管道设计综合信息数据库的建设方案

【摘要】本文首先定义了管道设计综合信息数据库的概念和内容，在此基础上给出了管道设计综合信息数据库，并探讨了利用管道数字化三维设计系统进行管道线路综合优化选线的方法。

【关键词】管道设计 信息数据库 建设方案

1 前言

为了适应快速发展的管道建设和运行管理要求，提高设计质量与效率，我们将管道沿线地理信息、区域地质、地质灾害、环境敏感点、城镇规划等专题数据与管道设计标准、设计数据集成，构建了管道设计综合信息数据库，开创了管道设计采用二维多层、三维立体、时间变迁等多维度数据分析的新模式。应用ArcGIS的空间分析技术，采用设计流程导航和设计工具推送方法，形成了管道数字化协同设计集成系统，实现了风险量化识别、三维快速优化选线、智能化设计及多专业协同等规模化管道设计。

2 管道设计综合信息数据库的内容

管道设计综合信息数据库的内容由地理信息数据、设计标准数据、设计数据三个类型的数据构成。

（1）管道设计综合信息数据库的地理信息数据主要为了全面的反映管道走廊带内的环境，矢量数据包括水文、地质、交通、土地权属及利用状况、植被、环境、构建筑物、其他管道、文教卫、消防、警力；栅格数据包括有扫描地形图、卫星遥感数据、航空摄影测量数据、数字高程模型等。这些数据除拥有自己的属性外，均有空间信息，包括横、纵坐标和高程。这些信息不仅能告诉设计人员管道周边环境有哪些内容，还能反映和管道的空间关系，管道穿越了多长的环境对象，管道距环境对象有多远，环境对象在管道的哪个位置等。

（2）设计标准数据包含各专业涉及的设计标准、统一规定、设备材料库、开料指标、走向图、典型图、通用图、施工图、竣工图、说明书、材料表、计算书模板、概算指标和各专业计算算法、校核工具、统计方法等。这些标准数据形成了设计知识库的算法基础。

（3）管道设计综合信息数据库中的设计数据主要包括线路和场站两部分，线路部分设计数据包括了管道中线、管道转角桩、地形地貌分布、地区等级分布、管材与防腐条件分布、管道穿跨越分布、管道附属工程分布、管道道路工程分布等，而场站部分的设计数据有站场阀室总图布置、各功能区划内部管道布置、电力、通信、仪表、消防、暖气、热力系统布置等。这些设计数据由已完成设计的项目进行累计，形成了设计知识库的资源基础。

3 管道设计综合信息数据库的建设方法

构成管道设计综合信息数据库的地理信息数据、设计标准数据、设计数据的入库方法和维护方式都不尽相同。

（1）地理信息数据的采集和入库。地理信息数据中部分基础地理数据从国家测绘中心购买而来，成为设计综合信息数据库的第一部分数据。而随着承揽的项目的增加，同时购买或录入和本工程有关的其它地理信息数据。地理信息数据是设计综合信息库最庞大的组成部分，一定要做好安全管理和定期备份。

（2）设计标准数据的总结和入库。设计标准数据是对目前设计标准、设计方法的积累和总结，是设计知识库建设的重要组成，除了要固定专业的标准数据，比如设计标准、统一规定、设备材料库、开料指标、走向图、典型图、通用图、施工图、竣工图、说明书、材料表、计算书模板、概算指标和各专业计算算法、校核工具、统计方法等。还要利用这些标准数据进行系统开发，形成了各种算法、参数规则，尽可能方便的在设计过程中为设计所应用。

（3）设计数据的积累。设计成果数据是随着设计项目的完成逐步累积的，进行的设计项目越多，设计数据越全面，对于线路设计来说，在设计完成后，根据本项目管径、地形等特征，对设计数据进行有针对性的总结和计算，形成概算指标的基础，为今后的设计项目提供设计支持。

4 管道设计综合信息数据库的功能

管道设计综合信息数据库有三个主要的功能：

基于管道设计综合信息数据库展开空间分析和计算。由于建立了包括国家测绘成果、勘察测量成果及区域地质、地灾地震、环境保护和城市规划等专题数据的海量地理信息数据库。通过构建数字化协同设计集成系统，利用空间分析技术，对综合信息库中的地理数据、管道设计数据结合设计规则进行空间分析，包括空间位置分析，通常借助空间坐标，反应出管道的准确位置；空间分布分析，管道地区等级、地形地貌等对象的定位、分布、趋势、对比内容；空间形态分析，管道的曲线几何形态；空间距离分析，管道与周边地理对象的接近关系，能描述管道与周边对象的连通性、邻近性和区域性等。一些常用的具体分析方法包括叠加分析、缓冲分析、三维分析等等。通过空间技术，在设计管道线路过程中，能及时得到管道线路长度，管道拐点坐标，管道任意点里程三维坐标信息；通过对周边人居环境进行缓冲分析，能自动划分管道地区等级；通过与铁路、公路、河流等对象的关系分析，能迅速得到管道穿越河流的定量、 定位、定性统计；而一旦管道距敏感区域过近或直接交叉，系统将自动进行空间分析，判断并给出提示警告信息；在管道通过山区时，能解析得到高程里程，又能通过一定算法，判断管道沿线地形地貌。空间分析技术对管道设计的作用是多方面的，通过赋予一定的规则、算法，能帮助设计人员很好的掌握管道与周边环境的关系，通过对统计结果进行定量评价，能帮助管道专家判断管道线路设计的优劣，以便推荐最优方案开展详细设计，用于现场施工。

融合设计标准、统一规定、标准设备、材料库、设计模板样式的管道设计规则库，形成了标准化的系统建设模式。数字化系统开发面向设计过程的导航流程，根据固化在系统内部的标准设计流程，自动将工程参数、所需的专业设计工具和设计参数推送给设计人员，利用设备材料库自动进行工程量和材料的统计，最后利用标准设计模板自动生成设计文件和图纸，整个设计流程形成智能化的设计作业管理模式，有效的提高设计质量和效率。设计流程导航和设计工具推送方法的一个优势是提高设计效率。规范的设计流程和固化的设计方法减少了设计人员查询工程参数、查找参数指标、选择设计工具以及手工统计等一系列工作；标准化设计保证了人为不同对设计成果的影响，提高了设计的标准化并且同时大大加快了设计速度。另一个优势是提高设计质量，体现在方案和成果的二级校审模式。前期设计方案校审模型有：管材校核、线路冲撞分析与展示、概算指标、造价比选；施工图方案校审模型有：工程参数、各专业统一规定、材料指标。方案是设计的核心，方案校审是保障设计质量的核心，因此把重点方案放在设计的第一环进行审查，从本质上保证了设计质量。而最终设计成果经过了数字化协同设计系统的大量自动化设计工具和最后人工审查完整的保证了设计质量。

三维快速优化选线。考虑到管道线路是位于地理空间中的人工构建体，其线路距离长、通过地区的地理条件比较复杂，会翻越山区、丘陵、平原；也会穿过公路、铁路、河流，甚至还会通过居民区等敏感特殊区域。管道线路与空间对象有着密切的关系，特别随着目前城镇建设、规划的发展，管道越来越多走进了山区，山区管道线路优化选线是管道线路设计中一个重要任务，通常会影响这个项目的投资、工期、实施难度。因此建立三维可视化的地理信息环境，可以更加逼真的、直观的反应现场情况，在一些高山峡谷密林区，能帮助设计人员身临其境的开展线路设计优化工作。能大幅减小设计人员的外业工作量，减小安全风险，还能进一步提高工作效率，从宏观到具体的在三维空间设计线路，使得管道线路设计结果更加可靠、可实施。数字化协同设计集成系统中，通过将多种高分辨率遥感、航测影像，扫描地形图数据与数字高程模型叠加，配合外业工作，能较好的模拟现场的自然环境。通过三维、二维联动功能，提供管道及管道设计对象纵断面信息实时设计与插叙，实现管道高程里程分析，并能进行沿管道三维模拟飞行，方便管道设计专家对管道的全面判断与分析，基于多元二维数据、三维立体环境综合分析管道路由及配套技术方案的合理性。

5 结论

管道设计综合信息数据库的建设是管道数字化线路设计的首要条件，既是设计基础也涵盖了设计成果，与传统的数据库不同，使整个设计的闭环流程都成为设计综合信息数据库的组成部分，专注设计过程的管理，对传统的设计方法和流程都提出了新的要求。