综合管廊智能运维关键技术研究及应用

曹蕊 台启民 史金栋 赵欣 肖燃

摘 要：城市综合管廊运维的智能管理着眼于安全和高效两个目的。随着城市综合管廊建设规模扩大及智能运维需求的增长，已有的管理手段不能满足安全高效运维的需求。本文以BIM和GIS技术为基础，从技术和平台的的角度，为综合管廊运维的可视化、智能管理进行探讨和研究，促进城市综合管廊安全运行，提高运行效率。

关键词：综合管廊；智能运维；BIM；GIS；可视化

中图分类号：TU990.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）22-0042-02

1 引言

综合管廊将成为我国城市重要基础设施和服务设施的运行平台，其运维管理对于保证“城市生命线”系统安全，实现城市精细化管理与应急保障，将起到至关重要的作用。国务院办公厅《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见（国办发〔2015〕61号）》中指出，在满足基本公共服务功能的前提下，应切实提高综合管廊的管理水平。综合管廊的智能运维也已成为智慧城市建设及体现的关键一环。

2 综合管廊智能运维关键技术

2.1 综合管廊动态监控及故障处置可视化技术

对于综合管廊而言，GIS系统内的信息主要包括络综合管廊、管线、道路和相关建筑物等的宏观信息；BIM中信息主要包括管廊内结构、设备、管线等的微观信息，如设备的状态参数、维护维修记录等；物联网中的信息主要包括管廊环境信息及管线监控信息，如廊内环境温度、视屏监控信息等。将三者信息进行集成将能够建立一个完备的综合管廊运维信息系统，以实现监控信息三维可视化，为城市地下综合管廊不同管理层级的运行维护提供数据支撑。融合BIM及GIS技术，集成综合管廊内消防、通风、视频监控、有害气体监测、井盖监控、管线监测等系统，实现综合管廊环境、结构、管线、设备实时监测信息、控制信息、故障信息的三维直观显示，攻克综合管廊故障处置策略自动匹配技术，实现综合管廊状态监测、故障报警、辅助策略生成及故障处置全过程的可视化指挥，缩短了故障诊断及处置的时间，提升了综合管廊应急处置能力。

2.2 综合管廊智能运维调度优化

未来的管廊将实现城市一体化管理，管廊出现异常报警后，抢险修复实施过程中的核心问题在于资源的优化配置。由此，如何合理配置和使用这些资源以取得最佳的效果，以提高城市管廊运营的效率与降低抢险成本，是管廊运营抢险决策中面临的重要问题。其本质是工程中最优化问题，该问题的一般提法是要选择一组参数（变量），在满足一系列有关的限制条件（约束）下，使设计指标（目标）达到最优值。最优化问题的求解一般可以分为两个步骤：（1）求解一个函数中，使得函数值最小的自变量取值的函数优化问题和（2）在一个解空间里面，寻找最优解，使目标函数值最小的组合优化问题。该技术研究与应用实现管廊运营单位与管线单位的数据协同交互，常态下进行正常运维；非常态下，如预测到较严重或突发事件时，政府可及时介入协调解决。在日常的运维中，综合管廊的人员調度需考虑成本效益，根据动态规划算法的分析结果，科学合理的设置检修人员的数量及检修的频次等；在非常态即应急状态下，需以安全为第一要务，可以通过建立目标函数与约束条件，最终形成最优化模型，尽量降低经济损失，以达到提高管廊全网运维工作效率的目的。

2.3 综合管廊融合通信技术

保障入廊人员安全是综合管廊日常运营管理中的重要工作之一。由于管廊中通信信号微弱，按照管廊建设规范，在管廊内每隔100米设置的一个固定语音通信设备，使用不便利，一起是在应急情况下问题更严重。应用WiFi构建的数据网进行无线通信的技术，解决廊内有线通信不便利的问题，同时利用了廊内数据无线网络设备，降低建设成本，并将固定语音通信、无线通信、广播应用进行融合通信，同时室内外定位技术，结合巡检APP应用，满足廊内人员的通信、巡检、定位等业务需要，夯实综合管廊智能化运维的硬件技术基础。

3 综合管廊智能运维平台设计

3.1 综合管廊智能运维平台的功能

平台需满足综合管廊智能运维的不同功能需求，总体而言，主要包括基于BIS+GIS的三维可视化监控、运维人员的调度指挥、应急处置、运维数据分析和智能决策等。根据综合管廊的运维需求，智能运维平台还应包含入廊管线审批、标准作业流程编制及绩效考核等扩展功能，以支撑平台的良好运行。通过搭建智能运维平台，实现综合管廊运维指令上传下达的通畅、日常调度管理的经济高效、运维数据统计分析及时以及监控可视。综合管廊智能运维扩展功能框架图如图1所示。

3.2 综合管廊智能运维平台的总体架构

结合综合管廊的自身特点，按照综合管廊的数据从来源到应用的周期过程，采用“综合管廊智能运维平台五层架构”模式进行设计和规划（图2所示）。各层的主要部署如下：

（1）数据源。本层主要部署基于物联网的介入设备，如环境和监测设备、安防设备、采集的日常运维、廊体及环境的监测等数据；同时预留BIM、GIS等数据接口，以及气象、地震等外部部门的数据。（2）数据采集层。本层数据采集服务端基于实时定位与制图（SLAM）的城市地下空间三维数据采集技术将结合结合激光扫描技术与移动测量技术的优势，形成一项全新的三维移动测量技术。该技术实现在没有GPS和复杂惯性导航系统的环境下，仅依靠技术设备自身配置的简单惯性测量装置，实现城市综合管道数据的快速、便捷、低成本的采集。（3）数据存储层。本层将大数据平台分为三大数据库，分别为监测管廊与各管线风险的实时数据库、可视化监测与展示的BIM与GIS信息库和存储常规运营资料的运维管理数据库。（4）数据计算层。本层采取分布式计算的方式对数据进行整合与分析，分布式计算将该应用分解成许多小的部分，分配给多台计算机进行处理。这样可以节约整体计算时间，大大提高计算效率。（5）数据应用层。本层将经平台计算后的数据应用到各个业务当中，包括系统管理、综合监控、应急管理、日常管理、资产管理、决策与分析、模型管理与移动APP等。

4 结语

本文主要分析了城市综合管廊智能运维的国内外现状及存在的问题，梳理了城市综合管廊的未来发展方向，提出基于BIM和GIS可视化的职能运维基础及需要解决的关键技术，并在此基础上设计了平台架构，为今后城市综合管廊智能运维的研究和应用抛砖引玉，提供一定的借鉴和参考。

参考文献

[1]《国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见（国办发〔2015〕61号）》.中华人民共和国中央人民政府，http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-08/10/content_10063.htm，2015-08-10.

[2]郑立宁，罗春燕，王建.综合管廊智能化运维管理技术综述[J].地下空间与工程学报，2017，13（S1）：1-10.

[3]周果林，胡伟，熊剑.基于BIM+GIS的城市地下综合管廊运维管理平台架构研究与应用[J].智能建筑与智慧城市，2018，（1）：64-68.