综合管廊运维管理信息化系统建设过程中结合BIM的建议

孔令超,　姬卫东,　郭亨波

[1.上海博坤信息技术有限公司, 上海　200032;2.上海电器科学研究所(集团)有限公司, 上海　200063]

0　引　言

当前,综合管廊的建设工作在各地展开,已有多地完成建设施工而转入运维阶段,更多地方则正在进行建设施工,同时筹备用于监控报警和管理运维业务的信息化系统建设工作。信息化已不仅是对传统纸质管理模式的简单替代,而是向着体系化、人性化、智慧化的方向发展。然而,综合管廊行业依然面临一系列问题:如何在移交运营之初建立起一个数据齐备、功能完善的管理系统,如何将信息化管理与现实世界进行对应管理,以何种方式对纷繁的动静态信息进行收集承载、聚合索引并直观呈现等[1-3]。

本文针对管廊运维阶段的各方需求,基于BIM管理理念和信息支撑能力,对此展开研究。

1　综合管廊运维信息化建设目标与现状

综合管廊信息化建设的指导纲要是住建部、国家质监总局联合发布的《城镇综合管廊监控与报警系统工程技术规范》,在此之上,各地也结合自身需求,筹划建设更为智慧化的、融合监控报警和运维业务的统一管理平台。虽然各地在实现上会各有不同,但整体目标中有如下共通点:

(1) 信息化系统围绕保障运作安全、提升管理效率来规划和设计,在传统监控报警系统的基础上结合各项技术实现智慧化的监控和管理。

(2) 通过融合监控报警、安全防范、会商指挥调度等子系统,结合室内定位、移动网络、电视墙等技术和设施,实现管理链路的全贯通,提升管理效率和应对的及时有效性。

(3) 结合GIS/BIM,通过三维可视化技术,实现直观信息展示。

(4) 应用移动互联网、物联网、云服务、大数据、人工智能等一系列新技术概念。

综合管廊运维的信息化建设周期长,涉及多专业、涵盖多领域的系统工程,虽然各地综合管廊在开始都以“高起点规划、高标准建设”的指导方针建设,但是当综合管廊设计施工工作进入尾声开始转入运维阶段时,仍会发现在管理信息化方面存在如下问题:

(1) 综合管廊缺乏成熟的运维管理经验,而新制定的运维管理规范不够明确,虽有规范指导,但落实到应用层面仍显不足,需求的不明导致在信息化建设方向上的不明确。

(2) 在综合管廊的设计和建设过程中虽然有应用BIM技术,但是对BIM的理念精髓把握不够准确,更多地把BIM技术当作三维展示的工具,全生命周期管理的制度化建设明显不足。

(3) 综合管廊的运维信息化系统建设是一个系统工程,前期规划缺失或准备工作不到位,导致在运维阶段无法达到设想的效果。

(4) 信息分散,缺乏一条主线将各类纷繁的数据进行整合索引。

(5) 新技术应用空泛,隔离网络中无法体现云计算价值,大数据技术应用不够深入,对人工智能技术的理解还停留在巡检机器人的阶段,没有有效利用各项信息化技术。

2　基于BIM的综合管廊运维信息化体系

结合综合管廊信息化系统的整体建设目标和当前普遍存在的问题分析,可以发现这些问题都是需要建立相关的制度化规范体系和规划相应的应用体系来解决[4-5]。

2.1　BIM全生命周期管理体系

全生命周期管理是BIM的一个核心理念,在管廊的规划设计和建设施工阶段贯彻此理念,除能保证管廊本体建设的顺利进行,对后续管廊运维阶段的数据积累、体系建设都大有益处。在管廊的设计建造阶段可以进行以下方面的机制建设。

(1) BIM建模标准的制定,综合管廊的BIM建模标准将约束模型的颗粒度、模型属性的完备度,而这些也决定后续运维阶段可用数据的范围和精细度,一般需要在设计阶段和机电招标阶段对设计单位和机电供应商提出要求。

(2) BIM与资产清册的对应及统一,通过BIM的集成交付来实现资产清册的交付是理想方式,但是在实践中很难实现,在此条件下必须实现BIM与资产清册的对应及统一,来实现后续运维过程中的资产管理。

(3) 约束和规范BIM与综合监控报警系统的对应,BIM与综合监控报警系统的融合是智慧运维管理平台的一个核心功能,因而将BIM中的设施设备与监控系统的点位进行对应也是重要工作,此项工作的建立将大幅提升后续管廊运维管理信息的信息融合度。

(4) 确立BIM更新机制,在管廊投入运营中随着管线入廊、内部调整、改扩建等,管廊本身会发生各种变化,这些变化要持续体现在运维系统中,需要一个长效机制来保障BIM的及时性、准确性。

2.2　多源异构信息整合索引数据体系

在综合管廊的运维过程中,需要纳入管理或在管廊运维过程中会涉及到各方面的信息源,而这些数据自身的形式多种多样。在面向多源异构信息源构建数据整合索引体系时,将数据分为三类不同方式:

(1) 时序数据,即实时数据,包括环境监测数据、管线监测数据、结构检测数据等时间序列数据,宜采用时序数据库存储。

(2) 结构化数据,包括静态属性信息、业务数据等,宜采用关系型数据库,如Oracle、MySQL、PostgresQL等存储。

(3) 非结构化数据及元数据键值对,包括大量的视频影像、文档文件等,此类数据宜采用MongoDB GridFS和 Hbase混合方式实现。

多源异构信息源的数据整合索引体系如图1所示。

在数据体系的建设中,GIS/BIM既是承继管廊规划设计和建设施工阶段信息、整合索引多源数据的线索,同时又是信息展示、数据表达的重要载体。采用GIS来实现城市地下综合管廊的空间数据、属性数据和拓扑关系的一体化管理,不仅会使城市综合管廊管理工作量大大减少,还可以为大数据的应用提供预留,为综合管廊的规划和建设提供科学的决策支持。

图1　多源异构信息源的数据整合索引体系

2.3　高扩展性高伸缩性系统架构体系

管廊信息化系统根据管廊管理的需要,建议采用数据与应用大集中的架构方式,即平台主要的数据存储和应用系统集中放置于一处,采用成熟先进的基础软件系统和设计模式,满足各项应用及性能指标要求。

综合管廊智慧运维管理平台建立在各常规监控子系统之上,平台汇集大量的实时传感器信息后可结合规则进行实时数据分析,及时准确发现隐患及突发意外,并警示应对。将物联网与BIM技术整合,再结合平台知识共享、协同工作功能,实现管廊的可视化动态管理。

综合管廊智慧运维管理平台系统架构如图2所示。

图2　综合管廊智慧运维管理平台系统架构

在技术层面,系统采用面向服务的架构(SOA)方式,可以把业务与技术分离,实现软件资源的共享与重用、随需求扩展系统。

2.4　多部门多终端应用体系

在综合管廊的运维管理工作中涉及到不同部门不同岗位,这些部门和岗位因其自身职责的不同,对信息化系统也有多样的诉求。

(1) 政府管理部门:对管廊运营进行行业指导和监管,协调管廊运营企业和管线权属单位之间的工作。

(2) 管廊运营企业:负责管廊运营具体实务,对管廊运营的各类业务进行连续性规划,向政府管理部门上报各类信息;一线工作人员则需采集管廊运行的各类数据,对各类事件进行现场处置。

(3) 管线权属单位:本专业地下管线的管理责任主体,自有管线入廊计划编制及工程实施,负责自有管线的设施维护及日常管理。

这些岗位分布在不同的机构部门中,而且工作场合也不尽相同,因而有必要设计多种终端形式(面向控制中心的监控大屏,面向各类人员的Web客户端,面向现场工作人员的移动客户端,面向管理人员和外部人员的微信服务号,面向外部系统的数据接口)针对性地提供信息服务,支持业务开展。

3　建设内容及实施路径

基于BIM技术的综合管廊智慧运维管理平台将构建由多个部分构成的信息化体系,这需要在管廊的规划和建设阶段进行整体方案的设计,在机电安装时做好充分的准备和技术预留,并在运维阶段的应用中持续演进。在实践中,建设内容应包含以下方面。

(1) 建立综合管廊运营管理的一系列标准规范,以此指导和约束后续工作,包括用以构建系统BIM基础的BIM建模标准及BIM信息收集管理标准。

(2) 建立实用、先进的机房及控制中心。

(3) 建立安全、稳定的网络环境,包括廊内无线覆盖。

(4) 建立监控数据收集机制。

(5) 建立共享数据库。

(6) 建立面向服务的软件架构。

(7) 建立稳定、高效的组件服务。

(8) 在以上标准、原则、架构的基础上建设系统功能:管廊本体及入廊管线综合监控集成;资产及物资管理;管廊日常运维工作管理;管廊入廊及费用核算;应急预案及事件处置;综合统计分析;其他辅助功能。

(9) 面向不同参与角色的应用终端。

(10) 建立完善的安全保障机制。

(11) 长效的平台维护管理机制。

在实施路径上应通过标准先行的方式,以标准约束各项工作,保障信息化建设的各底层结构的完善建立,在建成综合管廊智慧运维管理平台后,更应以标准监管督促各项工作,体现信息化建设的应用价值,为平台提供准确及时的信息反馈,进而形成良性循环。

4　结　语

为解决管廊运维信息化建设中遇到的几个普遍问题,提出基于BIM全生命周期管理理念,在规划设计和施工建设阶段开始为运维阶段的信息化建设预设铺垫,开展各项前期工作,为管廊运维交付时同步提供信息化管理工具准备相关资源,避免运维初期的管理空窗,保障管廊运维安全,提升地下综合管廊的管理效率,并设立长效机制,保障管廊运维信息化工作的延续性。