城市綜合管廊智慧化監(jiān)控與運(yùn)維管理系統(tǒng)

文/朱振華

綜合管廊是在城市地下建造一個(gè)市政共用隧道，將電力、通信，燃?xì)?、供水等多種市政管線集中于一體，設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)行“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理”，以做到地下空間的綜合利用和資源的共享，是保障城市運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和“生命線”。

綜合管廊監(jiān)控與運(yùn)維管理系統(tǒng)用于對(duì)管廊內(nèi)部環(huán)境、附屬機(jī)電設(shè)施、入廊專業(yè)管線、巡檢維護(hù)人員進(jìn)行全方位在線監(jiān)控，保障管廊內(nèi)環(huán)境、設(shè)備、人員安全，同時(shí)為管廊日常管理、巡檢維護(hù)和應(yīng)急指揮提供穩(wěn)定、智能、高效的一體化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)綜合管廊“管、控、營”的自動(dòng)化和智能化，是城市綜合管廊的大腦和靈魂。

1 綜合管廊監(jiān)控與運(yùn)維管理系統(tǒng)總體需求

參照《城鎮(zhèn)綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定及要求，從建設(shè)者和運(yùn)維管理者的角度，綜合剖析歸納綜合管廊監(jiān)控與運(yùn)維管理系統(tǒng)總體上應(yīng)滿足以下四個(gè)方面的需求：

1.1 管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控需求

城市綜合管廊屬于半封閉的地下空間，內(nèi)部不但設(shè)置了各類機(jī)電設(shè)備，而且承載了各類市政專業(yè)管線，內(nèi)部環(huán)境較為惡劣。實(shí)現(xiàn)對(duì)廊內(nèi)實(shí)時(shí)環(huán)境信息、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)等全方位在線監(jiān)控，保障管廊本體和入廊管線的正常、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)為入廊作業(yè)的工作人員提供一個(gè)安全、舒適的工作環(huán)境是對(duì)管廊監(jiān)控與運(yùn)維管理系統(tǒng)的最基本要求。

1.2 入廊作業(yè)人員監(jiān)控管理需求

圖1：綜合管廊智慧化監(jiān)控與運(yùn)維管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

綜合管廊內(nèi)定期會(huì)有工作人員對(duì)管廊本體進(jìn)行巡檢維護(hù)，不定期有入廊管線公司安裝維修人員進(jìn)入管廊對(duì)專業(yè)管線進(jìn)行維護(hù)檢修，由于綜合管廊長度較長，人員巡檢內(nèi)容多且時(shí)間長，因此實(shí)現(xiàn)與入廊作業(yè)人員的實(shí)時(shí)通信、對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)定位追蹤也是對(duì)綜合管廊監(jiān)控與運(yùn)維管理系統(tǒng)的基本要求。

1.3 日常運(yùn)維管理需求

從管廊的全壽命周期來看, 運(yùn)維管理需要的時(shí)間多數(shù)超過90%。日常管理方面系統(tǒng)首先應(yīng)滿足信息查詢、故障告警、資產(chǎn)與設(shè)備臺(tái)賬管理、人員值班交班計(jì)劃安排及管理、報(bào)表生成及打印、權(quán)限管理、系統(tǒng)維護(hù)和診斷等基本管理需求；在滿足基本管理需求基礎(chǔ)上還應(yīng)具備綜合集成管理能力，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，安全防范系統(tǒng)，語音通信系統(tǒng)，智能機(jī)器人巡檢系統(tǒng)，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等所有現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合、分析、處理。運(yùn)維方面應(yīng)滿足巡檢計(jì)劃、保養(yǎng)計(jì)劃、維修計(jì)劃編制，巡檢維護(hù)工單生成、自動(dòng)派發(fā)、結(jié)果追溯，運(yùn)維巡檢情況統(tǒng)計(jì)分析與報(bào)表等。

1.4 應(yīng)急處理需求

綜合管廊是各類管線的公共環(huán)境，要考慮到單種管線在綜合管廊發(fā)生事故的可能性，如水管爆裂、電纜起火等。因此綜合管廊監(jiān)控與運(yùn)維管理系統(tǒng)應(yīng)具備應(yīng)急處理功能和流程，當(dāng)廊體或管線發(fā)生事故時(shí)時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故、定位事故、評(píng)估事故影響范圍并按照既定的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)（聯(lián)鎖）控制策略，控制相關(guān)機(jī)電設(shè)備動(dòng)作，有效保護(hù)廊體其他部分或其他運(yùn)行管線不受影響。

2 綜合管廊智慧化監(jiān)控與運(yùn)維管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

綜合管廊智慧化監(jiān)控與運(yùn)維管理系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為骨架、以BIM+GIS 技術(shù)為核心、以資源池為作為數(shù)據(jù)倉庫進(jìn)行構(gòu)建，從下至上依次分為數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

數(shù)據(jù)層：主要負(fù)責(zé)綜合管廊空間數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，包括監(jiān)測監(jiān)控實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、三維模型庫、視頻數(shù)據(jù)庫、專業(yè)管線數(shù)據(jù)庫、管廊附屬設(shè)施數(shù)據(jù)庫、管廊運(yùn)維庫等。

平臺(tái)層：作為中間層，從數(shù)據(jù)層提取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、加工、融合為應(yīng)用層提供所需的各種功能服務(wù)，包括應(yīng)用集成、實(shí)時(shí)消息推送、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、視頻監(jiān)控、BIM 建模、GIS 地理信息、VR/AR 等。

應(yīng)用層：為管廊建設(shè)和管理用戶提供智慧化監(jiān)控預(yù)警、運(yùn)維管理、應(yīng)急處置、運(yùn)營管理、數(shù)據(jù)分析輔助決策等全方位的應(yīng)用界面與工具。

3 綜合管廊智慧化監(jiān)控與運(yùn)維管理系統(tǒng)主要功能分析

3.1 三維可視化監(jiān)控運(yùn)維

通過應(yīng)用BIM+GIS 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綜合管廊“一張圖”三維可視化全局監(jiān)控運(yùn)維模式。BIM 具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點(diǎn)。把管廊中的管線、基礎(chǔ)配套設(shè)施的物理參數(shù)、位置參數(shù)、功能參數(shù)等進(jìn)行編碼存儲(chǔ)于統(tǒng)一的模型中, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、管理一體化, 滿足第三方管理者在三維環(huán)境下對(duì)管廊進(jìn)行可視化監(jiān)控管理。另外，將BIM 應(yīng)用于綜合管廊的后期運(yùn)營管理中, 可以使設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維管理形成統(tǒng)一的BIM 信息模型整體, 前期的設(shè)計(jì)、施工等基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)將會(huì)為后期的運(yùn)維工作提供有力的支持。

3.2 數(shù)字化與虛擬化運(yùn)維

將日常巡檢，運(yùn)維保養(yǎng)，入廊作業(yè)，應(yīng)急搶險(xiǎn)等作業(yè)流程進(jìn)行數(shù)字化流轉(zhuǎn)和控制，通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)計(jì)劃，審核，派單，執(zhí)行，歸檔等全數(shù)字化運(yùn)維管理。通過采用將VR/AR 技術(shù)與BIM 相結(jié)合的方式，建立城市綜合管廊完整的3D 可視化場景，對(duì)于管廊運(yùn)營單位來說，無需人員進(jìn)入管廊內(nèi)部，就可以實(shí)現(xiàn)管廊虛擬漫游、人員培訓(xùn)、維修指導(dǎo)、隱蔽工程查看等，在達(dá)到與現(xiàn)場操作同樣的效果的同時(shí)大幅提升巡檢效率并有效降低運(yùn)維成本。

3.3 應(yīng)急指揮救援

建立完善的應(yīng)急指揮救援體系，通過將現(xiàn)場監(jiān)控子系統(tǒng)集成到統(tǒng)一平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)控制機(jī)制，并結(jié)合BIM/GIS技術(shù)的應(yīng)用，快速定位應(yīng)急事件發(fā)生位置，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急事件分析、應(yīng)急處理全過程的智能化分析和可視化操控。

3.4 數(shù)據(jù)分析與輔助決策

以管廊日常監(jiān)控和運(yùn)維過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)深入分析與挖掘，提取有用的信息（例如故障提前預(yù)警等），為管廊安全、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)營提供有價(jià)值的決策建議。

4 結(jié)語

圍繞城市綜合管廊監(jiān)控與運(yùn)維管理系統(tǒng)的定位和功能需求，通過并強(qiáng)化BIM+GIS、AR/VR、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)在綜合管廊日常監(jiān)控與運(yùn)維管理過程中的應(yīng)用，并關(guān)聯(lián)管廊規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維管理全生命周期各階段，著力解決當(dāng)前管廊建設(shè)、日常監(jiān)控及運(yùn)維管理過程中的痛點(diǎn)，是打造智慧管廊、安全管廊、綠色管廊的有效途徑。