城市的发展不仅在于光鲜亮丽的外表，更是在于里子中基础设施良性运转所蕴藏的动力。而城市排水正是反映着中国城市发展强劲的表象背后十分脆弱的一面。综览国外城市排水设计，“十几年一遇”甚至“几十年一遇”标准的巨大排水工程坚不可摧地支撑着城市的运维;而在国内，“两年一遇”、甚至不到“一年一遇”的城市排水管网设计使得城市逢汛必涝，更成为中国大多数城市的发展之殇。
“做城市排水，实际上是还历史的债。”本期GIO保定金迪地下管线探测工程有限公司软件事业部总经理付强这样总结和评价城市排水这项工程，“一方面，国内城市早期为地下管线的设计超前度不够;另一方面，我们始终对这些埋藏在地下的这些基础设施没有一个清晰的数字统计。”
那么，面对水患造成的破坏，人们究竟是更多地选择被动承受、亡羊补牢?还是会选择主动防治、未雨绸缪?再者，随着数字排水及相关技术的发展，这些先进的管理手段到底能否建立起城市排水管道的有效管理机制，挽救城市避免内涝的威胁?在这里，付强给出了一个答案。他认为，数字排水技术正愈发走向成熟，虽然国内城市的排水基础设施并没有像国外一些发达城市设计得更具前瞻性，但数字排水技术作为一种旨在改善城市排水基础设施先天性不足问题之上的科学管理方法，正发挥着举足轻重的作用。
在金迪这家专业从事地下管线技术服务的公司中，付强所在的软件事业部主要负责地下管线GIS软件系统GDInfo的研发，在配合外业部门进行地下排水管线的探测、CCTV检测以及修复任务的同时，完成一个小区、一片地段，乃至一座城市GIS管网系统的架构，并通过智能化的系统实现对地下排水管线的生命周期进行管理。
“早期对于地下排水管线的管理，一直依赖于纸质图和管理者的经验，体系化的流程并没有建立起来。”付强提到，“直到GIS被引入到地下排水管线后，这种直观地显现地下管线综合信息的平台，不仅带来基于二维和三维的管线规划与分析的能力，同时还为城市排水企业和政府有关部门提供决策价值信息。”
正是在综合技术的推动之下，一些更加先进的管线探测技术结合GIS构建了有效的维护和管理机制，提高了城市排水管网的管理能力，最终形成以GIS平台为管理的核心的排水管线探测、检测及修复的完整链条。
排水管网GIS化价值显著
付强提到，目前数字排水的管理模式按照技术的成熟度共分为三个阶段：第一阶段仅仅是利用一些数据管理软件对地下排水管网进行基础的数字化处理，与GIS结合并不明显;但到了第二个阶段，则开始利用GIS，构建一套电子化的地下排水管线图，并将管线数据录入其中实现对其有效观察、分析和管理;而第三个阶段则是继续GIS平台上，利用有效数据实现对排水管线的动态建模、监测、分析，并为有关部门提供管理上的决策。从当前国内的发展情况来看，国内大部分城市正处于第三个阶段的初期，GIS在其中发挥的资产管理价值正在得到城市相关管理部门的重视。
“这些年来，我们协助各地方政府部门和排水公司通过对管线的探测构建出基于GIS的管网，让这些城市在排水问题上有一张比较全面的城市管线图作为参考。通过考察众多城市，我们发现那些发展越快、现代化水平越高的城市，越缺乏全面、可靠的城市排水管网图，比如北京。”付强以一座大城市举例，“在北京，很多排水管道的修建没有经过统一的申报，管线填埋恣意无章，因此除了重新对北京市一次排水管线的普查外，根本不可能知道北京的地下排水管线的现况。”因此，对城市排水管网数字化进程是迫在眉睫的，特别是对一线大城来说，GIS对城市管网的全面一体化管理，更至关重要。
从排水管网的数字化到GIS化只是关系到管理的平台基础，如何通过GIS为政府部门、排水管道的用户提供管理上的决策价值，才是GIS应用的核心。
在数字排水技术的前期采集阶段，更微型的探测器正在取代曾经的人工手段对管道内部进行有效探查。据付强介绍，对地下管线的探测与检测，业内正在采用一种体型小巧的四驱探测器，探测器内部设有定位装置，头部则配备可以360°旋转的视频摄像头及传感设备，一来可以对地下管线内部进行无死角地探查管线中存在的问题。二来可以将拍摄下来的视频存入信息库，用于准确还原管线内部的情况。而探测器的另一端，是通过电缆线连接的控制主机，外业人员在地面利用这台终端操控探测器的进退以及摄像头的拍摄方向，最终有效地将管线内部的情况采集到终端机器当中。
当外业人员通过采集设备发现了在排水管道内有破损、障碍或污垢时，便会根据设备的定位系统在该管道段做一个节点，供内业部门后期利用GIS记录并整理信息之用。当内外业部门对一个地区的地下管线全部探测和记录好以后，GIS平台中便可呈现这片区域的综合管线信息，包括基础的管道信息，以及检测过程中发现的管道结构性和功能性缺陷。[page]
付强认为，排水管道的结构性缺陷主要表现在破裂、变形、错位、脱节、支管暗接、渗漏以及腐蚀等问题上;功能性缺陷则表现为探测到了污染物淤积、结垢，以及钢筋爆出、树枝阻挡等障碍性表现中。对于管道检测中发现的每一类问题，人工处理都会根据严重程度划分出等级，并在节点中清晰地呈现出来，用于后期的整理和决策，而这种等级的划分参照于上海有关部门制定出的评定标准。
排水管网GIS系统对于排水管线的另一个重要作用就是做好动态建模分析，为排水管网运营监控提供科学的参考意见，这也是数字排水进入第三个阶段的重要标志。
“利用GIS系统可以构建出一套地下的三维模型，再加上对管线的实际监测获得的管线综合数据，便能够建立起动态的排水模型。”付强说。GIS目前已经能够实现对排水数据的基础动态模拟，通过假设一个雨量值，就能通过相应的计算公式模拟实时情况。
“但实际上情况并不是人们想的那么简单，这种模拟往往不准，原因就在于管道内部的污染物堆积会直接影响排水的效果，甚至可能只有模拟效果的三分之一。”付强表示，中国排水管线面临的最严重的问题就是污物淤堵，这影响了排水畅通度。如果想对管线有更加精准的模拟，技术上可以实现对管道的材质、粗糙度、雨水渗透率和污物成分做出精准的解析获得一个更准确的结果，但是对于污物量的估计始终是一大难点。
“这些问题的出现表示探测设备传感与自动化处理水平尚有提高的空间。”付强说，“目前，探测器仍然需要全程人员值守，很多千奇百怪的管线内部结构性和功能性问题必须由人眼来亲自判断，所以我们希望未来的探测装置可以直接通过更先进的传感器自动化地剖析各种管线内部问题，比如对污物的成分分析用于追查来源，采用更加标准化的处理方法科学地解决问题源。”
因此，作为软件事业部的负责人，付强希望能通过与各大院校或者科技部门建立起更加广泛的往来，获得一些新的技术来不断强化探测设备自动化分析的能力，进而提高工作的效率。目前，金迪公司已在和相关的物联网技术提供单位合作，在控制地下管网的泵站安装位液仪用于实时监测水体质量和水位高度;一旦装置感知到管网中的液体超过一定标准，相应的阀门也会自动打开，同时也会连接到GIS系统做出预警。另外，金迪也在和超图软件深度对接，推动智慧排水的发展。
“无论是数字排水，还是未来的智慧排水，技术将逐步实现智能化，人为干预的因素也会越来越少，市政维护成本也将降低。”付强总结道。
迫在眉睫的排水管线排查
目前，金迪公司正在广东省中山市开发展排水管线探测和CCTV检测工作，最终获得的数据将录入到GIS平台提供进一步的分析。“通过检测我们发现，各种结构性缺陷和功能性缺陷都多得惊人!还有雨污合流、支管暗接等问题。”付强提到，这些缺陷正是造成管线淤塞，从而引发城市在汛期形成内涝的主要原因。但中山市出现的问题并不是个案，很多城市都面临着这样的问题。
随后的工作中，在中山市政府的支持下，付强的软件事业部团队与外业部门一起，建立起从市区到乡村的排污网络管理GIS系统;从系统中能监测到任何一个排污点的污水流向和流量，如果排污点的排污量大于管线所能承受的规定限度，连接在管线系统中的物联网感应装置便会通过GIS系统发出报警，引起有关负责单位的注意，以做出响应和决策。付强说：“我们在GIS系统中利用水力学分析手段为城市排水管网今后的修复、扩容、改造提供进一步的指导。”
这些直观的显示模式也将为实施管网线路的改造提供相应的决策，从而改善由于排污过量所引起的雨污合流等问题。
这几年在中山市一套完整工作流程下来，付强深有感触，一是觉得国内排水管网的整治与管理进程仍然迫在眉睫，二是发现了当地政府及有关单位开始越来越重视城市排水这项长期工程对整个社会秩序的意义。
付强总结：“正是在中山市政府和当地排水企业及管网用户的大力配合之下，相关工作虽然在过程上比较艰苦，但仍旧尽然有序地进行着。”
共解内涝之围
在早些年中，整个社会都不太关注城市排水，技术上也不怎么重视，对地下管线的维护，通常以十年为一个周期，而这期间，城市排水管线早已发生了天翻地覆的变化，不仅管网结构更加复杂，还会造成管理上的困难。另一方面，十年周期的普查工作会大大加重政府的开支，其中管线探测与监测再到GIS化的管理都只是冰山一角，更庞大的支出在于对管线的修复与运维阶段。
“城市排水不能因为看不到短期回报就轻视了对排水管网的管理。”付强说道，“这几年受恶劣天气的影响，汛期城市内涝引发的伤亡与财产损失才开始引发人们的关注。”
而值得肯定的是，在发现了问题后，各地区的政府部门都已开始加大力度整治地下排水管网，从过去十年一次的大普查，逐步形成了动态化的监管和短周期维护的新模式。
城市排水需要底层做起，通过管线的探测、监测到利用GIS平台管理，能够有效解决一部分内涝之困，但从长远来看，彻底地改变城市内涝之殇，要政府、企业、民众的共同努力。“大暴雨或百年一遇，或几十年一遇，可一旦遇到了谁也没有办法阻止，做好整座城市的规划工作，加强地表绿地面积、减少植被破坏，都是辅助城市排水的良策。”付强总结道。(文|本刊编辑 陈启临)
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