着物联网、大数据、人工智能等技术的不断发展，城市地下管网数字化建模与风险预警技术将朝着更加智能化、集成化的方向发展。例如，利用物联网技术实现更广泛、更深入的传感器部署，提高数据采集的精度与实时性；借助大数据与人工智能技术，进一步优化风险预警模型，提高预警的准确性与及时性；同时，加强不同技术之间的集成应用，构建更加完善的城市地下管网智能化管理体系，为城市的可持续发展提供有力保障。

参考文献

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[2] 陶彦妤. 城市地下管网一体化三维建模方法研究[D]. 桂林理工大学，2019.

[3] 王新国 . 城市地下管网的数字化管理技术及其工程应用研究 [D]. 南京理工大学 ，2019.