綜合管廊智能運維關鍵技術研究及應用

曹蕊 臺啟民 史金棟 趙欣 肖燃

摘 要：城市綜合管廊運維的智能管理著眼于安全和高效兩個目的。隨著城市綜合管廊建設規模擴大及智能運維需求的增長，已有的管理手段不能滿足安全高效運維的需求。本文以BIM和GIS技術為基礎，從技術和平臺的的角度，為綜合管廊運維的可視化、智能管理進行探討和研究，促進城市綜合管廊安全運行，提高運行效率。

關鍵詞：綜合管廊；智能運維；BIM；GIS；可視化

中圖分類號：TU990.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）22-0042-02

1 引言

綜合管廊將成為我國城市重要基礎設施和服務設施的運行平臺，其運維管理對于保證“城市生命線”系統安全，實現城市精細化管理與應急保障，將起到至關重要的作用。國務院辦公廳《關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見（國辦發〔2015〕61號）》中指出，在滿足基本公共服務功能的前提下，應切實提高綜合管廊的管理水平。綜合管廊的智能運維也已成為智慧城市建設及體現的關鍵一環。

2 綜合管廊智能運維關鍵技術

2.1 綜合管廊動態監控及故障處置可視化技術

對于綜合管廊而言，GIS系統內的信息主要包括絡綜合管廊、管線、道路和相關建筑物等的宏觀信息；BIM中信息主要包括管廊內結構、設備、管線等的微觀信息，如設備的狀態參數、維護維修記錄等；物聯網中的信息主要包括管廊環境信息及管線監控信息，如廊內環境溫度、視屏監控信息等。將三者信息進行集成將能夠建立一個完備的綜合管廊運維信息系統，以實現監控信息三維可視化，為城市地下綜合管廊不同管理層級的運行維護提供數據支撐。融合BIM及GIS技術，集成綜合管廊內消防、通風、視頻監控、有害氣體監測、井蓋監控、管線監測等系統，實現綜合管廊環境、結構、管線、設備實時監測信息、控制信息、故障信息的三維直觀顯示，攻克綜合管廊故障處置策略自動匹配技術，實現綜合管廊狀態監測、故障報警、輔助策略生成及故障處置全過程的可視化指揮，縮短了故障診斷及處置的時間，提升了綜合管廊應急處置能力。

2.2 綜合管廊智能運維調度優化

未來的管廊將實現城市一體化管理，管廊出現異常報警后，搶險修復實施過程中的核心問題在于資源的優化配置。由此，如何合理配置和使用這些資源以取得最佳的效果，以提高城市管廊運營的效率與降低搶險成本，是管廊運營搶險決策中面臨的重要問題。其本質是工程中最優化問題，該問題的一般提法是要選擇一組參數（變量），在滿足一系列有關的限制條件（約束）下，使設計指標（目標）達到最優值。最優化問題的求解一般可以分為兩個步驟：（1）求解一個函數中，使得函數值最小的自變量取值的函數優化問題和（2）在一個解空間里面，尋找最優解，使目標函數值最小的組合優化問題。該技術研究與應用實現管廊運營單位與管線單位的數據協同交互，常態下進行正常運維；非常態下，如預測到較嚴重或突發事件時，政府可及時介入協調解決。在日常的運維中，綜合管廊的人員調度需考慮成本效益，根據動態規劃算法的分析結果，科學合理的設置檢修人員的數量及檢修的頻次等；在非常態即應急狀態下，需以安全為第一要務，可以通過建立目標函數與約束條件，最終形成最優化模型，盡量降低經濟損失，以達到提高管廊全網運維工作效率的目的。

2.3 綜合管廊融合通信技術

保障入廊人員安全是綜合管廊日常運營管理中的重要工作之一。由于管廊中通信信號微弱，按照管廊建設規范，在管廊內每隔100米設置的一個固定語音通信設備，使用不便利，一起是在應急情況下問題更嚴重。應用WiFi構建的數據網進行無線通信的技術，解決廊內有線通信不便利的問題，同時利用了廊內數據無線網絡設備，降低建設成本，并將固定語音通信、無線通信、廣播應用進行融合通信，同時室內外定位技術，結合巡檢APP應用，滿足廊內人員的通信、巡檢、定位等業務需要，夯實綜合管廊智能化運維的硬件技術基礎。

3 綜合管廊智能運維平臺設計

3.1 綜合管廊智能運維平臺的功能

平臺需滿足綜合管廊智能運維的不同功能需求，總體而言，主要包括基于BIS+GIS的三維可視化監控、運維人員的調度指揮、應急處置、運維數據分析和智能決策等。根據綜合管廊的運維需求，智能運維平臺還應包含入廊管線審批、標準作業流程編制及績效考核等擴展功能，以支撐平臺的良好運行。通過搭建智能運維平臺，實現綜合管廊運維指令上傳下達的通暢、日常調度管理的經濟高效、運維數據統計分析及時以及監控可視。綜合管廊智能運維擴展功能框架圖如圖1所示。

3.2 綜合管廊智能運維平臺的總體架構

結合綜合管廊的自身特點，按照綜合管廊的數據從來源到應用的周期過程，采用“綜合管廊智能運維平臺五層架構”模式進行設計和規劃（圖2所示）。各層的主要部署如下：

（1）數據源。本層主要部署基于物聯網的介入設備，如環境和監測設備、安防設備、采集的日常運維、廊體及環境的監測等數據；同時預留BIM、GIS等數據接口，以及氣象、地震等外部部門的數據。（2）數據采集層。本層數據采集服務端基于實時定位與制圖（SLAM）的城市地下空間三維數據采集技術將結合結合激光掃描技術與移動測量技術的優勢，形成一項全新的三維移動測量技術。該技術實現在沒有GPS和復雜慣性導航系統的環境下，僅依靠技術設備自身配置的簡單慣性測量裝置，實現城市綜合管道數據的快速、便捷、低成本的采集。（3）數據存儲層。本層將大數據平臺分為三大數據庫，分別為監測管廊與各管線風險的實時數據庫、可視化監測與展示的BIM與GIS信息庫和存儲常規運營資料的運維管理數據庫。（4）數據計算層。本層采取分布式計算的方式對數據進行整合與分析，分布式計算將該應用分解成許多小的部分，分配給多臺計算機進行處理。這樣可以節約整體計算時間，大大提高計算效率。（5）數據應用層。本層將經平臺計算后的數據應用到各個業務當中，包括系統管理、綜合監控、應急管理、日常管理、資產管理、決策與分析、模型管理與移動APP等。

4 結語

本文主要分析了城市綜合管廊智能運維的國內外現狀及存在的問題，梳理了城市綜合管廊的未來發展方向，提出基于BIM和GIS可視化的職能運維基礎及需要解決的關鍵技術，并在此基礎上設計了平臺架構，為今后城市綜合管廊智能運維的研究和應用拋磚引玉，提供一定的借鑒和參考。

參考文獻

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