孙平贺等：中国非开挖水平定向钻进装备与技术研究应用进展 125· 介质之间的电性差异和磁性差异，采用交流电进 管线档案分散式管理的状况：部分地区尚未实现 行激发，通过分析感应电流产生的二次磁场及其 地下管线档案向城建档案部门的完整移交，已归 分布规律，进而确定生命线空间位置.这种方法一 档档案也无法进行共享.美国“811”一呼通体系 般只能探测金属类生命线工程 是2005年由联邦通信委员会授权设立的N-11系 针对非开挖管线埋深较深引起电磁信号弱的 列编号之一，其目的是为开挖施工提供作业区域 特点0，通过对感应电磁场进行数理研究和技术 内地下管线信息，以保证施工过程安全.近些年国 模拟，总结出从1~21m不等深度、电流状况下， 内借鉴美国811“一呼通”系统，初步完成了地下生 磁场强度分量H、垂直分量H及强度分量变量 命线工程的信息化构架 △H磁场的归一化电磁异常的曲线分布特征规律 构建了地下生命线信息管理及共享平台，包 针对特深生命线电磁信号衰减问题四，可采用频 括数据加载、数据编辑、数据输出、三维管线场景 域电磁法与声波法相结合的方式，根据交流磁场 管理、城市数据安全管理等功能组成)按照软件 信号、声波振幅、频率、连续性、波形和反射形态 运行功能等不同将其分为系统层、基础层、数据 的相对变化情况，有效识别深埋空间位置 层和中间层4类P系统层主要包含了数据管理、 同时，外界环境对电磁信号影响也较为明显， 维护、更新等功能，是平台主要工作界面与工具： 主要涉及生命线工程中的电流强度和管道电流引 基础层主要用于满足软件平台实际运行的必要环 起的电磁异常，它的信噪比与信号和噪声有关.有 境，如软硬件配置、网络环境、安全监控系统等； 效提高待测生命线中的电流强度，使观测到的异 数据层存储了城市地下管线信息基础数据、综合 常具有足够置信度，是提高检测精度的途径之一四 处理数据、更新数据、各类生命线数据库等：中间 在各种干扰源中，地下并联载流生命线间的干扰 层在架构中有承上启下的作用，主要功能为场景 最为常见，干扰程度也最为强烈.特别是平行生命 浏览、信息查询、空间分析及数据共享等2-28测 线间距小于1倍埋深时，采用传统的单根管线特 针对传统AutoCAD设计时，多种生命线在同 征点难以有效获取管线深度，可利用正演拟合曲 一位置高程变化后的角度及空间无法二维模拟的 线精准确定埋深.对于近距离多条生命线并行探 问题，采用建筑信息模型(Building information 测)，可依据完整磁场特征参数，通过单线圈接收 modeling,BIM)技术的信息模型集成数字化信息， 的磁场水平分量数据反演分析，构建生命线地下 仿真模拟地下生命线工程所具有的真实信息，实 空间分布模型.瞬变电磁法(TEM)具有低阻敏感 现全生命周期管理针对地下生命线工程的三 特性，是浅部生命线探测常用方法之一，为了充分 维建模0研究表明，高精度自动三维建模具有重 利用该方法水平分量信息，近些年又提出了动态 要意义，其思路是利用二维普查数据，依据各类生 瞬变电磁法(DNT),将TEM发射接收线圈缩小到 命线点和线段的特点，采用不同方式，通过空间、 几平方米甚至更小，形成集成探头体，能够有效利 属性和材质信息映射，实时驱动生成三维模型，如 用三分量信息，实现浅部生命线工程的动态精准 图3.其建模方法是针对形态规则且结构单一的管 探查24 线段，通过二维管线段的定位、管径和材质信息映 2.2地下生命线工程的信息化 射，利用OpenGL实时绘制三维管线段.在此基础 由于地下管线多头管理现象严重，造成了地下 上，通过二维数据库更新信息的提取，主动在三维 a) 图3基于建筑信息模型技术的三维模型.（ā）城市地下管线三维模型：(b)武汉市城市地下管线综合信息平台网 Fig.3 Three-dimensional model based on the building information modeling technology:(a)three-dimensional model of underground pipeline. (b)Wuhan city underground pipeline comprehensive information platform介质之间的电性差异和磁性差异，采用交流电进 行激发，通过分析感应电流产生的二次磁场及其 分布规律，进而确定生命线空间位置. 这种方法一 般只能探测金属类生命线工程[19] . 针对非开挖管线埋深较深引起电磁信号弱的 特点[20] ，通过对感应电磁场进行数理研究和技术 模拟，总结出从 1～21 m 不等深度、电流状况下， 磁场强度分量 Hx、垂直分量 Hz 及强度分量变量 ∆Hx 磁场的归一化电磁异常的曲线分布特征规律. 针对特深生命线电磁信号衰减问题[21] ，可采用频 域电磁法与声波法相结合的方式，根据交流磁场 信号、声波振幅、频率、连续性、波形和反射形态 的相对变化情况，有效识别深埋空间位置. 同时，外界环境对电磁信号影响也较为明显， 主要涉及生命线工程中的电流强度和管道电流引 起的电磁异常，它的信噪比与信号和噪声有关. 有 效提高待测生命线中的电流强度，使观测到的异 常具有足够置信度，是提高检测精度的途径之一[22] . 在各种干扰源中，地下并联载流生命线间的干扰 最为常见，干扰程度也最为强烈. 特别是平行生命 线间距小于 1 倍埋深时，采用传统的单根管线特 征点难以有效获取管线深度，可利用正演拟合曲 线精准确定埋深. 对于近距离多条生命线并行探 测[23] ，可依据完整磁场特征参数，通过单线圈接收 的磁场水平分量数据反演分析，构建生命线地下 空间分布模型. 瞬变电磁法（TEM）具有低阻敏感 特性，是浅部生命线探测常用方法之一，为了充分 利用该方法水平分量信息，近些年又提出了动态 瞬变电磁法（DNT），将 TEM 发射接收线圈缩小到 几平方米甚至更小，形成集成探头体，能够有效利 用三分量信息，实现浅部生命线工程的动态精准 探查[24] . 2.2    地下生命线工程的信息化 由于地下管线多头管理现象严重，造成了地下 管线档案分散式管理的状况；部分地区尚未实现 地下管线档案向城建档案部门的完整移交，已归 档档案也无法进行共享. 美国“811”一呼通体系 是 2005 年由联邦通信委员会授权设立的 N-11 系 列编号之一，其目的是为开挖施工提供作业区域 内地下管线信息，以保证施工过程安全. 近些年国 内借鉴美国 811“一呼通”系统，初步完成了地下生 命线工程的信息化构架. 构建了地下生命线信息管理及共享平台，包 括数据加载、数据编辑、数据输出、三维管线场景 管理、城市数据安全管理等功能组成[25] . 按照软件 运行功能等不同将其分为系统层、基础层、数据 层和中间层 4 类[26] . 系统层主要包含了数据管理、 维护、更新等功能，是平台主要工作界面与工具； 基础层主要用于满足软件平台实际运行的必要环 境，如软硬件配置、网络环境、安全监控系统等； 数据层存储了城市地下管线信息基础数据、综合 处理数据、更新数据、各类生命线数据库等；中间 层在架构中有承上启下的作用，主要功能为场景 浏览、信息查询、空间分析及数据共享等[27−28] . 针对传统 AutoCAD 设计时，多种生命线在同 一位置高程变化后的角度及空间无法二维模拟的 问 题 ， 采 用 建 筑 信 息 模 型 （ Building information modeling，BIM）技术的信息模型集成数字化信息， 仿真模拟地下生命线工程所具有的真实信息，实 现全生命周期管理[29] . 针对地下生命线工程的三 维建模[30] ，研究表明，高精度自动三维建模具有重 要意义，其思路是利用二维普查数据，依据各类生 命线点和线段的特点，采用不同方式，通过空间、 属性和材质信息映射，实时驱动生成三维模型，如 图 3. 其建模方法是针对形态规则且结构单一的管 线段，通过二维管线段的定位、管径和材质信息映 射，利用 OpenGL 实时绘制三维管线段. 在此基础 上，通过二维数据库更新信息的提取，主动在三维 (a) (b) 图 3 基于建筑信息模型技术的三维模型. （a）城市地下管线三维模型；（b）武汉市城市地下管线综合信息平台[30] Fig.3 Three-dimensional model based on the building information modeling technology: (a) three-dimensional model of underground pipeline; (b) Wuhan city underground pipeline comprehensive information platform[30] 孙平贺等： 中国非开挖水平定向钻进装备与技术研究应用进展 · 125 ·