摘要：通過對城市地下綜合管廊智慧化運營管理的論述，闡述如何通過信息化技術(shù)手段將綜合管廊及其附屬設(shè)施、廊內(nèi)管線包含周圍環(huán)境中一些模型的參數(shù)和資料，以及設(shè)備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)進行采集和運算，實現(xiàn)管廊相關(guān)數(shù)據(jù)從二維數(shù)據(jù)、宏觀及微觀數(shù)據(jù)到三維立體化、可視化轉(zhuǎn)變，為管廊綜合管控一體化平臺的開發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：綜合管廊；智慧化；BIM+GIS；運營管理

0引言

2016年，針對中國城市規(guī)劃建設(shè)管理中存在的突出問題，在國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》中明確提及，到2020年中國要建成一批在上具有先進水平的地下綜合管廊并投入運營，要明顯改善反復(fù)開挖地面的問題，要明顯提升管線安全水平以及防災(zāi)抗災(zāi)能力，逐步消除城市主要街道上空的蜘蛛網(wǎng)式架空線，要明顯提升城市地面景觀面貌。

近幾年來，國內(nèi)的地下綜合管廊建設(shè)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢。綜合管廊已日漸成為較有效的用來解決城市地下狀況與地下管網(wǎng)問題的方式，得到了業(yè)內(nèi)的普遍認可，也代表著城市基礎(chǔ)設(shè)施未來發(fā)展的必然路徑和全新模式[1]。但是，當(dāng)下對城市地下綜合管廊的研究仍然主要聚焦在開發(fā)利用的規(guī)劃、設(shè)計和施工階段，而較少關(guān)注綜合管廊后期的運營管理，特別是在智慧化技術(shù)應(yīng)用進行后期日常維護運營方面。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、VR、AI、虛擬仿真等技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，如何運用數(shù)字化手段通過資源共享和信息互通實現(xiàn)對城市地下綜合管廊的智慧化維護運營，對提高管廊運營管理的效率和服務(wù)質(zhì)量都將起到積極的作用。

1城市地下綜合管廊簡介

城市地下綜合管廊又叫管溝、共同管道、共同溝（以下簡稱“綜合管廊”）。它的定義如下：在城市道路下面集中建造很多管線的共同管道，包括電力線、通信線、廣播電視線、供水線、雨水線、污水線、中水線、熱力線、燃氣線等。在統(tǒng)一規(guī)劃、建設(shè)、管理的指導(dǎo)下，較大化、較優(yōu)化利用地下空間和資源。目前綜合管廊根據(jù)所收容的管線性質(zhì)主要劃分為干線管廊、支線管廊、纜線管廊和干支混合管廊4種類型。

1.1發(fā)展簡史

綜合管廊建設(shè)已有180余年的發(fā)展歷史。綜合管廊在1833年由法國巴黎興建，較早興建的這條管廊是以排放雨水和污水為主的重力流管線系統(tǒng)，管網(wǎng)縱橫，排污口、蓄水池眾多，后來進一步在管廊內(nèi)鋪設(shè)了供水管、煤氣罐、通訊電纜等市政公用管道。

1861年，英國在倫敦建設(shè)了一個綜合管廊，斷面是12m×7.6m的半圓形，內(nèi)部敷設(shè)了供水管、污水管、燃氣管、電力線纜和電信線纜，直到現(xiàn)在，倫敦市區(qū)的管廊數(shù)量達20條之多。

前蘇聯(lián)在莫斯科、列寧格勒、基輔等地于1933年修建了地下共同溝。迄今為止，莫斯科地下有130km的綜合管廊，除煤氣管外，各種管線均有，只是截面較小，內(nèi)部通風(fēng)條件也較差。

日本的綜合管廊建設(shè)較早始于1926年，當(dāng)時在東京市中心的九段地區(qū)干線道路地下建設(shè)了一條綜合管廊，將電力線纜、電話線路、供水管線、燃氣管線等市政基礎(chǔ)設(shè)施集中敷設(shè)在里面。目前，日本無論是在綜合管廊的建設(shè)速度上，還是在規(guī)劃能力、法規(guī)體系建設(shè)、工程技術(shù)等方面都是較先進的之一。

中國綜合管廊建設(shè)的起步相對國外其他較晚。1958年，在天安門廣場地下建設(shè)了一條長度為1076m的地下綜合管廊。1993年，上海浦東新區(qū)張揚路鋪設(shè)了地下管廊，那是中國意義上第一條現(xiàn)代綜合管廊。

1.2運營管理存在的問題

綜合管廊運營管理中普遍存在廊內(nèi)環(huán)境差、設(shè)備維護水平低、管理技術(shù)落后、管廊安全預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)滯后等問題，具體如下：①智能化程度不足。對于較早建成并投入運營的綜合管廊，電子巡檢系統(tǒng)、標簽定位系統(tǒng)等子系統(tǒng)未加入建設(shè)清單。②監(jiān)控單一獨立化。各監(jiān)控系統(tǒng)單獨存在，如電力、熱力管線監(jiān)測等都是來自于生產(chǎn)廠家的監(jiān)控系統(tǒng)。廠家持續(xù)致力于自身專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的管線監(jiān)測較多，但對其他專業(yè)管線監(jiān)控沒有經(jīng)驗，甚至沒有考慮監(jiān)測設(shè)備，加大了監(jiān)控系統(tǒng)平臺兼容其他管線監(jiān)測系統(tǒng)的難度。③可視化與精細化運營管理程度不高。BIM（BuildingInformationModeling）技術(shù)應(yīng)用不足，只可確定管廊內(nèi)設(shè)備與人員的具體位置，不可確定空間位置，導(dǎo)致綜合管廊可視化程度不高；另外，由于入廊管線產(chǎn)權(quán)單位眾多，數(shù)據(jù)壁壘現(xiàn)象嚴重，專業(yè)化運營管理難度大。④環(huán)境監(jiān)測相關(guān)技術(shù)應(yīng)用不足。運營中管廊照明系統(tǒng)實行遠程及實地手動開關(guān)控制，可能會出現(xiàn)監(jiān)控中心值班人員遠程控制不及時、管廊出入人員忘記關(guān)燈等現(xiàn)象，導(dǎo)致電力被浪費。如何更好地聯(lián)動照明系統(tǒng)與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，如利用人體感應(yīng)控制、光照度控制、定時控制技術(shù)等使照明燈自動亮起或熄滅，是未來管廊運營管理中需要思考的問題。

2城市智慧管廊綜合管理平臺

將BIM技術(shù)和GIS（GeographicInformat*tem）技術(shù)基于模型管理的思想運用于城市智慧管廊綜合管理平臺中，采用三維立體模式仿真地下綜合管廊，將綜合管廊及其附屬設(shè)施、廊內(nèi)管線包含周邊環(huán)境模型信息和設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行集成，把大量、分散的設(shè)備和傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的管理數(shù)據(jù)，讓管理人員可以實時查看采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)及周邊環(huán)境圖像，實現(xiàn)對二維數(shù)據(jù)、宏觀及微觀數(shù)據(jù)的三維立體化、可視化、精細化、智慧化管理，提高綜合管廊運維水平、應(yīng)急能力和經(jīng)營管理水平，從而助力地下綜合管廊有效運行和快速發(fā)展。

平臺基于SOA（面向服務(wù)的架構(gòu)）設(shè)計，采用3層結(jié)構(gòu)，即應(yīng)用層、中間層及數(shù)據(jù)層，如圖1所示。應(yīng)用層，即面向?qū)ο蟮膽?yīng)用，包括基于GIS的信息化管理門戶網(wǎng)站、通風(fēng)管理子系統(tǒng)、供電管理子系統(tǒng)、排水管理子系統(tǒng)、安全防范子系統(tǒng)、通訊應(yīng)用管理子系統(tǒng)、預(yù)警與子系統(tǒng)、消防管理子系統(tǒng)、照明管理子系統(tǒng)、地理信息管理子系統(tǒng)、BIM子系統(tǒng)等。同時，提供基于B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式的電腦、手機等客戶端軟件。

中間層，即提供各種應(yīng)用服務(wù)支撐，采用標準接口協(xié)議，可供第三方開發(fā)。包括數(shù)據(jù)訪問、消息管理、安全服務(wù)等基礎(chǔ)性服務(wù)，是整個綜合監(jiān)控平臺的應(yīng)用基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)層，負責(zé)數(shù)據(jù)庫的訪問。而不需要關(guān)注具體的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)解析等操作，也不需要關(guān)注不同廠家、不同制式、不同類別終端設(shè)備的物理接口和拓撲方式。

圖1城市智慧管廊綜合管理平臺結(jié)構(gòu)

2.1平臺特征

平臺特征充分利用BIM連接管廊全生命周期不同階段的數(shù)據(jù)、過程和資源，注重微觀領(lǐng)域中管廊內(nèi)部的設(shè)計和實現(xiàn)的特點以及GIS處理和分析宏觀地理環(huán)境中的地理數(shù)據(jù)的能力，通過對BIM技術(shù)和GIS技術(shù)的綜合運用和深度應(yīng)用，讓管廊的宏觀、微觀管理功能和可視化功能很好地結(jié)合起來，再將各類數(shù)據(jù)及各個操作流程進行整合，打造集智能控制、降耗節(jié)能、智慧運營于一體的城市智慧管廊綜合管理平臺。

平臺具有以下幾方面的特征：①充分利用BIM和基礎(chǔ)地理信息公共平臺提供的各種資源，使平臺的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、BIM模型在部門、管線權(quán)屬單位和管廊運營公司之間得到統(tǒng)一。②建立全面覆蓋城市地下綜合管廊的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成統(tǒng)一管理及管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新統(tǒng)一管理；完善地下管線框架體系及地下管線動態(tài)更新機制，建設(shè)多種類、多時相、更新及時的綜合管廊管線管理體系，提高綜合管廊管線數(shù)據(jù)多層次服務(wù)能力。③建立綜合管廊共享服務(wù)和數(shù)據(jù)交換機制，打造一個城市地下管線安全生態(tài)圈，滿足部門、各個管線權(quán)屬單位、管廊運營公司的在線應(yīng)用需求，破解城市地下空間“信息孤島”難題。④提供安全開放的服務(wù)接口，構(gòu)建綜合管廊信息資源開發(fā)和綜合利用的整體、統(tǒng)一框架。⑤建立綜合管廊信息化的規(guī)范標準體系、政策法規(guī)與管理制度，建立健全綜合管廊管線動態(tài)更新機制、共享標準體系和政策制度體系；實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、建庫、發(fā)布、共享等的標準化和制度化，建立綜合管廊管線信息共享的長效機制。⑥通過綜合管廊管線信息共享服務(wù)，促進產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，使得各管線權(quán)屬單位能夠在此基礎(chǔ)上整合自身業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)構(gòu)建滿足自身需要的專題管線運營管理平臺。

2.2平臺功能框架設(shè)計

2.2.1軟件架構(gòu)

平臺軟件架構(gòu)設(shè)計基于BIM+GIS技術(shù)的綜合運用，并采用“管+控”的一體化規(guī)劃設(shè)計理念。將平臺中不一樣的應(yīng)用系統(tǒng)中類似的模塊規(guī)劃設(shè)計放在一塊，讓平臺更可靠、更好維護，也讓管廊的承載能力更容易管理，同時，又降低了建設(shè)成本、維護成本等。

所謂的類似的地方包括統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸平臺，適配各類物聯(lián)網(wǎng)終端的模塊化接入設(shè)備，構(gòu)建數(shù)據(jù)倉庫，建立標準化的數(shù)據(jù)格式。城市智慧管廊綜合管理平臺軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2城市智慧管廊綜合管理平臺軟件結(jié)構(gòu)

2.2.2硬件架構(gòu)

平臺將依據(jù)監(jiān)控的具體規(guī)范要求，在要求的點位安裝各類傳感采集終端，并對各類采集終端的點位、數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)、在網(wǎng)狀態(tài)等數(shù)據(jù)等進行比對分析，規(guī)劃處出較合理的采集終端選點，然后對這個選點、數(shù)終端數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心后，系統(tǒng)軟件平臺會呈現(xiàn)采集現(xiàn)場的實時工作情況，根據(jù)以往的歷史數(shù)據(jù)，加以比對分析，為系統(tǒng)預(yù)警研判提供一些更高級算法模型。城市智慧管廊綜合管理平臺硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3城市智慧管廊綜合管理平臺硬件結(jié)構(gòu)

2.2.3實時GIS地圖

基于實時GIS地圖搭建的綜合管廊GIS管理系統(tǒng)，作為整個監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺，可實時查看管廊本體及廊內(nèi)設(shè)備和周邊附屬設(shè)施的動態(tài)運行數(shù)據(jù)，實實時工況，為集中調(diào)度和科學(xué)決策提供重要依據(jù)。

2.2.4環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)

作為管廊安全系統(tǒng)的感知神經(jīng)，它是來自自動化控制設(shè)備的監(jiān)測，可將各種情況實時傳遞給監(jiān)控中心，讓中心管理及相關(guān)責(zé)任人員隨時掌控各種狀況，保證廊內(nèi)管線及附屬設(shè)施處于正常工作狀態(tài)，如果有突發(fā)事故發(fā)生，能做到迅速預(yù)警并觸發(fā)相應(yīng)資源處理。

2.2.5BIM視頻漫游

提前設(shè)置BIM漫游路線，系統(tǒng)自動漫游并且顯示相應(yīng)艙室視頻畫面。另外，BIM技術(shù)的應(yīng)用支撐下可以達到以下要求：對管廊重要節(jié)點、監(jiān)控中心內(nèi)外部結(jié)構(gòu)、裝飾等進行三維建模和數(shù)據(jù)仿真分析，用于對設(shè)計效果、方案優(yōu)化等進行提前模擬演練；進行管線碰撞檢查；將設(shè)計圖紙和現(xiàn)場進行的勘察資料通過BIM技術(shù)進行三維建模，篩選出樁端持力層、巖面等關(guān)鍵性工程隱蔽節(jié)點，提前制定施工管控措施；通過對建筑結(jié)構(gòu)、地下管線的綜合三維模型和專業(yè)軟件的虛擬場景漫游，進行可視化能力的技術(shù)交底，實時評估施工過程中安裝管線的工作狀況和效果，及時進行修正；實時掌握物資價格、工程進度等信息，以便較優(yōu)化調(diào)配資源，較大限度保證工程進度。

2.2.6異常

當(dāng)環(huán)境監(jiān)測異常或者發(fā)生非法入侵之時，通過模擬顯示屏顯示出入侵的區(qū)段及進出人數(shù)，并實時記錄入侵的時間、地點，同時通過設(shè)備發(fā)出信號，能夠查看提示詳情，并通過彈出的BIM模型界面，進行相應(yīng)操作。如緊急情況時，管理人員可啟用一鍵，全廊固定電話響鈴，廊內(nèi)人員接聽電話。從而實現(xiàn)面臨突發(fā)事故快速做出應(yīng)急指揮，引導(dǎo)管理人員進行科學(xué)決策、有序處理。

2.2.7應(yīng)用子系統(tǒng)

根據(jù)不同層級的管理人員所持有賬號分配相應(yīng)權(quán)限，主要包括人員出入廊子系統(tǒng)、設(shè)備健康子系統(tǒng)、日常巡檢子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng)、應(yīng)急處置子系統(tǒng)及移動端APP子系統(tǒng)。

人員出入廊子系統(tǒng)：包含門禁卡開辦、外來人員、權(quán)屬單位人員、運維人員管及管線出入廊5個部分。從管線的前期入廊進場施工、中期入廊和后期巡檢維護維修，都可以在這個系統(tǒng)上實現(xiàn)線上辦理。

設(shè)備健康子系統(tǒng)：包含設(shè)備養(yǎng)護、維修、添加、檢測標定、替換記錄、備品備件及統(tǒng)計分析7個部分。對初次進場設(shè)備的名稱、型號、參數(shù)、點位等按照統(tǒng)一編號規(guī)則編號，并與BIM和GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)。

日常巡檢子系統(tǒng)：包含2個部分，即巡檢區(qū)域和巡檢記錄，巡檢區(qū)域的分區(qū)是按照巡檢工作的任務(wù)要求，結(jié)合線路連貫性的要求，在地圖上基于GIS功能劃分的，防止繞路或重復(fù)巡檢造成人力物力浪費。

系統(tǒng)管理子系統(tǒng)：系統(tǒng)包含登錄賬號管理、日志、排班、記錄查詢和警情匯總5個部分。

應(yīng)急處置子系統(tǒng)：系統(tǒng)包含演練、記錄、信號復(fù)位、會商和聯(lián)絡(luò)薄5個部分。

移動端APP子系統(tǒng)：如有工作人員入廊作業(yè)，可借助手機等移動終端對人員進行定位、通信，也可以實現(xiàn)接收任務(wù)、上報結(jié)果及門禁開啟等功能。

2.2.8交接班提示

基于實時工作記錄錄入、手機掃描交接班等，系統(tǒng)自動創(chuàng)建新工作記錄構(gòu)建交接班全過程閉環(huán)管理，從而讓數(shù)據(jù)完整沉淀、責(zé)任明確到人。同時，平臺能醒目顯示交接班時的未盡事宜或重要通知，以保障交接班時間安全運營。

2.2.9值班監(jiān)督

通過設(shè)置值班“打卡”功能，如通過每隔3min“打卡”與否判斷值班人員是否在崗，作為對值班人員的考核依據(jù)。同時，支持利用視頻監(jiān)察系統(tǒng)結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻分析技術(shù)，對于檢測到值班人員的離崗睡崗，系統(tǒng)將自動計入視頻監(jiān)察記錄中，包括離崗人員、離崗時間、睡崗人員、睡崗時間，都會進行詳細的記錄；并且視頻進行留痕保存，當(dāng)值班人員有疑義時可查看離崗、睡崗時的監(jiān)控錄像，進行視頻的調(diào)取和查看。

3 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

3.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，為建立可靠、安全、有效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率。

3.2平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、有效、有序的要求。

3.3平臺拓撲

3.4平臺子系統(tǒng)

3.4.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故及記錄等。

3.4.2環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

3.4.3電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預(yù)警。

3.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

3.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

4結(jié)束語

在充分利用基礎(chǔ)地理信息公共平臺、管廊BIM模型提供的各種服務(wù)的基礎(chǔ)上，采用先進的物聯(lián)網(wǎng)和智慧化手段，將管廊運營中的人員、設(shè)備、事件等要素與BIM模型和GIS三維空間模型進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，通過這2種模型搭建的數(shù)字孿生體對設(shè)備進行遠程控制。并對運維過程中采集的數(shù)據(jù)進行人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等分析比對，為綜合管廊的有效運營和安全運營保駕護航，提供理論依據(jù)和方案參考，實現(xiàn)智慧化、科學(xué)化、精細化、標準化的全生命周期運維管理。

參考文獻

[1]劉雅莉，孟曉強.城市地下城綜合管廊智慧化運營管理論述.

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