基于“互聯網+”的首都機場管網系統介紹

□ 北京首都國際機場股份有限公司信息科技部 王瀚林 張玄弋 任高翔 北京首都機場動力能源有限公司 林陳子/文

在我國進入“互聯網+”的新時代背景下，伴隨著各類技術的發展，產業信息化已經成為大勢所趨，對于本來數字化程度一直處于較低水平的地下管網系統更是一次革命，2017年10月，十九大提出建設“智慧社會，交通強國”的發展理念，首都機場作為國內尤為重要的交通樞紐，地下布置的管網更是機場的生命線，因此，首都機場為響應國家號召，保證服務質量，提高地下管網維護及管理效率，采用了新型智慧管網管理模式，本文先介紹了智慧管網的概念，然后介紹了首都機場智慧管網的組成架構及采用的技術，又詳細說明了其主要的功能模塊，最后對此系統在機場中的應用作出展望。

智慧管網是以基礎管線設施為基礎，再以當今信息技術為輔助和支撐，應用了GIS（地理信息系統），BIM（建筑信息模型技術），SCADA(數據采集與監視控制系統)以及大數據等技術手段，賦予管網“智慧”，使管網能夠自動發現問題、安全預警、排除隱患、輔助決策等功能。智慧管網是我國智慧城市中的重要組成部分，也是我國“互聯網+”戰略中一大應用。

首都機場作為中國最繁忙、位置最重要的機場，地下布置著超過10余種管線資源，機場的一切活動都離不開這些生命線。但隨著多次大規模擴建，地下管網范圍越來越廣，管線種類越來越多，管理難度逐漸提高。因此，為保證服務質量，提高管網管理及維護效率，保障機場一切活動順利進行，首都機場對機場地下管網實現了智慧化管理，建立了智慧管網系統。本文在介紹智慧管網的概念后，詳細論述了首都機場的智慧管網系統。

智慧管網的概念與發展

（一）智慧管網的概念

智慧管網，即管網智能監控系統。智慧管網的概念是基于智慧城市的基礎上提出的，是智慧城市體系中的一個重要分支，其自身也可以獨自成為一個完整的管理系統。首都機場智慧管網系統主要針對供水排水管線、燃氣管線實現實時監測，利用網絡架構使工作人員能夠實現遠程實時監測，并能實施遠程開啟或關閉緊急設備等關鍵操作。其理想的目標是可靠的無人值守、遠程遙控以及動態監視，并通過統計、分析和預警，在需要時能夠應急處置并聯動。

（二）智慧管網的優勢

傳統管網系統由于管線種類繁多，且每個類別的管線都由其主管單位自己負責，在施工方面上缺乏統一的規劃和布局，在管理方面，由于各單位各自為政，在管理管網時存在信息孤島，很難顧全整個管網的布局。在數據方面，我國管網系統數字化程度較低，數據不足，且信息往往都是落后于現狀，不能實時的更新數據。在維護方面，大多依靠人工來完成檢測和修復，并且由于各部門缺乏相應的溝通機制，數據之間不及時共享，一旦管網系統出現問題將會給協同作業帶來很大的阻礙。

相比傳統管網的種種缺點，智慧管網系統與監控系統和物聯網系統無縫集成，能夠隨時掌握各類監測數據及其報警狀態，解決信息孤島問題，實現各業務系統功能和相關數據共享，并且能夠對數據進行加工處理，挖掘分析出有用的信息，為管網改造、優化調度、故障預警等提供輔助決策信息。

首都機場智慧管網主要架構

首都機場智慧型地下管網系統構建以物聯、感知、智能為主題，主要分為四個層面，見圖1所示。決策層由機場管理部門、動力能源部門、施工部門共同組成；應用層即管網監控平臺，能夠顯示機場地下管網所有的數據信息，一切遠程操控管網的操作都可以在此平臺上實現；數據層將采集到的各類數據上傳到云端以做備份并存儲在數據庫中；感知層主要包括各種信息收集硬件設備，例如溫度傳感器、濕度傳感器、排水量監測裝置、火警監控裝置等。

機場智慧管網系統工作流程如下：埋藏在地下的管線、最末端的硬件傳感器自主地、有規律地向中央處理節點發送自身狀態信息，中央節點對來自終端硬件的數據簡單處理后傳輸到云端中心數據庫進行關鍵數據持久化；智能實時監控平臺從云端獲取各傳感器狀態信息并對云端數據庫中的相關數據建模分析，運用數據挖掘分析相關技術綜合決策給出合理建議；若管網信息出現異常，監控平臺將會立即預警，室內工作人員可通過監控平臺遠程操控管網中重要的閥門開關或者管線關鍵節點來第一時間進行異常處理，然后推送給移動終端使室外工作人員準確的了解發生異常的管網位置信息并進行現場處理。具體工作流程如圖2所示。

關鍵技術及其應用

（一）BIM

隨著建筑工程的不斷發展和建筑物功能需求的不斷增加，管網內部的復雜性不斷提高，提高管網內部空間利用率成為值得關注的焦點。本系統利用BIM技術來構造管道的三維模型，能夠快速準確地對管道進行設計、繪制、制造和安裝，并且能夠提高設計質量，工作效率，加強工作人員團隊協作。若后期進行管網修改也能很大程度上利于工作人員再施工，從而有效降低整個項目團隊的浪費。

BIM技術擁有碰撞分析的功能，可以對管網設計進行優化，及時發現設計中不合理的地方進行改進，以便做出正確的決策。

（二）GIS

GIS地理信息系統是用于收集、管理和分析數據的框架。它能夠分析空間位置，并使用地圖和3 D場景將信息層組織成可視化。本系統在BIM構建三維模型的基礎上，利用GIS技術將傳感器收集到的數據在三維地圖中可視化，例如可以細化到顯示某根排水管的壓力流量等數據信息，這就使各部門管理人員能夠清楚明了的掌握整個機場地下管網的運行狀態。

（三）SCADA

SCADA系統，是數據采集與監視控制于一體的工業控制系統，是本系統實現物聯網的平臺，也是本管網系統預警功能的核心。本系統通過可編程邏輯控制器連接到傳感器并采集其獲得的數據，利用4 G通訊技術上傳到后端服務器，對管道信息進行實時準確地采集、監控、處理和分析，為相關能源公司提供數據監控、數據集成、運行調度、決策分析等輔助功能。

（四）大數據

本系統采集信息的硬件設備將所采集的信息全部上傳并備份到云服務器，當歷史數據積攢的足夠多時，就可以通過數據挖掘或數據分析等來挖掘其中隱藏的信息，例如分析數據在時間上的分布特征，從而映射出各種管網數據與時間之間的函數關系，通過此結果對未來管網系統的運行動向作出預測和應急機制。

智慧管網主要功能模塊

（一）智慧燃氣

智慧燃氣模塊包括機場燃氣管線數據的入庫、共享、交換、更新的管理，集成GIS系統，實現空間信息的分析和應用，在管線上或管道內安裝各類傳感器，遠程監控管線的運行狀況。通過各類傳感器對燃氣管線周期性地采集相關數據，為管理部門提供實時數據監控、調度決策等功能。

當燃氣管線運行出現狀況時，針對燃氣壓力偏高或偏低，根據傳感器實時監測數據，結合管道安全壓力標準，及時向監控人員預警。監測到的異常數據可以通過手持終端和“系統在線消息”等多種方式及時發送給相關負責人員(發送內容一般包括時間、地點、監測指標項和監測值等)，做到全面監控燃氣管網的運行狀態，實現對管網的調度、預警以及控制。

（二）智慧供水

由于機場用水很大程度上受旅客流量的影響，而客流量隨著每天的不同時段、每年的淡旺季變化，供水系統也處于實時的變化中，峰值與谷值流量差別大，周期變化快。機場供水系統充分利用本管網搭建的網絡系統與物聯網技術，監控系統能夠實時監控供水各個環節的壓力、流量、以及水質，準確的獲得機場內部各個航站樓的供水分布及用水狀況，能夠合理的選擇水泵參數以及電機轉速等，確定合理的儲水量，防止造成“大馬拉小車”的現象，實現有序、高效、規范的供水調度，并且能夠為管網設計規劃提供數據支撐，使機場獲得滿意的經濟效益和社會效益。

（三）智慧排水

在機場易澇區安裝地面積水監測設備，在雨水管網重要節點安裝水位、流量監測設備，并接入到智慧管網系統中。通過監控平臺及時收集監測站、在線雨量計等硬件設備采集的監測數據，為決策提供預警信息。系統根據設定的報警規則對采集到的數據進行分析，若發現管網設施運行狀態異常或監測指標超出警戒值，則系統將異常設備所在GIS地圖位置的圖標閃爍，并向管理人員播放報警聲音。幫助管理決策者制定更加及時、準確的應急搶險方案，增強機場防汛搶險能力，保障機場的安全。此外，可以從云服務器中得到歷史數據，并對其進行綜合數據分析，可為機場內部的管線優化、二次改造提供科學依據。

結語及展望

（一）總結

本系統秉持著創新性、適用性、安全性、擴充性原則，綜合利用“互聯網+”技術、物聯網技術、大數據等技術建立了機場地下綜合管網管理系統，實現了與在線監控系統和物聯網系統無縫集成，隨時掌握各類管網實時數據；解決了信息孤島問題，實現了各個動力能源部門數據的整合，提高了數據的共享性，為各部門的協同工作提供了效率和質量保證；通過對收集到的數據進行整合、加工處理、數據分析挖掘，充分發揮了各個子系統相關信息的應用價值；三維可視化管網為管網二次改造、優化結構、應急施工等工作提供了輔助決策信息。管網的有效監管為首都國際機場工作的有序開展提供了穩健的保障，為機場后期內部改造或擴充提供了寶貴的地理空間數據和管線信息數據。

（二）展望

2017年10月，黨的十九大召開，報告中提出了建設“智慧社會、交通強國”這一發展理念，智慧機場正是智慧社會和交通強國建設的交會點。除上述智慧管網系統外，首都機場還實施了部分諸如泵站監控、助航燈光管理、單兵作戰等智慧系統應用，未來機場的發展方向勢必向智慧型機場發展。

2018年8月2日，《首都機場集團公司智慧機場建設指導綱要》正式發布，為了積極貫徹落實國家要求，首都國際機場將率先引領機場的智慧化方向改革，本文介紹的“基于互聯網+的智慧管網系統”能夠將首都國際機場打造成更加安全、更加高效的機場，必將成為未來“智慧機場”發展中必不可少的一部分，也將為全國“智慧機場”的改革作出貢獻。