基于BIM技術(shù)的綜合管廊智慧運(yùn)維研究

王惠朝、周建杰、彭浩文、夏子曦、李承根

（中建三局西部投資建設(shè)有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

為了滿足居民對(duì)日益增長(zhǎng)的電力、燃?xì)?、自來水等資源的需求，保障城市正常供電、供氣、供水、通信等，防止“道路拉鏈”“空中蜘蛛網(wǎng)”、管線泄漏爆炸、路面塌陷等“城市病”的發(fā)生，城市地下綜合管廊迎來高速發(fā)展。

地下綜合管廊將對(duì)排水、電力、通信等管線集中進(jìn)行管理，一方面，在滿足工廠、學(xué)校、居民等日常需求的同時(shí)，極大提升了城市地下空間利用率；另一方面，綜合管廊作為“城市生命線”，由于其空間密閉、管線集中且密集的特征，一旦發(fā)生燃?xì)獗ā⒒馂?zāi)等極端情況，就會(huì)對(duì)其他管線造成較大影響，搶修難度加大，搶修時(shí)間增加，因此帶來較大資產(chǎn)損失和不良社會(huì)影響，所以綜合管廊的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理重要性極高。

由于國(guó)內(nèi)綜合管廊運(yùn)營(yíng)管理尚處于起步階段，可參考經(jīng)驗(yàn)較少，我們?cè)诨贐IM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等多種技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了綜合管廊智慧運(yùn)維平臺(tái)，以協(xié)助運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位對(duì)綜合管廊運(yùn)維階段進(jìn)行統(tǒng)一全面管理，以達(dá)到管理高效、降低運(yùn)營(yíng)成本、實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)品質(zhì)、確保運(yùn)營(yíng)安全的最終目標(biāo)。

通過以成都市天府新區(qū)核心區(qū)綜合管廊及市政道路工程（二期）項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱“項(xiàng)目”）為例，對(duì)BIM、GIS 等關(guān)鍵技術(shù)的核心內(nèi)容進(jìn)行闡述。然后，總結(jié)出各項(xiàng)技術(shù)在項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)營(yíng)維護(hù)過程中的應(yīng)用情形，分析基于BIM 技術(shù)的綜合管廊智慧運(yùn)營(yíng)是否達(dá)到了理想的效果。最后，闡述基于BIM 技術(shù)的綜合管廊智慧運(yùn)營(yíng)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 工程概況

項(xiàng)目位于成都市天府新區(qū)直管區(qū)，采用PPP 模式實(shí)施，總投資約14.7 億元，包含7 條地下綜合管廊工程，含單艙、雙艙、三艙、四艙，總里程達(dá)9km，單艙總里程超25km，已入廊電力線纜、給水、排水、通信等管線數(shù)十條。項(xiàng)目已于2020年8月正式投入運(yùn)營(yíng)。

2 關(guān)鍵技術(shù)核心內(nèi)容分析

2.1 BIM 技術(shù)

BIM 以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。通過運(yùn)用BIM 數(shù)據(jù)編輯、BIM 分析運(yùn)算、BIM 仿真等功能，有效整合管廊及其附屬設(shè)施的圖形信息，即管廊長(zhǎng)寬高、入廊管線分布、出入口/投料口位置等；非圖形信息，即設(shè)備型號(hào)、材料、入廊管線信息、設(shè)施設(shè)備運(yùn)維要求、運(yùn)維質(zhì)量、運(yùn)維安全等，最終形成項(xiàng)目整體BIM 模型。模型建立后，通過BIM 信息查看和空間查詢，運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位可以通過計(jì)算機(jī)對(duì)各條管廊、附屬設(shè)施、入廊管線信息進(jìn)行查看，并獲得特定位置的BIM 模型及構(gòu)件。例如，對(duì)于廊內(nèi)任意風(fēng)機(jī)或排水泵，不僅可以查看它的品牌型號(hào)、規(guī)格大小、材質(zhì)，其安裝在管廊的具體艙室、位置信息等在BIM 模型中也是具備的，以便進(jìn)行自動(dòng)化、智能化管理[1]。

2.2 GIS 技術(shù)

GIS 技術(shù)是由計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)支持，收集、儲(chǔ)存、管理、計(jì)算、分析、顯示和描述空間中地理位置分布數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)。項(xiàng)目智慧運(yùn)維平臺(tái)采用云端一體化GIS 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地理信息集約化和多樣化應(yīng)用，是一項(xiàng)全新的嘗試。

在運(yùn)行環(huán)境層面，項(xiàng)目智慧運(yùn)維平臺(tái)可以部署在四川省政務(wù)云上，通過對(duì)軟硬件信息化資源的集約化部署，提升基礎(chǔ)軟硬件資源的利用率。

在智慧運(yùn)維平臺(tái)應(yīng)用層面，借助云計(jì)算技術(shù)，可以將管廊運(yùn)維相關(guān)的工作內(nèi)容，如監(jiān)控值班、廊內(nèi)巡檢、設(shè)施設(shè)備維修等基礎(chǔ)事項(xiàng)，或管線單位入廊、外部考察訪問等非常規(guī)事項(xiàng)，按照重要性程度，靈活地進(jìn)行集中管控或指定專人處理，通過個(gè)人電腦、平板、手機(jī)等應(yīng)用終端，形成“一云多端”的工作模式，極大提升了運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位管理效率，在一定程度上也提升了管廊運(yùn)營(yíng)維護(hù)智能化水平[2]。

3 綜合管廊智慧運(yùn)維平臺(tái)運(yùn)行情況

項(xiàng)目智慧運(yùn)維管理平臺(tái)在基于BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了管廊漫游、設(shè)備管理查詢、大屏展示、租賃管理、可視化監(jiān)控、報(bào)警管理、應(yīng)急處置、維護(hù)管理等功能。目前平臺(tái)已正式投運(yùn)一年，上述各項(xiàng)功能效果均達(dá)到預(yù)期，在實(shí)現(xiàn)管廊智慧運(yùn)維的同時(shí)，大大降低了運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位運(yùn)營(yíng)成本。下面筆者將重點(diǎn)分析這些功能在項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)營(yíng)維護(hù)過程中的應(yīng)用情況。

3.1 管廊漫游

項(xiàng)目管廊較長(zhǎng)，艙室及設(shè)備間較多、設(shè)施設(shè)備類型廣、數(shù)量大，如何合理規(guī)劃維護(hù)人員巡檢路徑、投入時(shí)間占比，情況較為復(fù)雜。對(duì)此我們將管廊各艙室、設(shè)備間等三維場(chǎng)景進(jìn)行排列組合，結(jié)合設(shè)備重要性程度、突發(fā)情況（爆炸、中毒、起火）發(fā)生概率輸出多種不同的路徑，并制作基于不同路徑下的漫游動(dòng)畫進(jìn)行集中展示，最終得到一條最優(yōu)巡檢路徑。該路徑大大提升了維護(hù)人員的巡檢效率，降低了管廊安全事故發(fā)生的概率。

當(dāng)然，通過管廊漫游功能，可以向政府部門等外來考察人員以視頻的形式，生動(dòng)形象地展示各艙室內(nèi)部及設(shè)備間的具體情況。漫游路線也可根據(jù)外來考察人員需要自由設(shè)定，極大地增加了交互感。

3.2 設(shè)備管理與查詢

通過智慧運(yùn)維平臺(tái)，運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位可以在三維場(chǎng)景中漫游查看廊內(nèi)水泵、風(fēng)機(jī)、監(jiān)控、照明等設(shè)施設(shè)備。在可視化界面中，可通過直接點(diǎn)擊相關(guān)設(shè)備或檢索設(shè)備名稱/型號(hào)/位置等方式查找指定設(shè)備信息，包括但不限于設(shè)備基礎(chǔ)情況（名稱、品牌、規(guī)格型號(hào)等）及其運(yùn)行情況（正常與否、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)等）。監(jiān)控人員也可通過點(diǎn)擊關(guān)聯(lián)標(biāo)簽，查看廠家信息、設(shè)備操作手冊(cè)、設(shè)備維修維護(hù)情況、大中修情況等信息，提升廊內(nèi)設(shè)施設(shè)備管理水平。

同時(shí)，我們可以在三維場(chǎng)景中對(duì)管廊內(nèi)的各類入廊管線開展空間占用情況查詢，通過檢索艙室、分區(qū)、入廊管線類型等即可快速定位并查看相關(guān)管廊段入廊管線分布模型。在此基礎(chǔ)上，可提高已入廊管線管理效率，也可輔助運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位開展新進(jìn)管線入廊工作。

3.3 大屏展示

智慧運(yùn)維平臺(tái)可采集各條管廊日常運(yùn)維數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過外接大屏的方式，實(shí)現(xiàn)管廊運(yùn)維管理信息基于三維GIS+BIM 的綜合展示與分析，同時(shí)可以疊加天府新區(qū)規(guī)劃和建設(shè)期數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)輔助優(yōu)化管廊運(yùn)維管理。大屏展示一般體現(xiàn)內(nèi)容包括管廊及管廊管理片區(qū)的分布展示、設(shè)施設(shè)備展示、入廊管線信息展示、能耗信息展示、報(bào)警信息展示、運(yùn)營(yíng)成本展示等。

3.4 可視化監(jiān)控

日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)過程中，運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位監(jiān)控管理人員可根據(jù)維護(hù)需求選擇監(jiān)控管廊名稱、管廊艙室、防火分區(qū)的信息，自動(dòng)定位并顯示艙內(nèi)所有設(shè)施設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行信息以及艙內(nèi)的環(huán)境信息。允許遠(yuǎn)程控制的設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、監(jiān)控、水泵、照明等，可以控制其運(yùn)行狀態(tài)，點(diǎn)選某個(gè)設(shè)備自動(dòng)定位閃爍顯示。選擇攝像設(shè)備監(jiān)控時(shí)自動(dòng)彈出攝像監(jiān)控畫面。

3.5 報(bào)警管理

通過智慧運(yùn)維平臺(tái)可時(shí)刻監(jiān)控廊內(nèi)設(shè)施設(shè)備運(yùn)行情況，有設(shè)備發(fā)生異常時(shí)，自動(dòng)推送消息并在平臺(tái)上顯示，點(diǎn)擊時(shí)在BIM 模型上自動(dòng)定位并閃爍提醒，設(shè)施設(shè)備監(jiān)控參數(shù)及報(bào)警級(jí)別可由運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位靈活配置。

3.6 應(yīng)急處置

廊內(nèi)發(fā)生安全意外事故時(shí)，基于BIM 和GIS 智能搜索最短距離的消防、醫(yī)院、警察局和應(yīng)急辦，并輔助指揮和調(diào)度廊內(nèi)人員逃生。運(yùn)營(yíng)調(diào)度指揮可通過大屏實(shí)時(shí)顯示出來，方便運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位領(lǐng)導(dǎo)決策。

3.7 租賃管理

針對(duì)需要使用管廊內(nèi)各種管線的小區(qū)、企業(yè)、工廠，實(shí)現(xiàn)管線的租賃管理。以管廊路段、艙室、防火分區(qū)為單元進(jìn)行管理。添加入廊租戶時(shí)，在BIM 模型上也能點(diǎn)選管道，可以直接綁定租戶。租賃查詢時(shí)，選擇租戶可自動(dòng)定位到已經(jīng)租賃的管線資源。未租賃的管線透明化顯示，已租管線可以查看租戶的詳細(xì)信息和租賃情況。

3.8 運(yùn)維管理

根據(jù)運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位設(shè)施設(shè)備維修更新需要，可以通過平臺(tái)生成運(yùn)維計(jì)劃，計(jì)劃生成后自動(dòng)將維護(hù)任務(wù)推送給相關(guān)人員進(jìn)行處理，并進(jìn)行任務(wù)提醒。

巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，巡檢人員可通過手機(jī)APP掃描設(shè)備二維碼后報(bào)修。管廊管理員則可以在web平臺(tái)上查看所有任務(wù)的處理情況，也可以在APP 上查看及進(jìn)行任務(wù)分配。運(yùn)維人員進(jìn)行設(shè)備報(bào)警處理或定期運(yùn)維處理時(shí)，可以通過手機(jī)APP 填寫維修情況，拍照上傳維修結(jié)果。

4 基于BIM 技術(shù)的綜合管廊智慧運(yùn)營(yíng)發(fā)展趨勢(shì)

在基于BIM 技術(shù)基礎(chǔ)上，綜合管廊智慧運(yùn)營(yíng)取得了良好效果，智慧運(yùn)維平臺(tái)實(shí)際使用過程中，在大大提高運(yùn)營(yíng)維護(hù)效率和質(zhì)量的同時(shí)，降低了廊內(nèi)發(fā)生安全事故及縮短了事故發(fā)生后的響應(yīng)時(shí)間，縮減了運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。對(duì)比全人工運(yùn)維管理及傳統(tǒng)運(yùn)維軟件管理方式，基于BIM 技術(shù)的智慧運(yùn)維平臺(tái)輔助管理方式在設(shè)施設(shè)備管理、入廊管線管理、能耗管理、數(shù)據(jù)分析與輸出、報(bào)警及應(yīng)急處置等功能實(shí)現(xiàn)，在自動(dòng)化、智慧化、可視化、數(shù)據(jù)化方面都取得了較大突破。

隨著科技的進(jìn)步，除已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的BIM+大數(shù)據(jù)、GIS 等功能外，未來BIM 技術(shù)同智能機(jī)器人、傳感器、移動(dòng)應(yīng)用等新技術(shù)的集成化應(yīng)用也將變得觸手可及，同時(shí)也是第二代管廊智慧運(yùn)維的雛形。例如，通過BIM+GIS+智能機(jī)器人等技術(shù)集成，可人為為機(jī)器人規(guī)劃巡檢路徑或系統(tǒng)自動(dòng)規(guī)劃路徑，結(jié)合紅外熱成像和高清視頻技術(shù)，精確識(shí)別管廊內(nèi)各類管線和設(shè)施設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)、監(jiān)控、安防和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程集控管理；通過BIM+GIS+傳感器技術(shù)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控中水管、給水管等管道壓力、流速等數(shù)據(jù)，同時(shí)一旦發(fā)生爆管時(shí)可自動(dòng)分析需要優(yōu)先關(guān)閉的水閥及影響范圍，在BIM 模型中定位到優(yōu)先關(guān)閉的水閘并基于GIS 功能分析受此影響的區(qū)域，生成通知信息，最大程度減少運(yùn)營(yíng)維護(hù)單位損失。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)綜合管廊高度智慧運(yùn)維任重而道遠(yuǎn)，盡管目前項(xiàng)目基于BIM 技術(shù)的智慧運(yùn)維平臺(tái)已經(jīng)在自動(dòng)化、智慧化、可視化等方面取得了突破，但隨著科技的進(jìn)步及社會(huì)對(duì)于運(yùn)維管理預(yù)期的提升，高度智慧化、無人化也將成為未來管廊運(yùn)維管理的重點(diǎn)方向。今后，專業(yè)運(yùn)維單位在推動(dòng)運(yùn)維管理數(shù)字化、自動(dòng)化的同時(shí)，也需要不斷探索運(yùn)維管理智能化，秉承“1+1＞2”原則，將二者有機(jī)結(jié)合，不斷提升運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理水平，在此過程中，BIM 等技術(shù)也將持續(xù)“進(jìn)化”，應(yīng)用場(chǎng)景不斷增加，并發(fā)揮愈加重要的作用。