基于BIM+GIS統一管理平臺的城市智慧綜合管廊監控與報警系統設計

孫雅婧

摘要 文章提出城市智慧綜合管廊監控與報警系統設計方案，以及基于GIS的統一管理平臺。平臺結合BIM理念，在三維空間構造管廊建筑模型，實現綜合監控，保證各子系統信息互通和共享，為管廊智能化管理提供軟件后臺，實現數據庫集成以及網絡管理、維護、開發、升級，并提供外系統接入的平臺。

關鍵詞 綜合管廊;監控與報警;統一管理平臺;BIM+GIS

中圖分類號 TU990.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0018-03

0 引言

綜合管廊是集中設置電力、通信、燃氣、熱力、給排水等管線，以及檢修口、吊裝口、監控與報警系統的城市地下空間[1]。而建設綜合管廊統一管理平臺，不僅滿足現有監控與報警系統的監控、運營、管理的需求，而且為系統擴容、功能擴展、多系統融合等預留條件[2]。

1 監控與報警系統設計

監控與報警系統是以統一管理平臺為基礎，通過主干網將各子系統集成為一個統一完整的自動化平臺[3]，其結構如圖1所示[4]。

1.1 環境與設備監控系統

主要功能有水泵、風機的手/自動狀態監視、啟停控制、運行狀態顯示、運行記錄、故障報警、電源狀態監視;照明設備的開關狀態監視、開關控制;通風口電控井蓋開閉狀態監視、異常狀態報警、開關控制等;溫濕度、氧含量、集水井液位、爆管液位等環境參數監測及控制;電力監控等。系統采用分層分布式結構[5]，由中央層、現場控制層、現場設備層組成。

1.2 火災自動報警系統

在管廊含有電力電纜的艙室、監控中心、設備間等配套用房設置火災自動報警系統，包含火災自動報警子系統、防火門監控子系統、電氣火災監控子系統、消防電源監控子系統，由中央層、現場控制層、現場設備層組成。

1.3 可燃氣體探測系統

系統采用獨立網絡，出現可燃氣體報警信號時，系統報警及聯動關閉緊急切斷閥，并通過統一管理平臺聯動相關子系統。

1.4 安防系統

（1）視頻監控系統。對管廊內部、出入口、設備間等重要位置進行實時圖像監控。視頻信號通過光纖傳輸至區域安防交換機，再通過安防系統主干光纖環網送至監控中心的磁盤整列，管理人員通過統一管理平臺可調取實時和歷史視頻信號并投放到大屏上。

（2）入侵報警系統。入侵報警系統由紅外雙鑒探測器、聲光警報器等組成。紅外雙鑒探測器接入就近分區ACU控制器，信號通過主干網絡上傳監控中心。當有外部人員進入時，監控中心平臺上將顯示有入侵的相應區間和位置圖像元素閃爍，并產生語音報警信號，同時調取附近攝像機畫面到平臺顯示。

（3）出入口控制系統。門禁系統的讀卡器把用戶信息發送到門禁控制主機，主機檢查信息合法性后決定是否進行開門動作。電子井蓋探測器探測到的管廊井蓋開關狀態信號通過以太網交換機送至監控中心安防工作站，并可在監控中心進行遠程控制其開啟、關閉，也可以及時發現井蓋被盜或者有人非法進入管廊內部的情況。

（4）電子巡查系統。用于考察巡更者是否在指定時間按巡更路線到達指定地點。巡檢人員通過手持巡檢器接觸巡檢點完成巡檢過程，巡查完后通過通信座和數據線將巡檢器內的數據上傳到巡更管理計算機，并通過軟件生成報表。

（5）人員定位系統。將入廊人員定位于單個艙室，在監控中心可實時顯示管廊內人員位置。

1.5 通信系統

（1）固定式通信系統。由固定光纖電話、光纖環網、數字程控交換機、光纖接入主機、語音網關、錄音服務器、管理工作站、話務臺及系統軟件平臺組成。

（2）無線對講系統。為巡邏人員與監控中心管理人員之間建立通信聯絡，可通過監控中心的調度臺對管廊內巡檢人員傳送信息、通知及命令等。

2 統一管理平臺

平臺基于云架構，運用物聯網實現系統設備的狀態監視、遠程控制、報警/故障處理與分析等[6]。平臺的3DGIS+BIM引擎實現空間和信息集成，提供地理信息、城市地形、建筑模型等數據的存儲、查詢、空間定位、空間分析和發布服務[7]。基于統一的傳輸網絡和通信接口，平臺以三維一體化空間為載體集成管廊環境質量參數、附屬設施監測信息，實現管廊監控與報警功能;以BIM模型和屬性為基礎構建管廊運維管理流程，實現設施設備運維、運營管理的一體化。

2.1 平臺架構

平臺采用分層分布式架構，由前端檢測系統和后端綜合管理平臺通過通信網絡組成一個完整的系統[8]，如圖2所示。

感知層：通過IP環網和通信接口匯集管廊內環境附屬設備和專業管線等運行狀態信息以及管廊外部環境信息，并提供報警聯動等命令的上傳下達通道。

平臺層：為上層應用提供業務支撐環境，實現統一的存儲服務，集成3DGIS+BIM引擎，提供空間定位、空間分析和發布服務，實現業務處理邏輯、系統對外連接等功能。可實現GIS宏觀視角下的管廊三維監控和BIM微觀視角下的管線監控。

應用層：以B/S方式部署相關應用模塊，為用戶提供交互接口，實現相關業務操作，并通過監控大屏、工作站、移動終端等呈現。

2.2 設備設施運維

（1）駕駛艙。提供管廊運維的整體視圖，可視化地呈現管廊整體的運維狀況，將管廊概況、健康狀況、入廊用戶信息、設備臺賬信息、巡查信息、維修維護信息集中呈現。

（2）三維瀏覽。多維度對管廊進行全貌展示，還能夠進行廊體、管線、附屬設施的構件及信息查詢。同時虛擬巡檢實現廊內的虛擬查詢和瀏覽，縮短訪問、巡查時間。與管廊的設備編碼體系關聯，實現定位漫游。

（3）設備管理。管理設備從入庫、安裝、運行、檢修到報廢的整個生命周期，建立統一的設備資產分類標準和編碼標準，并形成完善的設備資產臺賬。

（4）綜合查詢/維修。建立“工單下發、現場巡查/維修、事件/完工確認、任務統計”的體系，規范管廊管理人員、巡檢/維保人員日常巡檢/維保過程的隱患排查。

2.3 監控與報警

（1）全景監測。將遙感地圖和管廊監控系統集成，實現管廊監控信息的聯動查詢和瀏覽，使監控人員實時了解管廊運行狀況，并及時排查故障的范圍、類別和危險程度。

（2）報警與聯動。針對廊空間狹小、設備繁多、系統聯動復雜的環境將報警信息與BIM模型結合，動態顯示報警點在管廊中的位置信息，按預設的策略進行設備間的聯動，并打開對應的視頻監控畫面[9]。

（3）環境與設備監控。實現對綜合管廊全域內環境和設備的參數和狀態實施全程監控，將實時監控信息與模型進行構件級綁定，實現精準定位。

（4）供配電管理。對管廊變電所、防火分區內供配電系統進、出線回路的電壓、電流、功率等參數及開關分合閘狀態進行監視，同時對供配電設備狀況、管線路由情況通過BIM模型進行三維展示，實時顯示當前功率、總電量、電流、電壓等。

（5）安全防范。對管廊內人員全程監控，將實時視頻信息、人員定位信息與空間技術結合，實現人員精準定位。

（6）火災報警。對管廊內的火災全方位監控，通過感煙和感溫探測器監測管廊內異常狀況，及早發現火災隱患。結合光纖定位（ODTR）技術，對火災隱患精確定位。

2.4 運營管理

（1）入廊用戶管理。提供管線入廊流程管理、管線權屬單位信息維護、專業管線管理規范、管線檔案資料管理等功能，實現管廊管理單位與管線權屬單位之間的業務銜接。

（2）空間管理。根據需求變化對管廊內管線敷設位置進行梳理和使用，優化空間使用率。

（3）應急聯動。將管廊自身、各類專業管線的監控與報警系統的聯動信號，以及需要對外提供的事件信息進行統一管理，依據聯動信號類別編制應急預案、設置應急聯動邏輯，并進行應急預案模擬。

（4）統計分析。獲取管廊的運維數據，從設備運行和告警報警兩方面對管廊進行統計分析，及時發現事故隱患。同時將管線的入廊情況、空間占用情況、人員的值守情況、維修保養情況進行統計。

（5）能耗管理。按管廊、分區、設備等多種維度進行能源統計，并以柱狀圖、餅圖、趨勢曲線、表格等形式進行對比分析和展示，為相關設備運行模式的調節、管廊整體安全穩定高效運行以及未來的節能改造提供相關決策分析支持。

3 結語

智慧管廊是衡量綜合管廊科技化水平的重要標準。通過智能化的監控及管理方式，實時掌控管廊內部結構健康狀況、環境安全狀況以及與外部單位的信息互通，為管廊運營維護提供有價值的參考信息。建設智慧統一管理平臺，運用開放式的信息服務平臺，實現數據共享是未來智慧管廊發展的必然趨勢。

參考文獻

[1]安衛華.智慧管廊設計要點分析[J].智能建筑，2018（6）：

13-15.

[2]史寅玉.智慧管廊應用前景淺析[J].建筑工程技術與設計，2016（27）：2409+2405.

[3]林東.城市地下綜合管廊機電建設要點分析[J].機電信息，2020（33）：123-125.

[4]陳惠，劉曉東，王潔瑜.綜合管廊智能監控系統的研究與實現[J].山西建筑，2021（3）：196-198.

[5]邱威.基于PLC的綜合管廊智能監控系統[J].工業控制計算機，2021（8）：55-56+59.

[6]紀蓉，蘇嫣鈺，俞苗.基于BIM+GIS的智慧管廊監測管控運維一體化平臺建設[J].江蘇建筑，2018（2）：103-106.

[7]李應，來潘竹.BIM技術在智慧管廊平臺的應用研究[J].山西建筑，2021（18）：182-185.

[8]翟乃斌，徐國梁.基于物聯網與GIS的地下綜合管廊智慧管控平臺建設分析[J].電子技術與軟件工程，2021（15）：185-186.

[9]解存福，劉杰，王俊杰.實例分析綜合管廊監控與報警系統設計[J].自動化博覽，2021（4）：5.