地下綜合管廊健康監測管控系統

劉 貴

(廈門市市政工程設計院有限公司 福建廈門 361006)

0 引言

城市綜合管廊近年來發展十分迅猛，但是,管廊可視化、集成化、智慧化水平較低，缺少一套高效管控系統[1]。

目前，在綜合管廊高效運營維護方面，國內研究尚處于起步階段。本文研究的目的在于能夠制定出一套綜合管廊健康監測管控系統，好比一個“醫生”，從管廊還在設計時開始，一直到管廊施工、交付、運營，在此過程中，當管廊“生病”了，能夠及時發現管廊的病因，也就是管廊管理和運營維護過程中存在的問題，通過一些前沿技術，去“治療”綜合管廊存在的問題，實現對綜合管廊全生命周期的健康監測管控。研究成果有助于推進綜合管廊智慧化建設進程，提高管廊運營維護水平，降低勞動強度和人力、物力成本。

教師要利用有效手段增加學生學習英語的積極性與主動性，如學習動機、學習態度、學習資源和語言環境等。教師在課堂上開展生動的教學活動可以激發學生用英語交流的意愿，如采用角色扮演、小組活動和語言游戲等。激發了的交流意愿有益于學生養成自主學習的習慣[4]。

1 需求分析

分析國內綜合管廊建設普遍情況，管廊在規劃、建設、運營維護階段還存在以下問題需要通過有效的信息化手段解決。本研究以廈門集美新城綜合管廊為案例，從該管廊在運營維護過程中遇到的問題進行梳理。主要存在以下幾個問題：

設T時刻在目標位置P處用接收機同時測得4顆衛星1, 2, 3, 4到P點處的距離分別為S1, S2, S3, S4，4顆衛星的坐標分別是(Xi, Yi, Zi)，i=1, 2, 3, 4，則P點的坐標和時間T可通過式(1)解算得出：

一是重新定位功能。未來的區縣職業教育一定是本地區高中階段教育的半壁江山，而不是“小山”；一定是推動本地區經濟社會發展的重要力量，而不是“雞肋”；一定是推動鄉村振興和全面提升社會底層群眾生活水平的重要手段，而不是“補充”。

廈門集美新城綜合管廊2010年開工建設，2016年正式投入運營，全長7.85 km，入廊管線包含通信、電力、給水、中水、雨污水，管廊現場如圖1所示。此條管廊的管理對象包含數據普查成果、規劃設計方案、施工進度報告、竣工驗收成果、入廊管線、管廊廊體、各類附屬設施等多項內容，不同管理對象之間又無法做到相互獨立、協同運作、聯動控制、資源互補。

圖1 廈門集美新城綜合管廊內部實景圖

(2)數據類型復雜、應用獨立，缺乏共享

據市級部門的統計結果顯示，Y市魔芋種植面積約為8 500 hm2，平均產量達到了1.2 t/hm2。目前，Y市農民專業合作社總量達到了2 800家，已建成的魔芋專業種植村有10個，主要種植方式為經濟種植、中藥間作和茶葉間套作等［2］。

建立專用管理控制中心，并配備UPS、服務器、存儲器、LED大屏幕、交換機等設施作為硬件支撐。

(3)安全要求嚴格

還提供安全培訓服務，形成人員培訓檔案，按照年份、培訓等級進行劃分，記錄員工安全教育培訓表，形成人員培訓花名冊，可以統計培訓學時，監督相關人員完成在線培訓，可查看人員培訓情況。

(1)業務部門獨立、管理對象多樣

本實驗所用碳納米管纖維采用陣列紡絲法制備.碳納米管陣列由蘇州捷迪納米科技有限公司提供,高度約為320μm.將2 cm寬的碳納米管薄膜從陣列中以150 mm/min的速度連續拉出,并同時以1 000 r/min的速度對薄膜進行加捻從而紡成連續、均勻的碳納米管纖維,如圖1所示.碳納米管纖維的直徑約為18.5μm,纖維表面扭轉角約為15°.

(3)智能運營維護系統

廈門集美新城在管理運營上存在幾個問題：①管理分散獨立；②簡單的規范辦法；③分析決策能力智能化水平較低。缺少一套輔助管廊經營實現管廊高效率、低成本和體驗佳的管控系統，缺少一套能夠智能化決策的輔助方案[4]。

以上這些問題不僅存在于廈門集美新城綜合管廊，而且在廈門其他管廊和全國其他城市的管廊也存在同樣問題。

2 總體方案

根據綜合管廊規劃、建設、運營維護不同階段建設管理需求，歸納總結出了一套綜合管廊全生命周期健康監測管控系統解決方案。本方案充分考慮了用戶對管廊運營維護階段的差異化需求，以GIS技術為主導，結合物聯傳感、高精度定位、虛擬現實、大數據挖掘分析等技術，充分整合前期規劃設計數據、企業經營數據、管廊基礎空間數據、視頻監控數據、傳感監測數據、巡檢數據以及其他業務數據等數據資源，圍繞綜合管廊的“經營、安全、維護”這三大核心業務內容，提供數據處理和建庫、數據接口開發、數據采集及轉發、智能巡檢APP等[5]，為綜合管廊運營維護管理各項工作的開展提供強有力的技術支撐。

在綜合管廊全生命周期管理和全面集成基礎上，筆者根據現有項目經驗和國內綜合運營維護階段對信息化管理的普遍需求，提出了能夠涵蓋不同城市、不同類型管廊運營維護階段全生命周期滿足通用需求的管理綜合管廊“165”健康監測管控體系。

綜合管廊“165”健康監測管控體系中“1”主要指一個綜合管廊控制中心，好比醫生的手術刀，也可以比作人的大腦，負責管廊內所有相關的人、財、物、業務的全面綜合管理和智能化管控。“6”主要指綜合集成、管控、智能運營維護、應急救援、經營管理、三維展示六大重要業務子系統，分別來實現以下功能：①管廊環境溫濕度等監測、專業管線狀態監測、管廊內部設備運行監測；②管廊內的所有設備進行遠程控制和相關設備間的相互聯動；③管廊設備、資產、巡檢、門禁、系統等運營維護管理應用；④管廊入廊管線審批、收費、分析、檔案資料等管理應用；⑤管廊應急制度、隱患事故、應急預案及應急處置等管理；⑥基于三維地圖進行管廊三維展示，提供多角度、多空間的可視化管理。“5”主要指5大類基礎業務數據，通過對管廊數據的規范化、標準化來保障管廊信息化建設的可持續性發展。總體架構圖如圖2所示。

就現有文獻來看，不僅黃庭堅本人沒有整理過其詞作，而且其親友和后人也都沒有參與，外甥洪炎編《內集》、表弟李彤編《外集》、從孫黃編《別集》都與詞無涉。因此，詞集的質量無法與處于正統地位的黃庭堅內集、外集、別集相提并論，此為造成后世黃庭堅詞集版本淆亂、所收作品數量不一的主要原因。

圖2 總體架構圖

3 綜合管廊健康監測管控系統設計

綜合管廊健康監測管控系統主要面向管廊管理需求搭建，可實現城市綜合管廊相關的人、財、物、業務的全面綜合管理和智慧化管控。本系統的設計可以從綜合管廊的運行監控、管線入廊運營管理、設備運營維護養護、事故應急處置、三維展示等角度實現對地下綜合管廊的全生命周期健康監測管控。具有智慧化管理、一體化管控、高效率運營維護的特點，面向管廊運營單位提供管廊管理運營維護支撐服務。

(1)控制中心

廈門集美新城綜合管廊運營維護過程中還遇到多種類型數據，包括企業經營數據、管廊基礎空間數據、視頻監控數據、傳感監測數據、巡檢數據以及其他業務數據；這些具有多源、異構、動態、分散的各類數據[2]，技術集成難度大，也是需要解決的最重要的數據問題，而且缺少一個與各管線單位及第三方單位的信息數據共享機制。

(2)綜合集成與管控系統

智能運營維護系統主要包含設備管理、人員出入管廊管理、管線管理、日常巡查管理、移動端APP 5個模塊，實現管廊內巡檢管理和維護管理業務集中管理，通過梳理管廊內巡檢內容，制定管廊日常巡檢、周期巡檢、路面巡檢計劃，及時跟蹤和督促巡檢工作進度，分類上傳、匯總巡檢異常情況。系統提供管廊運行狀態展示、運行管理、維護管理、人員管理、綜合管理等應用。

基于物聯網+GIS技術，對管廊運營維護的外部環境、設備設施、能耗、管廊結構及管線對象進行監測或監控，根據監測/監控對象分為環境監測、設備監控、能耗監控、結構監測、專業管線監測等功能。同時應預留專業管線接口，跟入廊管線單位聯動，便于遠期二次開發。

(4)與管理運營結合

依托物聯傳感技術，通過集成各類物聯傳感設備，實現設備聯動控制、人員定位、安防等集成管理，對接各類監控監管系統、人員定位系統、消防系統、視頻系統等，實現人員和管廊內管線和環境狀態信息的實時監控，科學養護。

預留機器人巡檢系統接口，綜合管廊智能巡檢機器人，如圖3所示，可代替人完成繁重單調的綜合管廊日常巡檢工作，不僅大幅節約管廊運營的人力成本投入，智能化數據分析更是實現了巡檢質量大幅提升。

圖3 機器人巡檢

(4)經營管理系統

以管線管理為核心立體展開，通過對廊內管線、入廊合同、檔案管理等數據的集成、管理與更新，實現了一體化管理，同時根據不同城市管線入廊業務需求，制定一套入廊管線入廊審批-合同管理-收費管理-檔案管理的全業務流程化管理系統，提供入廊管線的各類查詢統計、入廊路徑分析、入廊維護、監測管理、入廊審批、繳費、施工與巡檢管理等管廊管線業務管理。

式中:kp為比例系數;ki為積分系數;kd為微分系數;Ti為積分時間常數;Td為微分時間常數;e(t)為誤差,de(t)/dt為誤差導數.

綜合管廊作為城市百年工程，如何保障管廊安全運行是本研究最基礎的初衷。不僅要將管廊被動安全提升到主動安全，還要考慮過程和結果管理并重[3]。

(5)應急救援系統

整合管廊的GIS信息、傳感器、設備信息及相關巡檢信息等數據的資源，在三維的虛擬場景中，模擬應急事件，并調閱各種應急資源信息和實時數據，匯總后再進行空間分析，分析出來的結果提供決策輔助，在線進行標繪，指揮調度，為管廊內部的突發應急事件提供事前預警、事中應急聯動以及事后處置的全過程管理。

(6)BIM+GIS三維展示系統

坤二少爺冷著臉說：“不敢恭維，血光之災吧！”又一笑，“過路之人，隨便說說，老爺就當沒聽見罷——我真的要走了！”

為用戶提供多角度、多層面管廊空間展示，實現查詢、統計管廊內部的各類管網及附屬設施的分布情況；可基于三維地圖進行場景三維展示、設備展示、設施查詢管理、管廊位置展示、管線查詢管理、管線巡線維護以及管廊斷面分析等三維可視化操作[6-8]，如圖4所示。

對于手剎車，一些車輛，特別是轎車往往性能很好。而在檢測臺上測出的數據卻很小，達不到標準。這是因為這些汽車的軸重很輕，前輪阻尼很小，手剎車時，后輪抱死，后軸被檢測臺滾子卷上來，整個車身后移，對滾子的力矩變小，檢測臺測得的數據就小了。我們曾試驗將前輪固定，避免車輛后移，結果此類車手剎制動數據全部達標。因此在此類車的測試中應采用固定前輪的方法，或將后輪抱死車身，對后移的汽車數據放寬才是合理的。

圖4 BIM+GIS應用

(7)五大類基礎數據

3）在煤巖層對比中，擺脫了以往借助區域地質規律和鉆探、測井等資料進行分析對比的狀況。充分發揮地震勘探的本身優勢，通過地震對比解釋提出初步煤層對比方案，再根據鉆探、測井、化驗等多手段進行調整、完善。提高了煤巖層對比的可靠性和精度，同時也讓地震勘探更深入的融入整個綜合勘探工作中。

五大類基礎數據包含廊內管線數據、廊體健康數據、附屬設施數據、日常管養數據、應急處置數據，如圖5所示。

圖5 五大類基礎數據

4 結語

廈門集美新城綜合管廊在2017-2020年進行了多次智能化提升改造，也將本研究的成果綜合管廊健康監測管控系統運用到提升改造當中，根據目前運營情況，本研究的成果符合運營維護需求，在管線單位入廊管理、規劃設計資料歸檔、巡檢、廊體數據聯動、附屬設備管養、管理人員培訓、突發事件應急決策等方面都更加靈活和便捷，很大程度提升了運營維護單位的運營維護水平，降低了運營成本，真正做到綜合管廊有效管控和全生命周期的健康監測。