城市綜合管廊智慧化監控與運維管理系統

文/朱振華

綜合管廊是在城市地下建造一個市政共用隧道，將電力、通信，燃氣、供水等多種市政管線集中于一體，設有專門的檢修口、吊裝口和監控系統，實行“統一規劃、統一建設、統一管理”，以做到地下空間的綜合利用和資源的共享，是保障城市運行的重要基礎設施和“生命線”。

綜合管廊監控與運維管理系統用于對管廊內部環境、附屬機電設施、入廊專業管線、巡檢維護人員進行全方位在線監控，保障管廊內環境、設備、人員安全，同時為管廊日常管理、巡檢維護和應急指揮提供穩定、智能、高效的一體化管控平臺，實現綜合管廊“管、控、營”的自動化和智能化，是城市綜合管廊的大腦和靈魂。

1 綜合管廊監控與運維管理系統總體需求

參照《城鎮綜合管廊監控與報警系統工程技術規范》的相關規定及要求，從建設者和運維管理者的角度，綜合剖析歸納綜合管廊監控與運維管理系統總體上應滿足以下四個方面的需求：

1.1 管廊環境與設備監控需求

城市綜合管廊屬于半封閉的地下空間，內部不但設置了各類機電設備，而且承載了各類市政專業管線，內部環境較為惡劣。實現對廊內實時環境信息、機電設備運行狀態及參數等全方位在線監控，保障管廊本體和入廊管線的正常、安全、穩定運行，同時為入廊作業的工作人員提供一個安全、舒適的工作環境是對管廊監控與運維管理系統的最基本要求。

1.2 入廊作業人員監控管理需求

圖1：綜合管廊智慧化監控與運維管理系統架構圖

綜合管廊內定期會有工作人員對管廊本體進行巡檢維護，不定期有入廊管線公司安裝維修人員進入管廊對專業管線進行維護檢修，由于綜合管廊長度較長，人員巡檢內容多且時間長，因此實現與入廊作業人員的實時通信、對其進行實時定位追蹤也是對綜合管廊監控與運維管理系統的基本要求。

1.3 日常運維管理需求

從管廊的全壽命周期來看, 運維管理需要的時間多數超過90%。日常管理方面系統首先應滿足信息查詢、故障告警、資產與設備臺賬管理、人員值班交班計劃安排及管理、報表生成及打印、權限管理、系統維護和診斷等基本管理需求；在滿足基本管理需求基礎上還應具備綜合集成管理能力，實現環境與設備監控系統，安全防范系統，語音通信系統，智能機器人巡檢系統，火災報警系統等所有現場監控子系統的數據融合、分析、處理。運維方面應滿足巡檢計劃、保養計劃、維修計劃編制，巡檢維護工單生成、自動派發、結果追溯，運維巡檢情況統計分析與報表等。

1.4 應急處理需求

綜合管廊是各類管線的公共環境，要考慮到單種管線在綜合管廊發生事故的可能性，如水管爆裂、電纜起火等。因此綜合管廊監控與運維管理系統應具備應急處理功能和流程，當廊體或管線發生事故時時能及時發現事故、定位事故、評估事故影響范圍并按照既定的應急聯動（聯鎖）控制策略，控制相關機電設備動作，有效保護廊體其他部分或其他運行管線不受影響。

2 綜合管廊智慧化監控與運維管理系統總體架構

綜合管廊智慧化監控與運維管理系統以物聯網技術為骨架、以BIM+GIS 技術為核心、以資源池為作為數據倉庫進行構建，從下至上依次分為數據層、平臺層和應用層。系統總體架構如圖1所示。

數據層：主要負責綜合管廊空間數據、實時監測數據和業務屬性數據的存儲，包括監測監控實時和歷史數據庫、空間數據庫、三維模型庫、視頻數據庫、專業管線數據庫、管廊附屬設施數據庫、管廊運維庫等。

平臺層：作為中間層，從數據層提取數據進行分析、加工、融合為應用層提供所需的各種功能服務，包括應用集成、實時消息推送、移動互聯網、視頻監控、BIM 建模、GIS 地理信息、VR/AR 等。

應用層：為管廊建設和管理用戶提供智慧化監控預警、運維管理、應急處置、運營管理、數據分析輔助決策等全方位的應用界面與工具。

3 綜合管廊智慧化監控與運維管理系統主要功能分析

3.1 三維可視化監控運維

通過應用BIM+GIS 技術，實現綜合管廊“一張圖”三維可視化全局監控運維模式。BIM 具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性五大特點。把管廊中的管線、基礎配套設施的物理參數、位置參數、功能參數等進行編碼存儲于統一的模型中, 進而實現設計、施工、管理一體化, 滿足第三方管理者在三維環境下對管廊進行可視化監控管理。另外，將BIM 應用于綜合管廊的后期運營管理中, 可以使設計、建設、運維管理形成統一的BIM 信息模型整體, 前期的設計、施工等基礎設施數據將會為后期的運維工作提供有力的支持。

3.2 數字化與虛擬化運維

將日常巡檢，運維保養，入廊作業，應急搶險等作業流程進行數字化流轉和控制，通過平臺實現計劃，審核，派單，執行，歸檔等全數字化運維管理。通過采用將VR/AR 技術與BIM 相結合的方式，建立城市綜合管廊完整的3D 可視化場景，對于管廊運營單位來說，無需人員進入管廊內部，就可以實現管廊虛擬漫游、人員培訓、維修指導、隱蔽工程查看等，在達到與現場操作同樣的效果的同時大幅提升巡檢效率并有效降低運維成本。

3.3 應急指揮救援

建立完善的應急指揮救援體系，通過將現場監控子系統集成到統一平臺，實現跨系統的聯動控制機制，并結合BIM/GIS技術的應用，快速定位應急事件發生位置，實現應急事件分析、應急處理全過程的智能化分析和可視化操控。

3.4 數據分析與輔助決策

以管廊日常監控和運維過程中產生的海量數據為基礎，進行大數據深入分析與挖掘，提取有用的信息（例如故障提前預警等），為管廊安全、經濟、高效運營提供有價值的決策建議。

4 結語

圍繞城市綜合管廊監控與運維管理系統的定位和功能需求，通過并強化BIM+GIS、AR/VR、大數據等先進技術在綜合管廊日常監控與運維管理過程中的應用，并關聯管廊規劃、設計、施工和運維管理全生命周期各階段，著力解決當前管廊建設、日常監控及運維管理過程中的痛點，是打造智慧管廊、安全管廊、綠色管廊的有效途徑。