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【摘 要】 随着高校的快速发展，供水管网日趋复杂，对供水安全可靠性的要求也在不断提升，建立给水管网信息化平台，依靠供水管网地理信息系统（GIS）系统强大的功能，对供水管网信息进行存储、管理、分析和应用，使高校供水管网管理步入规范化、科学化的轨道已成为当务之急。本文在对高校供水管网管理现状分析的基础上，介绍了基于GIS供水信息化平台建立的工作流程、功能和架构，为高校供水信息化平台的构建提出有益的借鉴与参考。
【关键词】 供水管网；GIS；信息化平台
供水管网作为重要的基础设施，是确保学校正常教学、科研、生活和工作秩序的物质基础，被誉为校园的“生命线”。随着高校建设规模的扩大，供水管网系统日趋复杂，对供水管网运行、维护以及处理突发事件的能力要求越来越高，迫切需要采用先进的信息化、数字化手段，对供水管网的规划、设计、建设、运行及维护实施科学管理。
1.高校供水管网现有的管理模式及存在的问题
1.1资料信息化程度低管理混乱
供水管网资料大都采用人工管理和图纸、图表这种纸介质存储的管理模式。这种管理模式存在以下问题：①纸质资料很难将管网的空间拓扑关系直观地反映；②人工管理海量的管网资料，由于归档方式的不合理和不规范容易造成查阅困难；③供水管网新增和改造工程资料，难以及时地更新和替换，资料准确度有限；④随着时间的推移，纸质资料的破损和遗失现象客观存在。虽然部分高校已经逐步开始利用AutoCAD辅助技术开发管线图形系统，将纸质资料电子化，但这仍是一种静态管理，管线系统无拓扑和空间分析，纸质资料缺失、准确度有限的问题没有得到根本解决。
1.2运行管理存在一定程度的盲目性
由于供水管网的复杂性和隐蔽性，相关人员对管网的运行状态难以实时掌握。管理者只能依靠经验来对供水管网进行管理和巡查，一旦发生问题，由于缺乏准确的数据支持，对突发事件影响的范围很难评估，并在短时间内迅速准确地查找和解决问题。
1.3给水管网改扩建缺乏准确的数据支持
给水管网的改扩建应是建立在对现状管网核算的基础之上，即需要对管网各泵站的流量与扬程，管网节点的水压、流量，管网水头损失和摩阻系数等基础数据进行充分掌握，再运用合理的计算方法才能科学、合理地制定改扩建方案。由于缺乏管网现状的精确数据，设计人员很难从供水系统的整体上对供水管网改扩建方案进行把握和实施优化设计，容易出现偏差。
2.高校供水管网信息化建设
目前，北京、上海、广州、深圳、武汉、成都、沈阳[1]、南京[2]等多个城市都已建立基于GIS的供水管网信息管理系统，大大提高供水管网管理的效率和质量。但城市管网系统是一个结构复杂、规模庞大、用水随机性强、运行控制为多目标的网络系统，其信息管理系统采用的是供水宏观模型，这种模型精确度不高，在管网动态模拟、优化调度等供水专业实用性方面还有待进一步加强。与城市供水管网信息系统不同的是，高校供水管网信息系统应采用微观模型，以GIS技术为核心，结合给水管网水力计算、优化设计与调度管理模型，并与模型数据采集和监控系统（SCADA）及可编程逻辑控制器（PLC）相集成，对系统拓扑的变化和节点用水量模式的变化具有较強的适应性，可获得所有供水管段、节点、水源的工况参数，以及静态模拟和动态实时工况。
2.1构建供水管网信息系统的工作流程
校园供水管网信息系统的构建包含以下工作步骤：
（1）收集供水管网系统的现状资料。
（2）对GIS系统在供水管网中应用情况进行充分调研。有研究表明MapGIS，SuperMap和ArcGIS这三个软件在城市供排水GIS信息系统开发建设中应用程度较广[3]。
（3）对供水管网实施区域规划，并对该系统的地理信息系统需求进行分析。
（4）对选定的GIS系统进行结构设计和二次开发。
（5）对给水系统建立微观模型。给水管网模型必须准确模拟管网系统的静态、动态信息，包括图形、属性、参数及状态信息等。管网模型的建立是优化管网系统规划、优化调度及优化改扩建的基础，是诊断管网异常、提高管理水平的保证[4]。
（6）将计算机网络系统、模型数据采集和监控系统、自动化控制系统、视频监控与图像显示系统和有线与无线信息传输系统有机地集成，构建信息化平台。
（7）对系统功能测试及发布，并根据实际运行情况对系统功能进行调整和优化。当模拟结果（监测点的压力或流量模拟值）与实际SCADA值发生偏差（误差10%以上）时，就必须对模型进行校核[6]。
2.2供水管网信息系统的总体目标
2.2.1提供供水管网基础信息
供水管网的基础信息包含空间信息和属性信息。供水管网空间信息指的是与水表、管道、泵站、阀门等供水系统本身相关的地理特征信息，属性信息则是用来反映与几何位置无关的属性，包含节点属性、管道属性、阀门属性等。以管道属性为例，管道属性包括管道编号、起始节点号、终止节点号、管径、管长、敷设日期和维修记录[5]。
2.2.2对管网运行状况实时监控
该系统可对管网的流量、流速和压力等工况实时监测。
2.2.3优化运行方案
对采集的各类实时数据分析和处理，对水力运行状态在线模拟，使管理人员掌握不同工况下的运行情况，并运用优化技术确定最优化的运行方案节约供水成本。
2.2.4具备事故分析、记录与报警功能
当管网遭遇突发事件时，能及时报警准确提供受损管道及管件的位置，并提供优化的关闭阀门方案及提示受影响的区域，使供水管网的应急处理能够科学、高效。
2.2.5对供水管网的改扩建方案进行优化
为供水管网改扩建提供准确的数据支持，对改扩建后的运行状况实施模拟，便于确定最终的改扩建方案。一旦方案确定，能及时地对供水管网信息进行更新。 2.3供水管网信息系统管理架构及模块
目前供水管网系统构建较为常用的方法是模块化的结构设计方法，这种设计方法是将一系列可拆分、可协作、可裁剪的GIS模块构成具有高度伸缩性的GIS软件平台，每个GIS功能模块可完成不同的功能，大大提高系统的可变性，并具有成本低、开发快的优势。高校供水管网信息化平台的建设的构建，应按照使用者的要求可设计成多个子系统和数十个功能模块，系统建成后应具有功能结构合理、完备，子系统功能独立性强，功能模块稳定性强及操作简便等特点。
2.3.1地形图管理子系统
该系统提供分别对点、线、面三种图元的矢量空间数据和栅格图像数据的输入、编辑和输出功能，能对地形图库进行有效的数据转换，包含视图控制、图形管理、图形转换、地形图的更新与维护等模块功能。
2.3.2管网数据录入子系统
该系统是将管网管道、设备、附属设施、拓扑关系及相关属性进行输入和编辑，用于建立管网的属性数据库，提供供水管网的图形属性编辑功能，包含属性数据管理、数据转入导换、管网编辑模块。
2.3.3管网查询与分析系统
管网查询系统是对通过系统提供的查询检索方法快速、方便地得到所需数据和信息，包含数据浏览、查询、定位、统计、网格分析、叠加分析、报表和打印等功能模块。
2.2.4管网事故维修子系统
管网事故维修子系统用于对爆管事故的处理和维修。爆管事故指的是當发生漏水事故时，系统能够通过空间拓扑关系分析及相应的算法，迅速查出事故所涉及的管段和各类阀门的情况，拟定相应合理的关阀方案，将事故的影响降到最低。该系统包含故障定位、封闭区域生成、决策分析、报表生成等模块[7]。
2.2.5管网运行系统
该系统是通过多种方式对管道流速、流量、管道压力、水泵流量、压力等动态数据进行监测，掌握管网运行状况，及时发现管网中存在的隐患。此外，该系统还将对管网在运行过程中产生的管网巡检、管网维修、新增管道、管网停水、设备设施变更等信息进行记录。
2.2.6用户管理系统
用户管理系统能够对校园用户和水表进行动态管理。
2.2.7系统管理系统
该系统是对整个系统进行维护与管理，包含权限管理、系统运行日志查询、数据备份、工具配置管理等模块。
3.结语
校园供水管网信息化系统的建设，除按照工作流程进行构建外，更要注重对管网数据进行动态管理，确保管网数据的时效性和准确性，为管网运行、维护提供实实在在的信息支撑。此外，需要不断对系统平台进行完善和扩展，并将神经网路、模糊控制理论和专家系统与GIS集成，建立专家地理信息系统提高系统性能[8]。
参考文献：
[1]都淑萍.基于GIS的供水管网管理系统的设计[D].上海：上海交通大学，2005.
[2]张兰芬，邵方，谢春等.南京市自来水供水管网管理系统[J].国土资源遥感，2002（3）：75-77.
[3]戴雄奇，朱戈文，边靖.城市供水管网GIS系统的建设管理与维护[J].中国给水排水，2011（5）：21-24.
[4]周建华，赵洪宾.城市给水管网系统所面临的问题及对策[J].中国给水排水，2002（11）：30-32.
[5]耿为民，张力，刘遂庆.关于供水管网管理信息系统[J].城市供水，2002（6）：24-25.
[6]王强.供水管网科学调度决策支持系统理论和应用研究[D].上海：同济大学，2006.
[7]郑苏娟，徐筱麟，丁莲珍.基于图论的城市供水管网抢修决策信息系统[J].河海大学学报（自然科学版），2001，29（5）：92-94.
[8]马勇，彭永臻，尚付刚等.GIS在城市给水排水中的应用[J].城市环境与城市生态，2003（10）：10-12.
【关键词】 供水管网；GIS；信息化平台
供水管网作为重要的基础设施，是确保学校正常教学、科研、生活和工作秩序的物质基础，被誉为校园的“生命线”。随着高校建设规模的扩大，供水管网系统日趋复杂，对供水管网运行、维护以及处理突发事件的能力要求越来越高，迫切需要采用先进的信息化、数字化手段，对供水管网的规划、设计、建设、运行及维护实施科学管理。
1.高校供水管网现有的管理模式及存在的问题
1.1资料信息化程度低管理混乱
供水管网资料大都采用人工管理和图纸、图表这种纸介质存储的管理模式。这种管理模式存在以下问题：①纸质资料很难将管网的空间拓扑关系直观地反映；②人工管理海量的管网资料，由于归档方式的不合理和不规范容易造成查阅困难；③供水管网新增和改造工程资料，难以及时地更新和替换，资料准确度有限；④随着时间的推移，纸质资料的破损和遗失现象客观存在。虽然部分高校已经逐步开始利用AutoCAD辅助技术开发管线图形系统，将纸质资料电子化，但这仍是一种静态管理，管线系统无拓扑和空间分析，纸质资料缺失、准确度有限的问题没有得到根本解决。
1.2运行管理存在一定程度的盲目性
由于供水管网的复杂性和隐蔽性，相关人员对管网的运行状态难以实时掌握。管理者只能依靠经验来对供水管网进行管理和巡查，一旦发生问题，由于缺乏准确的数据支持，对突发事件影响的范围很难评估，并在短时间内迅速准确地查找和解决问题。
1.3给水管网改扩建缺乏准确的数据支持
给水管网的改扩建应是建立在对现状管网核算的基础之上，即需要对管网各泵站的流量与扬程，管网节点的水压、流量，管网水头损失和摩阻系数等基础数据进行充分掌握，再运用合理的计算方法才能科学、合理地制定改扩建方案。由于缺乏管网现状的精确数据，设计人员很难从供水系统的整体上对供水管网改扩建方案进行把握和实施优化设计，容易出现偏差。
2.高校供水管网信息化建设
目前，北京、上海、广州、深圳、武汉、成都、沈阳[1]、南京[2]等多个城市都已建立基于GIS的供水管网信息管理系统，大大提高供水管网管理的效率和质量。但城市管网系统是一个结构复杂、规模庞大、用水随机性强、运行控制为多目标的网络系统，其信息管理系统采用的是供水宏观模型，这种模型精确度不高，在管网动态模拟、优化调度等供水专业实用性方面还有待进一步加强。与城市供水管网信息系统不同的是，高校供水管网信息系统应采用微观模型，以GIS技术为核心，结合给水管网水力计算、优化设计与调度管理模型，并与模型数据采集和监控系统（SCADA）及可编程逻辑控制器（PLC）相集成，对系统拓扑的变化和节点用水量模式的变化具有较強的适应性，可获得所有供水管段、节点、水源的工况参数，以及静态模拟和动态实时工况。
2.1构建供水管网信息系统的工作流程
校园供水管网信息系统的构建包含以下工作步骤：
（1）收集供水管网系统的现状资料。
（2）对GIS系统在供水管网中应用情况进行充分调研。有研究表明MapGIS，SuperMap和ArcGIS这三个软件在城市供排水GIS信息系统开发建设中应用程度较广[3]。
（3）对供水管网实施区域规划，并对该系统的地理信息系统需求进行分析。
（4）对选定的GIS系统进行结构设计和二次开发。
（5）对给水系统建立微观模型。给水管网模型必须准确模拟管网系统的静态、动态信息，包括图形、属性、参数及状态信息等。管网模型的建立是优化管网系统规划、优化调度及优化改扩建的基础，是诊断管网异常、提高管理水平的保证[4]。
（6）将计算机网络系统、模型数据采集和监控系统、自动化控制系统、视频监控与图像显示系统和有线与无线信息传输系统有机地集成，构建信息化平台。
（7）对系统功能测试及发布，并根据实际运行情况对系统功能进行调整和优化。当模拟结果（监测点的压力或流量模拟值）与实际SCADA值发生偏差（误差10%以上）时，就必须对模型进行校核[6]。
2.2供水管网信息系统的总体目标
2.2.1提供供水管网基础信息
供水管网的基础信息包含空间信息和属性信息。供水管网空间信息指的是与水表、管道、泵站、阀门等供水系统本身相关的地理特征信息，属性信息则是用来反映与几何位置无关的属性，包含节点属性、管道属性、阀门属性等。以管道属性为例，管道属性包括管道编号、起始节点号、终止节点号、管径、管长、敷设日期和维修记录[5]。
2.2.2对管网运行状况实时监控
该系统可对管网的流量、流速和压力等工况实时监测。
2.2.3优化运行方案
对采集的各类实时数据分析和处理，对水力运行状态在线模拟，使管理人员掌握不同工况下的运行情况，并运用优化技术确定最优化的运行方案节约供水成本。
2.2.4具备事故分析、记录与报警功能
当管网遭遇突发事件时，能及时报警准确提供受损管道及管件的位置，并提供优化的关闭阀门方案及提示受影响的区域，使供水管网的应急处理能够科学、高效。
2.2.5对供水管网的改扩建方案进行优化
为供水管网改扩建提供准确的数据支持，对改扩建后的运行状况实施模拟，便于确定最终的改扩建方案。一旦方案确定，能及时地对供水管网信息进行更新。 2.3供水管网信息系统管理架构及模块
目前供水管网系统构建较为常用的方法是模块化的结构设计方法，这种设计方法是将一系列可拆分、可协作、可裁剪的GIS模块构成具有高度伸缩性的GIS软件平台，每个GIS功能模块可完成不同的功能，大大提高系统的可变性，并具有成本低、开发快的优势。高校供水管网信息化平台的建设的构建，应按照使用者的要求可设计成多个子系统和数十个功能模块，系统建成后应具有功能结构合理、完备，子系统功能独立性强，功能模块稳定性强及操作简便等特点。
2.3.1地形图管理子系统
该系统提供分别对点、线、面三种图元的矢量空间数据和栅格图像数据的输入、编辑和输出功能，能对地形图库进行有效的数据转换，包含视图控制、图形管理、图形转换、地形图的更新与维护等模块功能。
2.3.2管网数据录入子系统
该系统是将管网管道、设备、附属设施、拓扑关系及相关属性进行输入和编辑，用于建立管网的属性数据库，提供供水管网的图形属性编辑功能，包含属性数据管理、数据转入导换、管网编辑模块。
2.3.3管网查询与分析系统
管网查询系统是对通过系统提供的查询检索方法快速、方便地得到所需数据和信息，包含数据浏览、查询、定位、统计、网格分析、叠加分析、报表和打印等功能模块。
2.2.4管网事故维修子系统
管网事故维修子系统用于对爆管事故的处理和维修。爆管事故指的是當发生漏水事故时，系统能够通过空间拓扑关系分析及相应的算法，迅速查出事故所涉及的管段和各类阀门的情况，拟定相应合理的关阀方案，将事故的影响降到最低。该系统包含故障定位、封闭区域生成、决策分析、报表生成等模块[7]。
2.2.5管网运行系统
该系统是通过多种方式对管道流速、流量、管道压力、水泵流量、压力等动态数据进行监测，掌握管网运行状况，及时发现管网中存在的隐患。此外，该系统还将对管网在运行过程中产生的管网巡检、管网维修、新增管道、管网停水、设备设施变更等信息进行记录。
2.2.6用户管理系统
用户管理系统能够对校园用户和水表进行动态管理。
2.2.7系统管理系统
该系统是对整个系统进行维护与管理，包含权限管理、系统运行日志查询、数据备份、工具配置管理等模块。
3.结语
校园供水管网信息化系统的建设，除按照工作流程进行构建外，更要注重对管网数据进行动态管理，确保管网数据的时效性和准确性，为管网运行、维护提供实实在在的信息支撑。此外，需要不断对系统平台进行完善和扩展，并将神经网路、模糊控制理论和专家系统与GIS集成，建立专家地理信息系统提高系统性能[8]。
参考文献：
[1]都淑萍.基于GIS的供水管网管理系统的设计[D].上海：上海交通大学，2005.
[2]张兰芬，邵方，谢春等.南京市自来水供水管网管理系统[J].国土资源遥感，2002（3）：75-77.
[3]戴雄奇，朱戈文，边靖.城市供水管网GIS系统的建设管理与维护[J].中国给水排水，2011（5）：21-24.
[4]周建华，赵洪宾.城市给水管网系统所面临的问题及对策[J].中国给水排水，2002（11）：30-32.
[5]耿为民，张力，刘遂庆.关于供水管网管理信息系统[J].城市供水，2002（6）：24-25.
[6]王强.供水管网科学调度决策支持系统理论和应用研究[D].上海：同济大学，2006.
[7]郑苏娟，徐筱麟，丁莲珍.基于图论的城市供水管网抢修决策信息系统[J].河海大学学报（自然科学版），2001，29（5）：92-94.
[8]马勇，彭永臻，尚付刚等.GIS在城市给水排水中的应用[J].城市环境与城市生态，2003（10）：10-12.