南京市江北新区综合管廊二期工程智慧化运营管理平台实施方案

叶铁

摘要：通过管廊智慧化运营管理系统（BIM+3S）获取、收集管廊内环境类参数（温湿度、氧含量、有毒气体、可燃气体浓度等）、介质类参数（水流量、用气量、用电量、水压、气压、电缆接头温度、积水坑液位等）等基础监测信息，加以智能化分析预控，实现对管廊、廊内附属设施（元件）、入廊管线高效精确的信息化管理、监控、监测、应急处置和防灾减灾功能，从而实现管廊资产的高效管理、入廊管线运营安全管理。

Abstract： Through the intelligent operation management system （BIM+3S） of the utility tunnel， to obtain and collect the environmental parameters（temperature and humidity， oxygen content， toxic gases， flammable gas concentration etc.）， medium parameters （water flow， gas， electricity， water gage， gas pressure， cable joint temperature， water pit level etc.） and other monitoring information， to make an intelligent analysis and control， and to realize the functions of high efficient and accurate information management， monitoring， surveying， emergency response， disaster prevention and mitigation to the pipe gallery， ancillary facilities （components）， the information management and gallery pipelines， so as to realize the efficient management of the assets of the corridor and the safety management of the pipeline operation.

關键词：智慧化；监控；监测；应急处置；防灾减灾；高效管理；安全管理

Key words： intelligent；monitoring；surveying；emergency response；disaster prevention and mitigation；efficient management；safety management

中图分类号：TU232 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）12-0079-05

0 引言

作为“十三五”规划，国家战略百大工程的地下城市综合管廊项目建设大幕已全面拉开。地下综合管廊被称为城市的“血管”和“神经”，将电力、通信、给水、燃气、垃圾真空管等多种管线集中设置在同一地下空间，是城市重要的基础设施，实现安全、高效运营管理地位举足轻重。

综合管廊智慧化建设贯穿于设计、施工、运营全生命周期。设计阶段：智能化设计理念纳入设计，时时接收设计图纸及BIM模型；施工阶段：BIM深度建模，在此基础建立GIS、GPS和RS模型；运营阶段：维护、运营BIM+3S系统并实现可视化安全高效运营管理。

1 工程概况

南京江北新区综合管廊二期工程，包含江北新区核心区及其周边地区的18条路段下的综合管廊以及已建江北新区综合管廊一期中的未完及需升级改建部分的投融资及建设，全长约53km，其中：干线综合管廊31.29km，支线综合管廊22.12km。建设的主要内容为：既有管线改迁、交通导改、土方开挖、地基处理及支护、盾构 （顶管）施作、管廊本体及排水、消防、通风、电气、监控（含监控中心）、道路及绿化恢复等工程。管廊容纳电力、通信、给水、中水、空调热力管、燃气、污水、雨水、真空垃圾管等管线，各道路下建设综合管廊根据管线种类布置管廊舱室，管廊舱室分为单舱、双舱、三舱和四舱。

2 项目各阶段实施方案

2.1 设计阶段

提供多方参与的云端协同管理平台；提供BIM+3S建模与交付标准；建立BIM+3S模型文件入库审批流程；根据展示需要，提前建立样板段BIM+3S模型；实时接收和管理设计院图纸和BIM模型。

2.1.1 模型管理

支持Tekla、Revit、ArchiCAD、Bentley等主流软件建模的BIM模型文件、GIS地理场景模型以及RS模型，具有强大的兼容性；支持批量导入模型文件；平台能够实现模型三维渲染；平台能实现构件属性编辑，支持用户对三维模型构件的属性进行编辑修改等操作；可实现批量导出构件清单、构件属性清单，并能够给出属性信息的统计分析；能够针对属性数据进行设备、材料数量统计分析。

①场地现状仿真。

操作方法：依据场地现状进行三维模型搭建，搭建周边环境、施工场地模型，对项目过程中的各个阶段进行模拟，为前期规划设计提供可视的数据支持。

应用效果：三维场地仿真更加清晰直观，塔吊等现场机械与实际尺寸按1：1仿真，直接显示实际的工作方式。

②管线搬迁管理。

操作方法：针对重要阶段施工期间的设备使用和空间占用情况，结合设计模型和场地现状模型，制定各阶段场地使用情况模型，最终生成管线搬迁与交通疏解计划书并形成最符合实际的设计方案。

应用效果：取代传统的平面图或效果图，形象地表现出管线布设及需要搬迁的位置，并模拟出方案，让业主及相关责任方能全方位地了解搬迁，方案，促进各方的顺畅沟通，大大地提高沟通和解决问题的效率。

2.1.2 三维漫游展示

基于BIM+3S数据库，实现管廊内部虚拟现实漫游和查询等功能；能够对漫游速度、旋转速度、爬升速度、俯仰速度和渲染阈值等进行设置；在能够在三维图形平台中通过自定义关键词快速检索构件并高亮显示构件；完成展示中心大屏幕和计算机系统建设，通过BIM+3S模型定位，可三维展示漫游点情况和信息；完成项目对外展示网站建设，基于BIM+3S数据库，实现项目总揽以及施工实施、监控和运维过程展示等功能。

2.1.3 用户权限管理

对系统用户以及对系统功能操作权限进行管理；各部门管理员录入部门人员信息，并设置可以使用的功能点，也可设置用户角色和组织；系统仅允许系统管理员对相关信息进行修改，且每次修改均由系统进行记录。

2.1.4 档案管理

平台支持搭建文件流转、文件审批流程，实现一体化办公，能对文件审批状态查询，具备来件提醒功能；能对规范、标准、图纸、方案、会议纪要等文件资料实现共享，可根据权限在系统上查看或下载文档资料，可将验收记录等文件关联到模型附件；通过建立文件与BIM+3S模型的网状关联关系，用户能够快速检索跟构件（设备）关联的文档，同时也能快速查找跟文档关联的构件（设备），提高BIM+3S模型和文件的应用价值。

2.1.5 辅助输出图纸

基于BIM模型的全专业的二维出图：在综合管廊项目全过程设计中，由于基础设施施工企业水平的差异，交付成果时将模型转换为传统的二维图纸仍是过渡期不可缺少的工作。

相较于传统的CAD出图，Bentley综合管廊出图不仅可以支持二维平、立、剖面展示，并配以3D模型清晰显示内部构造，对复杂节点施工具有积极的指导意义。一方面提高了出图质量，另一方面也提高了出图速度。（图1）

2.2 施工阶段

施工BIM+3S模型创建；BIM+3S动态施工管理；创建管廊BIM+3S应用技术标准、质量检验标准、成检表格。

2.2.1 施工BIM建模

管廊施工圖深度建模：施工场地模拟，交通疏散及管线迁改，施工方案模拟，三维技术交底，自动放样定位，模型维护更新。施工场地模拟：管廊周围环境、施工场地建模，明挖施工模拟，盾构施工模拟，机械碰撞模拟；交通疏散及管线迁改：基于BIM+3S模型，可视化模拟现状环境、道路及周边管线进行，预先观察到交通疏解、路面拆除、管线布置方案是否合理，同时保存方案数据，作为后续工作的依据；施工方案模拟：施工阶段WBS架构划分及模拟，挖掘机械与支撑系统空间位置，支撑系统与结构主体位置碰撞，结构钢筋之间位置碰撞，标准段与节点空间位置碰撞，交叉口空间位置碰撞，预埋件与管线和主体位置碰撞，管线与管线之间碰撞，盾构机与工作井空间位置碰撞；三维技术交底：基坑围护，地基处理，管廊标准段主体施工，管廊节点施工，管廊基坑回填施工，管廊管线入廊施工三维技术交底；自动放样定位：将施工BIM模型导入放样软件进行放样点创建，基于BIM+3S数据库，采用放样机器人，通过发射红外激光自动照准，实现自动放样；模型维护更新：在施工过程中全程跟踪项目，根据设计变更同步维护和更新模型，使模型始终与真实的建筑保持一致，并在施工完成后提交竣工模型。

2.2.2 GIS信息建模

创建二三维一体化GIS模型，提供地图显示和定位功能；提供专业GIS分析功能，包括距离量测、面积量测、空间查询、沉降分析和变形分析等；地图显示：包括矢量地图显示和卫星地图显示，真实展现工程涉及范围内的地形、地貌等特征；通过GPS和WIFI定位技术实现廊内廊外一体化定位。

2.2.3 RS信息建模

创建RS（遥感）模型，提供影像一张图和管廊周边环境变换信息提取；影像一张图：采用高分辨率光学卫星、遥感雷达生成的影像对管廊建设区域进行覆盖监测，为管廊施工规划和管理提供可视化的影像服务；通过监测管廊及周边的狭长地带，对环境变化及影响进行评估。

2.2.4 质量安全管理

安全标识标牌、现场防护措施和防护设备的模型创建，安全标识标牌模型创建，现场防护措施模型创建，现场防护设备模型创建；系统支持现场管理人员进行“按图钉”操作，在三维模型中快速标记有质量问题、安全隐患的构件，用于记录巡检过程中发现的施工质量问题、安全隐患问题；允许用户在移动端上拍摄现场问题照片，并能够保存、上传与三维模型链接相关的照片，添加质量问题的文字描述；平台能够按周、月、季度导出施工质量统计表，作为后续考核的指标。

①碰撞检查。

操作方法：把建好的各个模型在碰撞检查软件中检查软硬碰撞，并出具碰撞报告。

应用效果：能够消除软、硬碰撞，优化工程设计，避免在施工阶段可能发生的错误损失和返工的可能；能优化管线排布方案（包括临设的管线布置方案）。

1）通过数据直接输出碰撞结果，包括专业、数量、以及位置。在管廊出入孔布线的应用不管是在设计还是施工阶段应用效果都非常突出。（图2）。

2）通过对各区域的空间碰撞检讨，优化空间利用率，以及保证施工空间。（图3）

2.2.5 进度管理

将BIM模型与进度计划数据相关联，在平台中显示 3D 模型的动态变化，对工程进度进行模拟、分析和管理。

操作方法：根据三维按WBS架构细分的模型，把工程量清单编码规划导入模型构件中，实现计量计价的实时提取。

应用效果：能够快速、准确地进行月度产值审核，实现过程三算对比，对进度款的拨付做到游刃有余；工程造价管理人员可及时、准确地筛选和调用工程基础数据。（图4）

2.2.6 成本管理

将BIM模型与进度计划数据、价格数据相关联，对每个月、每一周所需的项目成本进行模拟、分析和管理；可快速预测按照当前进度计划安排和价格在整个项目周期内的投资情况（包括计划投资、实际投资、累积投资等），分析阶段和整体投资分布，合理安排资金，降低工程成本。

2.2.7 资源管理

平台可实现对设备材料到货计划管理，设备详细参数信息管理，设备材料状态管理和库存预警；BIM模型中构件二维码的编码规则；平台基于BIM系统提供二维码制作，通过于统一编码规则打印并生成构件二维码图片，实现可追溯管理。

2.3 运营阶段

实现数据化：管廊管线、设施设备、运营维护；智能化：实时监测、视频监控、设备控制。

为实现运营阶段的数据化、智能化，平台分四层架构设计：

数据采集与设备控制层：采集感知传感器实时数据、设备状态信息、视频信息，同时智能设备执行远端平台控制命令；

传输层：在管廊空间部署有线无线一体化组网，将智能网关采集的信息，上传到平台层；

平台层即云平台：数据由云平台处理与分析，包含BIM模型、GIS地图、GPS定位、RS遥感等功能组件；

应用层：部署全景展示、实时监测、设备控制、报警应急、指挥调度、移动巡检、统计分析等应用，满足实际场景需求。

智慧管廊综合管理平台的总体架构图（图5）。

2.3.1 GIS展示

展示管廊全貌、定位管廊信息、沉降监测分析（图6）。

遥感影像展示、周边环境监测（图7）。

2.3.2 BIM展示

基于BIM数据库，展现管廊、管线模型（图8）。

虚拟管廊：身临其境地体验管廊效果和细节（图9）。

通过设施设备BIM模型，查看设备信息、状态（图10）。

2.3.3 综合监控

通过在综合管廊中设置各种传感器，进行多传感器融合集成监测，确保管廊运行安全（图11）。

远程控制灯光、门禁、风机、水泵等（图12）。

通过有线和无线组网方式，在管廊内部、外部、出入口等关键区域部署视频监控系统（图13）。

2.3.4 报警应急

当监测数据超过阈值，系统报警，并将信息推送到负责人，启动应急预案，运营维护人员通过GIS定位，确定附近摄像头，远程查看报警现场（图14）。

2.3.5 设备管理

有序管理空间信息、管线信息、设施设备信息（图15）。

2.3.6 运维管理

对设施设备全生命周期进行有效管理（图16）。

2.3.7 统计分析

将监测信息、基础信息、报警信息、维保信息等，进行统一的分析处理，支撑管理决策（图17）。

2.3.8 移动巡检APP

现场照片、图像现集，自动上传服务器；

语音视频、无线对讲，巡检签到；

报警位置导航、巡检路径后台同步（图18）。

3 总结

2016年10月，南京市江北新区综合管廊二期工程动土开工，智慧管廊建设同步开始。53公里大断面地下综合管廊在全国属大体量建设规模，故实现南京智慧管廊高效安全运营显得无比重要。通过三个月的努力，在上级单位与合作单位的指导帮助下，BIM+3S综合管理平台实施方案已顺利完成并得到相关部门认可。在实施过程中不可避免地会进一步修改、完善。目前，全国管廊大规模建设帷幕已经拉开，为能给建设智慧管廊摸索中的人们提供一点微不足道思路，特把南京市江北新区综合管廊二期工程智慧化管理平台实施方案呈献给读者。

参考文献：

[1]程善峰.管理之真谛——智慧化管理[J].江苏教育，2006（05）.

[2]徐晓婷.制造企业智慧化建设问题研究[D].辽宁师范大学，2015.

[3]郑丰收，陶为翔，潘良波，孙柏.城市地下管线智慧化管理平台建设研究[J].地下空間与工程学报，2015（S2）.