數字化智慧管廊運維平臺研究與應用

　　摘要：文章以江南中心綠道武九線綜合管廊工程為依托，結合物聯網、智能識別、大數據分析、深度學習、異構運算、可視化等先進信息化技術，以智慧化、人性化、便捷物聯、高度信息安全為思路，建立了數字化智慧管廊運維平臺。平臺采用了BIM+GIS融合應用、機器人自動巡檢、高精度無線定位等先進技術，建立了可視化管理、人員管理、管廊信息管理、安全監測與報警等子系統，為實現綜合管廊安全、高效的運行提供了保障。

　　關鍵詞：綜合管廊;BIM+GIS;自動巡檢;無線定位;安全監測與報警

　　0 引言

　　隨著綜合管廊建設的推進，全國各中大型城市積極投入到綜合管廊的建設中，城市管廊規模越來越龐大[1]。綜合管廊空間斷面設計復雜，納入管線種類多，在運營過程中具有施工組織復雜、工程量大、項目工程管理難度大等特點，在工程進度、成本、安全、質量等綜合管理方面均存在困難，傳統管理模式已無法滿足綜合管廊快速發展的需求[2]。因此需要建立有效的機制和手段來進行管理。

　　近年來，隨著國家政策的引導，廣大專家學者積極投入到綜合管廊運維管理研究中來，形成了一系列的綜合管廊信息化管理手段。畢天平等[3]通過機器人巡檢技術，百度地圖定位方法等建立了一體化的管廊運維平臺，并在沈陽市南運河管廊進行了應用。楊黨鋒等[4]以某項目為依托，采用物聯網、大數據等信息技術，建立了綜合管廊運維管理系統。紀蓉等[5]提出了綜合管廊運維一體化建設方案，并實現了BIM全生命周期應用。劉學功[6]通過對智慧管廊運營系統進行研究，結合其特點進行分析，對機器人巡檢技術在管廊中的應用進行了初步研究。張立新等[7]根據綜合管廊全生命周期的管控要求，對BIM技術在管廊中的全生命周期的應用進行了研究。

　　智慧化、信息化管理是綜合管廊運維管理的重要發展方向，是實現智慧城市、智慧市政的主要手段。本文以江南中心綠道武九線綜合管廊工程為依托，進行了能實現精確定位、安全保障、監測預警減災、日常巡檢巡查、物業管理、應急處置等功能的數字化智慧管廊運維平臺研究。

　　1 研究背景

　　1.1 項目概況

　　江南中心綠道武九鐵路北環線綜合管廊工程(友誼大道～建設十路)位武漢市武昌區、青山區、洪山區，包括主線和支線。主線管廊沿武九鐵路北環線控制廊道布置，起于友誼大道，止于建設十路，全長約13.24公里。支線管廊沿德平路布置，起于武九鐵路，止于團結大道，全長約2.98公里。平面分布如圖1所示。

　　1.2 項目特點及需求

　　本項目是武漢市城建重點工程，也是武漢市市級直管的第一個綜合管廊工程，系建設+運維全生命周期管理的管廊項目，采用傳統的管廊運維管理方式存在人力成本高、信息采集落后且分散、應急響應慢、運維管理水平低等弊端，對入廊管線及廊體本身構成一定的安全隱患，急需借助新興技術手段探索開發出一個綜合性運維管理平臺。通過前期的充分實踐調研，得到平臺主要需求為：

　　(1)結合物聯網、BIM+GIS等信息技術及管廊建設施工和運營維護過程中的需求，感測、分析、整合城市綜合管廊系統運行中各項關鍵信息;(2)基于智慧化、人性化、便捷物聯、高度信息安全的思路，綜合利用管廊智能化管理技術，實現對管廊的各類信息和運行狀態全方位的在線實時監控和智能控制;(3)基于智能識別、大數據分析、深度學習、異構運算、可視化等先進技術，對管廊進行精細化管理和科學決策，大大提高管廊的管理效率、降低管廊的運維成本和風險。

　　2 平臺建設的總體目標及總體架構

　　2.1 總體目標

　　建設數字化智慧管廊運維平臺的總體目標：(1)為了降低運營成本投入，加快應急響應速度，減少事后扯皮現象發生;(2)將眾多單位的數據進行統一整合利用，打通數據通道，形成統一的數據標準;(3)改善傳統巡檢手段，提升應急處置能力，提高運維管理的智能化水平。最終實現運維狀態實時監控、預警減災防災、應急處置等功能齊全的數字化智慧管廊運維平臺。

　　2.2 總體架構

　　平臺的應用架構是平臺搭建的主要思路和方法，為了保證各個系統之間能實現數據共享，確保數據的一致性，避免出現信息孤島，需設計一個靈活的應用系統架構，既可以包容現有的應用又能滿足未來新的應用需求，使各個系統信息的高度集成，使得基于不同平臺、不同語言實現的應用系統能夠很好地進行信息交互，從而讓系統平臺變得更有彈性，能更快地響應業務需求[8]。數字化智慧管廊運維平臺以計算機技術、網絡技術、電氣控制技術、傳感器技術及機器人技術為基礎，采用基于組件的SOA平臺應用架構進行構建，主要包括物理層、數據層、應用層、展示層，如圖2所示。通過高度集成的數字化智慧管廊運維平臺實現對綜合管廊的綜合管理、實時控制、智能監測;通過數字化智慧管廊運維平臺中的建筑信息模型(BIM)和3D地理信息系統(3D GIS)等手段對管廊及內部管線進行可視化管理;通過引入管廊巡檢機器人配合自主滅火機器人完成對管廊內環境、設備、管線的不間斷智能巡檢和應急火災處置，實現人工與機器的有效協同，實現24h不間斷監控。

　　3 平臺關鍵技術

　　3.1 BIM+ GIS融合應用

　　管廊在設計、施工、運營維護等各個階段均使用BIM 技術和 GIS 技術，并將二者進行有機結合。通過此方式，將管廊全生命周期的數據資料進行集成和管理，為不同決策者在不同階段，不同需求提供數據和技術支持。GIS技術具有整體功能的作用，可以將綜合管廊內的大量空間信息(如出線口以及特殊節點等地理位置、機電設備、控制設備等各專業相關設備的數量、類別、地理位置分布等)進行屬性掌握，實時監控各種設備的運行狀態，高效的管理帶有地理信息復雜數據，為綜合管廊運營維護的輔助決策提供具有空間信息功能的依據。BIM 技術具有很強的呈現功能，將BIM呈現的管廊屬性賦予 GIS，可通過三維可視化的方式進行呈現，讓人有一種身臨其鏡的感覺，使運維管理方及管廊作業人員更好的對管廊地理空間進行認知。該模塊解決了基于空間位置的設施管理，通過對象一比一的復原，形成所見即所得的管理模式。

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