摘  要：分析燃氣信息管理系統的功能和存在的問題，探討管網模擬分析的流程、原理、系統功能，結合實例進行模擬分析，將模擬值與監控值進行了比較。

關鍵詞：  管網模擬；  地理信息系統；  數據采集與監控系統；  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

城市燃氣管網與城市居民生活密切相關，對城市管網的研究分析也日漸增多，不論管網模擬還是仿真，基本原理都是通過管網系統模型對實際管網系統進行分析和處理，其目的在于了解真實的管網系統在不同工作條件下的實際運行情況，以便對城市燃氣管網進行監控^[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，要么與管網信息管理系統聯系不夠密切，要么界面操作復雜。開發直接建立于管網信息管理系統上并且操作方便的軟件尤為重要。

1信息管理系統概況

隨著燃氣事業的迅猛發展，城市氣化率不斷提高，城市用氣的規模不斷擴大，供氣管道和設備越來越復雜，致使燃氣管網圖紙和設備資料繁多。為確保輸配系統的安全性和可靠性，加強燃氣管網綜合有效的信息化管理，全國各大中城市紛紛建立起管網信息管理系統。目前普遍使用的是SCADA系統和CIS系統，提供各種查詢、分析和統計等工具，為城市規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(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。該系統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的。

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統，即數據采集與監控系統。它可以對現場設備進行監控，實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及信號報警等各項功能。

2 信息管理系統在燃氣管網中的應用情況

2．1  信息管理系統功能

①GIS系統功能

根據GIS系統本身的功能特點，將其應用于城市燃氣管網系統，對文字、圖紙或者傳統的數據庫進行管理，能夠更好地實現對資料進行查詢，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據資料，而且能夠保存各管道的特性，根據管道不同的特性進行統計、分析^[7]。因此，將GIS應用于燃氣管網系統不僅可以提高供氣企業對燃氣管網的安全管理水平和服務能力，而且對供氣企業全面強化安全管理，推動技術進步具有顯著的促進作用。

②SCADA系統功能

在管網運行過程中，如果要了解整個管網同一時刻或者管網某處不同時刻的運行狀況，單純地依靠人工采集數據根本不可能實現，更不用說整個管網不同時刻的運行狀況。SCADA系統能夠對地域分布非常分散的設施進行連續監測，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

信息管理系統對于燃氣公司監控燃氣管網運行，發現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建設上還存在很多問題，主要表現在：

①由于歷史的原因，以傳統檔案方式保存的大量管網數據和資料遺失，導致信息管理系統的資料不全，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隨著燃氣事業迅猛發展，管網改擴建項目很多，信息管理系統不能及時反映管網的變化，致使資料的時效性不能得到保證。

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

3模擬分析技術要點

①管網模擬分析流程

簡單地說，管網模擬就是依據管網信息管理系統的GIS中管網實際情況，在新的界面中構造出模型，通過對模型的統計處理形成所需要的計算模型，然后進行分析模擬。因此，管網的模擬分析可以分為兩大模塊：模型創建與模型分析。管網模擬分析流程見圖l。

②管網模擬分析原理

a．  模型創建

導入GIS系統管網信息，包括管網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監控點信息，自動保存在系統后臺，這樣就形成了管網運行模型。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，根據不同的屬性和類別，采用不同的符號進行標示；同時，對節點與管線進行檢查，將孤立點及管段進行處理，形

成完整的管網系統，然后對環網管段進行處理形成計算模型。雖然經過處理，但這些管段及節點的固有屬性信息仍然保存在數據庫中。

b．模型分析

根據計算模型進行管網拓撲結構分析、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。這是一個循環的過程，主要針對某些管網系統結構比較特殊或者實際模型修正存在問題的管網進行再審核，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管網模擬系統的功能

管網模擬系統功能強大，性能卓越，實現了管網信息管理系統和模擬軟件的協調工作。本系統所有操作均在類似AutoCAD的圖形界面上進行，實現了GIS圖紙向CAD圖紙的轉化，并且能夠對形成的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。系統運行主界面見圖2。

此管網模擬系統的主要功能包括：

a．實現了將GIS管網圖紙及管段固有屬性信息向簡單程序的轉化，并且模擬的數據可以直觀地表示在網紙上；能夠手工對圖紙進行修改，在系統界面中進行管網相關數據的錄入，例如管段及其附屬設施、氣源等信息，進行模型修正。

b．系統能夠對管段根據不同的屬性加以區分，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，使管網拓撲結構一目了然。

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

d．根據管網基礎數據，對管網進行模擬，得到各管段的流量和各節點的壓力，以分析管網存在的壓力或流量“瓶頸”，對指導燃氣公司進行管網監控，預防事故發生及準確的安全決策提供依據^[10]。

4實際應用

通過實際的數據收集，對某城市燃氣管網系統進行模擬，將得到的壓力與管網信息管理系統進行對比，見表1。

5結論

基于信息管理系統的管網模擬系統實現了AutoCAD、管網信息管理系統與模擬軟件各系統的一體化工作，操作簡單，提高了各軟件的實用性。利用管網模擬系統對管網進行分析，精度較高，直觀、清晰、準確地反映了燃氣管網的概況，對進行管網系統安全監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：重慶大學三峽庫區生態環境教育部重點實驗室