城市地下管网是保障城市运行的“生命线”，涵盖10余类系统，总长超百万公里，其管理水平影响城市韧性，管网事故年均经济损失超千亿元。传统管理依赖二维图纸（更新滞后率超40%）和人工巡检（漏检率达30%），难以应对复杂管网的空间关系查询和应急响应需求。基于GIS的三维建模可使管网数据准确率提升至95%以上，智能管理系统能将应急处置效率提高3倍，随着相关条例强化数字化要求，GIS驱动的地下管网管理技术成为核心课题。

1.城市地下管网三维建模的数据源与技术方法

地下管网三维建模需“多源数据融合-空间精度控制-模型动态更新”，技术方法要适配管网特性。数据源包括基础地理数据（高精度地形图、高程模型）、管线探测数据（地下管线雷达扫描、全站仪测量、竣工资料）、物联网监测数据（压力传感器、流量仪实时状态数据）、历史运维数据（维修记录、改造图纸）。建模技术方法有数据预处理（坐标转换、噪声剔除、属性数据标准化）、三维构建（基于GIS平台的管线实体建模、采用LOD技术、节点三维建模）、模型整合（实现空间关联、建立拓扑关系）、动态更新（基于BIM模型的版本管理、结合现场巡检的移动端更新工具）。

2.GIS支撑的地下管网三维模型的核心功能与应用场景

三维模型需通过“空间分析-可视化表达-决策支持”功能，解决传统管理的痛点问题。核心功能：空间查询与分析（实现“管径≥300mm的给水管线”等属性查询（响应时间≤1秒），进行断面分析（垂直距离计算精度±2cm）、净距分析（最小安全距离预警阈值自定义））；三维可视化（管线分层显示（按系统、埋深），透明化地表展示（地下20米范围内细节可见），动态漫游（流畅度≥30帧/秒））；冲突检测（自动识别管线交叉冲突（间距＜规范值50%时报警），施工影响范围分析（距管线3米内预警））；量算统计（管线长度（误差≤0.5%）、土方量（精度±3%）的自动计算，生成各类统计报表）。典型应用场景：规划设计（新管线路由优化（减少与既有管线交叉30%））；施工管理（地下施工的管线保护方案模拟（碰撞风险降低60%））；日常运维（巡检路线规划（缩短里程20%），设备定位（阀门井查找时间从30分钟缩至5分钟））。某新区管网规划中，通过三维模型的冲突检测，提前发现12处给水管与燃气管的交叉隐患，节约改造成本80万元。

3.基于GIS的地下管网智能管理系统架构与关键技术

智能管理系统需“感知-传输-处理-应用”四层架构协同，关键技术聚焦数据融合与智能决策。系统架构：感知层（部署智能传感器（每500米1个压力监测点、1公里1个水质监测点），采用NB-IoT传输（覆盖率≥99%））；网络层（建立“光纤+无线”混合网络（传输速率≥10Mbps），数据加密（AES-256算法））；数据层（构建时空数据库（支持10亿级记录存储），实现GIS与BIM数据融合（属性同步率≥99%））；应用层（包含管网资产管理（全生命周期追溯）、运行监控（压力/流量实时曲线）、应急指挥（爆管关阀方案自动生成）等模块）。关键技术：时空大数据处理（采用分布式计算框架（处理速度≥100万条/秒），时空索引（查询效率提升10倍））；智能分析算法（爆管定位（基于水力模型，误差≤3米），漏损预测（准确率≥85%），寿命评估（误差≤5年））；移动应用技术（巡检APP支持离线地图（更新频率1次/周），AR实景标注（定位偏差≤50cm））；数字孪生集成（构建管网虚拟镜像（状态同步延迟≤5分钟），模拟不同工况下的运行状态）。某城市供水系统应用该系统后，爆管定位时间从2小时缩至15分钟，关阀方案优化使影响范围缩小40%。

4.系统应用效能评估与推广实施路径

应用效能需“技术指标-经济指标-社会指标”综合衡量，实施路径注重分阶段落地与可持续运营。效能评估：技术指标（模型精度（±5cm）、数据更新及时率（≥95%）、系统响应时间（≤3秒）、故障定位准确率（≥90%））；经济指标（管网漏损率（从15%降至11%）、年度维护成本（降低20%-30%）、应急抢修费用（减少40%））；社会指标（居民停水时长（缩短60%）、管网事故率（下降50%）、公众满意度（提升至85分以上））。实施路径：试点先行（选择1-2个行政区（管网总长500-1000公里）进行建模与系统部署（周期6-12个月））；标准制定（建立数据采集、模型构建、系统运维的地方标准（兼容国家规范））；人才培养（开展GIS+管网管理培训（每年≥200人次），组建专业运维团队）；持续优化（每季度收集用户反馈（问题解决率≥90%），每年进行系统功能升级）。某省会城市分三期实施后，实现全市6000公里管网的三维管理，年节水超1000万吨，间接经济效益超2亿元。

结束语

基于GIS的城市地下管网三维建模与智能管理技术，通过“三维可视化破解空间信息壁垒、智能分析提升决策效率、全周期管理保障系统韧性”，突破了传统地下管网管理的“盲管”困境。实践证明，该技术能显著提升管网管理的精细化水平，降低运行风险与成本。未来需聚焦全要素建模（纳入地下空间结构）、AI自主决策（漏损预测准确率≥95%）、泛在感知（传感器覆盖率≥80%），推动技术向“全息感知、智能自愈、协同共治”升级，为智慧城市的安全高效运行提供核心支撑。

参考文献：

[1]张丽青.基于倾斜摄影和GIS建模的管网三维数字管理系统实现[J].科技创新导报,2021,18(25):106-108.

[2]陶彦妤.城市地下管网一体化三维建模方法研究[D].桂林理工大学,2019.

[3]陈立民,马雪萍,谭慧君.浅谈城市地下管网的三维建模及应用[J].测绘与空间地理信息,2017,40(11):111-112+115.