摘  要：分析燃气信息管理系统的功能和存在的问题，探讨管网模拟分析的流程、原理、系统功能，结合实例进行模拟分析，将模拟值与监控值进行了比较。

关键词：  管网模拟；  地理信息系统；  数据采集与监控系统；  计算模型

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

城市燃气管网与城市居民生活密切相关，对城市管网的研究分析也日渐增多，不论管网模拟还是仿真，基本原理都是通过管网系统模型对实际管网系统进行分析和处理，其目的在于了解真实的管网系统在不同工作条件下的实际运行情况，以便对城市燃气管网进行监控^[1]。已有许多学者在这方面进行了研究，成果值得借鉴^[2-5]。然而这些研究相对孤立，要么与管网信息管理系统联系不够密切，要么界面操作复杂。开发直接建立于管网信息管理系统上并且操作方便的软件尤为重要。

1信息管理系统概况

随着燃气事业的迅猛发展，城市气化率不断提高，城市用气的规模不断扩大，供气管道和设备越来越复杂，致使燃气管网图纸和设备资料繁多。为确保输配系统的安全性和可靠性，加强燃气管网综合有效的信息化管理，全国各大中城市纷纷建立起管网信息管理系统。目前普遍使用的是SCADA系统和CIS系统，提供各种查询、分析和统计等工具，为城市规划工作提供科学的辅助分析和决策支持手段^[6]。

地理信息系统(Geographic Information System，GIS)是建立在与地理坐标位置有关的各类型信息库基础之上的计算机系统。该系统既管理对象的位置又管理对象的其他属性，而且位置和其他属性是自动关联的。

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监控系统。它可以对现场设备进行监控，实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及信号报警等各项功能。

2 信息管理系统在燃气管网中的应用情况

2．1  信息管理系统功能

①GIS系统功能

根据GIS系统本身的功能特点，将其应用于城市燃气管网系统，对文字、图纸或者传统的数据库进行管理，能够更好地实现对资料进行查询，准确有效地储存、检索城市地形图和燃气管道等资料，及时提供各种图纸及数据资料，而且能够保存各管道的特性，根据管道不同的特性进行统计、分析^[7]。因此，将GIS应用于燃气管网系统不仅可以提高供气企业对燃气管网的安全管理水平和服务能力，而且对供气企业全面强化安全管理，推动技术进步具有显著的促进作用。

②SCADA系统功能

在管网运行过程中，如果要了解整个管网同一时刻或者管网某处不同时刻的运行状况，单纯地依靠人工采集数据根本不可能实现，更不用说整个管网不同时刻的运行状况。SCADA系统能够对地域分布非常分散的设施进行连续监测，并从中央控制室对这些设施进行控制^[8]，它可以提高对突发事件的应对效率，降低人工成本。

2．2存在的问题

信息管理系统对于燃气公司监控燃气管网运行，发现并排除安全隐患具有重要的作用。然而，一些燃气公司在信息管理系统建设上还存在很多问题，主要表现在：

①由于历史的原因，以传统档案方式保存的大量管网数据和资料遗失，导致信息管理系统的资料不全，这给一些安全问题的查询和检索带来了极大的不便，同时也不能给决策者、信息咨询者提供及时、准确的信息^[9]。

②随着燃气事业迅猛发展，管网改扩建项目很多，信息管理系统不能及时反映管网的变化，致使资料的时效性不能得到保证。

③对信息管理系统的维护不够，许多监控点毁坏严重，无法实时传输管网实际运行信息，降低了资料的可用性。

3模拟分析技术要点

①管网模拟分析流程

简单地说，管网模拟就是依据管网信息管理系统的GIS中管网实际情况，在新的界面中构造出模型，通过对模型的统计处理形成所需要的计算模型，然后进行分析模拟。因此，管网的模拟分析可以分为两大模块：模型创建与模型分析。管网模拟分析流程见图l。

②管网模拟分析原理

a．  模型创建

导入GIS系统管网信息，包括管网拓扑结构和管道属性；也可手工导入，对于信息不完整或存在错误的地方，可以进行改正；读取SCADA监控点信息，自动保存在系统后台，这样就形成了管网运行模型。界面采用与AutoCAD相同的风格，很多功能也相同。对使用者来说，这样的界面更具亲切感，易于掌握。在这样的界面上对模型进行修正，根据不同的属性和类别，采用不同的符号进行标示；同时，对节点与管线进行检查，将孤立点及管段进行处理，形

成完整的管网系统，然后对环网管段进行处理形成计算模型。虽然经过处理，但这些管段及节点的固有属性信息仍然保存在数据库中。

b．模型分析

根据计算模型进行管网拓扑结构分析、计算并检查计算结果，如果不能满足要求，再修正模型重新计算，直到符合要求。这是一个循环的过程，主要针对某些管网系统结构比较特殊或者实际模型修正存在问题的管网进行再审核，用户可以通过图形界面进行配置和修改需要导入设备及管道类型等，以达到较高的精度。最终，结果可以直观地表示于模型上。

③管网模拟系统的功能

管网模拟系统功能强大，性能卓越，实现了管网信息管理系统和模拟软件的协调工作。本系统所有操作均在类似AutoCAD的图形界面上进行，实现了GIS图纸向CAD图纸的转化，并且能够对形成的CAD图纸进行处理，同时采用多文档界面设计，可同时打开多个文件进行操作，为操作者带来便利。系统运行主界面见图2。

此管网模拟系统的主要功能包括：

a．实现了将GIS管网图纸及管段固有属性信息向简单程序的转化，并且模拟的数据可以直观地表示在网纸上；能够手工对图纸进行修改，在系统界面中进行管网相关数据的录入，例如管段及其附属设施、气源等信息，进行模型修正。

b．系统能够对管段根据不同的属性加以区分，使用不同的颜色将管段表示出来；不同的设备也用不同的符号进行标示，使管网拓扑结构一目了然。

c．智能程度较高。除了能够实现CAD软件的基本功能(如：复制、延长、打断、删除、剪切、旋转、移动、放大等)外，还能够实现管网结构的自动修正，例如：管道的合并和管道长度统计等，这些功能保证了管网自我修正的实现。

d．根据管网基础数据，对管网进行模拟，得到各管段的流量和各节点的压力，以分析管网存在的压力或流量“瓶颈”，对指导燃气公司进行管网监控，预防事故发生及准确的安全决策提供依据^[10]。

4实际应用

通过实际的数据收集，对某城市燃气管网系统进行模拟，将得到的压力与管网信息管理系统进行对比，见表1。

5结论

基于信息管理系统的管网模拟系统实现了AutoCAD、管网信息管理系统与模拟软件各系统的一体化工作，操作简单，提高了各软件的实用性。利用管网模拟系统对管网进行分析，精度较高，直观、清晰、准确地反映了燃气管网的概况，对进行管网系统安全监控具有重要指导作用。

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本文作者：王兴畏  彭世尼

作者单位：重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室