三維地理信息系統(tǒng)在智慧化工園區(qū)建設(shè)中應(yīng)用

張安梅 安豐亮(山東正元數(shù)字城市建設(shè)有限公司，山東 煙臺(tái) 264670)

0 引言

隨著科技水平的飛速發(fā)展，三維地理信息技術(shù)在不斷成熟和完善，在城市規(guī)劃以及國(guó)土監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目中獲得了越來(lái)越多的認(rèn)可和應(yīng)用，而化工園區(qū)建設(shè)規(guī)劃工作使用三維地理信息技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CAD技術(shù)，不僅方便技術(shù)人員或決策人員對(duì)規(guī)劃信息進(jìn)行快速查詢和分析，還可以通過(guò)三維模型功能對(duì)地形、地質(zhì)等信息進(jìn)行更加直觀的呈現(xiàn)，對(duì)化工園區(qū)整體建設(shè)質(zhì)量的提升有著重要意義。

1 化工園區(qū)以及三維地理信息系統(tǒng)概述

1.1 化工園區(qū)概述

化工園區(qū)是為了滿足現(xiàn)如今化工行業(yè)規(guī)?；?、集約化發(fā)展需要而出現(xiàn)的化工企業(yè)聚集區(qū)域，化工園區(qū)的用地類(lèi)型大致可以分為倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域、居住區(qū)、大型石油化工園區(qū)以及煤化工產(chǎn)業(yè)型園區(qū)等幾種，使得化工園區(qū)普遍具有企業(yè)生產(chǎn)工藝復(fù)雜、污染物排放量較大、耗能較大以及危險(xiǎn)性較高等特點(diǎn)。

1.2 三維地理信息系統(tǒng)概述

三維地理信息系統(tǒng)也就是GIS，是一種由計(jì)算機(jī)硬件和軟件構(gòu)成的空間信息平臺(tái)，其中包括空間數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、空間數(shù)據(jù)分析以及三維模型等功能。而三維地理信息系統(tǒng)在化工園區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用，一方面可以對(duì)地理信息進(jìn)行大范圍的收集、管理和分析，從而為化工園區(qū)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供必要的數(shù)據(jù)信息支持，還可以為化工園區(qū)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作提供直接幫助，比如通過(guò)空間分析與模擬功能，對(duì)化工園區(qū)安全事故或化工園區(qū)事故應(yīng)急設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬，可以顯著提升化工園區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性，并促進(jìn)化工園區(qū)安全水平和生產(chǎn)效率的提升。

2 三維地理信息系統(tǒng)在化工園區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用

2.1 化工園區(qū)附近環(huán)境調(diào)查與評(píng)價(jià)

化工園區(qū)建設(shè)項(xiàng)目所需考量的因素與其他類(lèi)型的建筑工程相比，無(wú)論是在調(diào)查項(xiàng)目的數(shù)量方面，還是在調(diào)查項(xiàng)目的詳細(xì)程度及準(zhǔn)確性方面都有著較高的要求，比如，除了需要對(duì)自然環(huán)境因素以及人工因素等地理數(shù)據(jù)進(jìn)行全面調(diào)查以外，還需要對(duì)園區(qū)附近的交通環(huán)境因素、人流情況等行業(yè)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和掌握(如圖1)。這些數(shù)據(jù)中除了包含水資源分布、植被分布、土壤類(lèi)型及其分布等與空間有關(guān)的數(shù)據(jù)以外，還包含天氣情況以及降雨量情況等統(tǒng)計(jì)類(lèi)數(shù)據(jù)，而采用三維地理信息系統(tǒng)，不僅可以對(duì)這些數(shù)量龐大的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理和存儲(chǔ)，還可以利用與空間有關(guān)的數(shù)據(jù)構(gòu)建相應(yīng)的地形模型，再通過(guò)導(dǎo)入建筑物以及樹(shù)木等模型數(shù)據(jù)生成化工園區(qū)三維設(shè)計(jì)圖，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)的環(huán)境調(diào)查手段相比，三維GIS技術(shù)的應(yīng)用對(duì)交通視頻信息、人口信息以及地理信息等數(shù)據(jù)的獲取具有更大的優(yōu)勢(shì)，而且三維GIS技術(shù)還提供空間信息數(shù)據(jù)查詢、共享以及分析等功能，并支持多種形式的數(shù)據(jù)，使得空間數(shù)據(jù)具有更好的可維護(hù)性以及更新能力。

圖1 化工園區(qū)調(diào)查與規(guī)劃所涉及的數(shù)據(jù)類(lèi)型

2.2 化工園區(qū)的選址

化工園區(qū)的選址，不僅應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)政策和法律規(guī)范，還需要對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的承受能力進(jìn)行科學(xué)計(jì)算和了解，避免化工園區(qū)建設(shè)工作對(duì)周?chē)鷳B(tài)環(huán)境造成過(guò)大的影響和破壞，而三維地理信息系統(tǒng)在化工園區(qū)選址中的應(yīng)用，主要是利用三維地理信息系統(tǒng)中的空間分析功能。首先，需要對(duì)景觀、名勝古跡、保護(hù)區(qū)、居住區(qū)以及農(nóng)田等禁止建設(shè)化工園區(qū)的區(qū)域進(jìn)行排除；其次，挑選出土壤條件、土地面積以及生態(tài)環(huán)境承受能力符合要求的區(qū)域；第三，在這些區(qū)域中再次挑選出附近交通較為便利且有充足水源的區(qū)域作為化工園區(qū)建設(shè)地點(diǎn)(如圖2)。

圖2 化工園區(qū)選址分析模型

2.3 化工園區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)

化工園區(qū)內(nèi)部各個(gè)區(qū)域有其特有的用途，而且，部分區(qū)域具有污染性較大以及危險(xiǎn)性較高等特點(diǎn)，這就要求化工園區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理分配各個(gè)區(qū)域的用地類(lèi)型。三維地理信息系統(tǒng)在化工園區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作中的應(yīng)用，主要是用于交通系統(tǒng)分析、防火設(shè)計(jì)以及綜合管線分析等幾個(gè)方面，與傳統(tǒng)的二維平面設(shè)計(jì)模式相比，三維GIS技術(shù)的應(yīng)用不僅可視化以及可模擬功能提升了園區(qū)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和可行性，在方案修改環(huán)節(jié)也不需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，極大提升了設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量和效率。

2.3.1 交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)

交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)是化工園區(qū)規(guī)劃的重要內(nèi)容之一，不僅是連接化工園區(qū)內(nèi)部各個(gè)區(qū)域的紐帶，也是連通化工園區(qū)與外界的重要通道，對(duì)化工園區(qū)的正常、有序運(yùn)行有著重要影響?；@區(qū)交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括：相關(guān)資源調(diào)查、實(shí)際需求分析以及設(shè)計(jì)方案制定等幾個(gè)環(huán)節(jié)，其中，相關(guān)資源調(diào)查主要是對(duì)化工園區(qū)內(nèi)部情況及其周?chē)煌ㄏ到y(tǒng)情況進(jìn)行全面了解和掌握，工作人員可以通過(guò)無(wú)人機(jī)勘察以及實(shí)地勘測(cè)等方法對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行獲取，并將獲取到的數(shù)據(jù)錄入三維地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便設(shè)計(jì)人員對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速查詢和調(diào)用；其次，實(shí)際需求分析則是根據(jù)化工園區(qū)規(guī)劃對(duì)園區(qū)的交通需求進(jìn)行計(jì)算和預(yù)估，涉及到化工園區(qū)內(nèi)部的用地類(lèi)型、用地分布、人流密度以及出行方式等幾個(gè)方面；第三，交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案制定，需要設(shè)計(jì)人員以交通資源調(diào)查結(jié)果以及交通系統(tǒng)需求估算結(jié)果為參考依據(jù)，結(jié)合自身的專業(yè)知識(shí)和技能進(jìn)行交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2.3.2 園區(qū)防火設(shè)計(jì)

化工園區(qū)內(nèi)生產(chǎn)區(qū)域涉及到的生產(chǎn)原料以及產(chǎn)品，大部分都屬于易燃易爆的危險(xiǎn)品，極易引發(fā)火災(zāi)事故，而且，一旦發(fā)生火災(zāi)也容易引發(fā)連鎖反應(yīng)，從而導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的人員傷亡以及經(jīng)濟(jì)損失，所以，化工園區(qū)防火設(shè)計(jì)是園區(qū)規(guī)劃和建設(shè)工作的重要內(nèi)容之一。首先，園區(qū)防火設(shè)計(jì)人員需要從化工園區(qū)整體角度對(duì)防火區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃，在生產(chǎn)區(qū)域、存儲(chǔ)區(qū)域以及居住區(qū)域之間科學(xué)設(shè)置防火安全隔離；其次，與交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行溝通交流，并根據(jù)火災(zāi)救援需要合理規(guī)劃救援通道、緊急逃生通道以及人員疏散通道；第三，園區(qū)防火設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域的防火等級(jí)設(shè)置不同級(jí)別的防火隔離墻、火災(zāi)報(bào)警設(shè)備以及滅火設(shè)備。在園區(qū)防火設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員可以利用GIS技術(shù)中的模擬功能以及空間分析技術(shù)進(jìn)行火災(zāi)模擬，不僅可以對(duì)園區(qū)防火設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，從而提高園區(qū)防火設(shè)計(jì)水平，還有助于制定出更加高效的火災(zāi)救援和滅火方案。

2.3.3 園區(qū)綜合管線分析

化工園區(qū)綜合管線主要包括給排水管道、供氣管道、供電線路以及供網(wǎng)線路等，是化工園區(qū)正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)的重要保障，所以，綜合管線分析也是化工園區(qū)規(guī)劃工作的重要組成部分。傳統(tǒng)的以CAD技術(shù)為主的二維平面設(shè)計(jì)模式，很難全面、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中隱藏的管線碰撞以及交叉等問(wèn)題，而在綜合管線分析和設(shè)計(jì)工作中合理運(yùn)用GIS技術(shù)和BIM技術(shù)，不僅可以從園區(qū)整體的角度，結(jié)合園區(qū)地形地貌和實(shí)際需要對(duì)各類(lèi)主要管線的型號(hào)、分布以及埋深等情況進(jìn)行合理規(guī)劃，還可以利用模擬功能對(duì)管線碰撞和交叉問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)，并通過(guò)施工模擬對(duì)綜合管線施工方案進(jìn)行優(yōu)化，從而提高化工園區(qū)綜合管線設(shè)計(jì)方案的合理性及可行性。除此之外，GIS技術(shù)和BIM技術(shù)的應(yīng)用可以顯著提升園區(qū)綜合管線分析和設(shè)計(jì)工作效率，而且，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的材料清單等數(shù)據(jù)還可以用于成本估算以及預(yù)決算等環(huán)節(jié)，有助于提高項(xiàng)目成本管控工作水平。

3 三維地理信息系統(tǒng)在智慧化工園區(qū)信息化建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 信息化基礎(chǔ)設(shè)施的建立

化工園區(qū)內(nèi)的信息化基礎(chǔ)設(shè)施是構(gòu)建信息化應(yīng)用平臺(tái)的重要組成部分，其中除了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、云數(shù)據(jù)中心以及通信管線等組成以外，還包括安裝在水、電等設(shè)施上的傳感設(shè)備，化工園區(qū)內(nèi)的各個(gè)區(qū)域、建筑以及設(shè)施也正是通過(guò)這些信息化基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)系在一起，所以，信息化基礎(chǔ)設(shè)施的建立，是實(shí)現(xiàn)化工園區(qū)智慧化、信息化的前提以及基礎(chǔ)，而三維地理信息系統(tǒng)所提供的空間地理信息，則是信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及信息化網(wǎng)絡(luò)搭建的基礎(chǔ)支撐和依據(jù)。

3.2 GIS應(yīng)急救援系統(tǒng)

GIS應(yīng)急救援系統(tǒng)也是智慧化工園區(qū)的重要組成部分，由于化工園區(qū)各個(gè)區(qū)域的用地類(lèi)型存在一定的差異，使得園區(qū)內(nèi)不同區(qū)域的危險(xiǎn)程度以及應(yīng)急救援需要也各有不同，而GIS應(yīng)急救援系統(tǒng)的作用，主要是為了減少化工園區(qū)事故帶來(lái)的損失和影響。GIS應(yīng)急救援系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、電子地圖模塊以及中央控制模塊等幾個(gè)部分，其中，數(shù)據(jù)庫(kù)模塊又包括園區(qū)內(nèi)企業(yè)信息數(shù)據(jù)庫(kù)、危險(xiǎn)區(qū)域數(shù)據(jù)庫(kù)以及應(yīng)急救援?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)等，這些數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起。而三維GIS技術(shù)在應(yīng)急救援系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要是通過(guò)三維空間數(shù)據(jù)構(gòu)建可視化三維地圖，當(dāng)化工園區(qū)內(nèi)發(fā)生安全事故時(shí)，GIS應(yīng)急救援系統(tǒng)可以將事故的發(fā)生地點(diǎn)以及影響范圍等信息在三維地圖中標(biāo)記出來(lái)，并為應(yīng)急救援決策工作提供輔助以及必要的參考數(shù)據(jù)，同時(shí)，還會(huì)立刻將事故警報(bào)、事故位置和周?chē)闆r等信息發(fā)送到園區(qū)監(jiān)控室以及應(yīng)急救援?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)部門(mén)，從而提高化工園區(qū)對(duì)安全事故的反應(yīng)速度，確保營(yíng)救隊(duì)伍能夠及時(shí)到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)并采取妥善的事故處理和救援方案(如圖3)。

圖3 GIS應(yīng)急救援系統(tǒng)

3.3 基于三維GIS的園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)

基于三維GIS的化工園區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)，主要是根據(jù)園區(qū)的具體業(yè)務(wù)需要，將三維GIS軟件與企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行集成，在管理平臺(tái)上通過(guò)三維仿真技術(shù)對(duì)三維空間數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬展示，并實(shí)現(xiàn)三維瀏覽、交互、相關(guān)設(shè)備屬性及其他信息查詢等功能，不僅更加符合現(xiàn)如今化工園區(qū)的精細(xì)化、智能化以及空間信息化的管理和發(fā)展需要，還可以顯著提升化工園區(qū)生產(chǎn)管理以及監(jiān)測(cè)監(jiān)控工作的質(zhì)量和效率。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著社會(huì)生產(chǎn)力的提升以及經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，自動(dòng)化、智能化逐漸成為了化工園區(qū)的建設(shè)和發(fā)展趨勢(shì)，而三維地理信息系統(tǒng)在智慧化工園區(qū)建設(shè)中的應(yīng)用，不僅有效推動(dòng)了化工園區(qū)的信息化建設(shè)，對(duì)化工企業(yè)入園率的提升以及化工園區(qū)的發(fā)展也有著積極的促進(jìn)作用。