城市地下综合管廊智慧运维管理研究与应用

张兴晔 中通服咨询设计研究院有限公司

随着相关政策的持续支持和资金投入的不断增加,全国各地综合管廊的建设工作正在积极开展,但是针对综合管廊运维管理的研究相对较少,也并未形成一套完整、成熟的技术体系。因此,本文结合某综合管廊工程实际,采取“BIM+GIS”及物联网、云计算等技术,进行综合管廊的智慧运维管理探索。

1.关键技术研究

1.1 BIM与3DGIS融合技术

实现BIM和3DGIS的融合,关键是建立两者之间的数据交互接口。IFC(Industry Foundation Classes)标准是IAI(International Alliance of Interoperability)组织制定的建筑工程数据交换标准,是目前BIM普遍使用的一种格式,能够实现建筑模型不同专业、不同设计软件间的信息交互共享。

CityGML(City Geography Markup Language)是实现三维城市模型信息共享和可视化的国际标准,定义了城市空间对象的三维几何、拓扑、语义信息。将IFC和CityGML分别作为BIM和3DGIS领域的数据模型标准,通过数据解析,语义映射,实现两者之间的数据转换。

1.2 云计算平台的搭建

云计算平台包括数据储存中心和数据服务中心两大部分,以提供综合管廊运维数据的统一储存、管理、分析和提取。数据储存中心主要将综合管廊的地理信息数据、模型数据、监测数据、事件处理数据等集中在云平台,形成一个数据仓库,为各应用服务子系统提供数据基础,并进行数据的分析、计算。数据储存中心采用NF5280M4系列高性能服务器作为硬件基础。数据服务中心是综合管廊智慧运维管理各子系统功能的实现,并提供基于移动终端的服务应用。

1.3 面向服务的系统架构设计

BIM和GIS的WebService都是基于WSDL的服务发布方式进行发布,这些服务以消息传递作为其通信方法和使用服务描述来保持松散耦合。SOA是以服务流程为中心的体系结构,其中每个流程可以划分成如干个小步骤。SOA体系结构主要由服务请求者、服务提供者、服务代理者三者组成,其中服务代理可以根据具体的业务分为若干个类型的服务。在此基础上,设计综合管廊智慧运维管理的系统架构,主要包括基础设施层、感知层、数据层、应用层、用户层以及展现层。

2.智慧运维管理平台建设

2.1 地理信息系统

通过GIS和BIM相结合,实现二三维联动,对综合管廊地上、地下模型进行漫游、缩放、属性查看、高程测量、距离测量、面积测量等。同时,提供鹰眼视图、地图书签等视图控制,方便管廊运维人员快速掌握管廊相关信息。用户可按预设路线进行场景飞行,也可以自定义地上、地下飞行路线,利用场景飞行功能,不但能及时了解综合管廊相关信息,还可进行逃生路线、管廊巡检路线的规划及自动导航等。

2.2 基础数据管理

基础数据管理主要实现组织机构和人员的统一管理,将综合管廊工程的组织架构、任命情况、人员档案、上岗资质、联系方式等进行统一储存和查询。综合管廊工程资料的统一管理,支持word、pdf、图形图像等文档的存储。通过统一的平台将各类资料集成管理,避免信息的丢失。

2.3 综合信息查询

将所有设备、工程数据与BIM模型建立关联关系,通过BIM模型获取与设备有关的设计、施工、安装调试、设备编码以及设备参数等所有信息。实现综合管廊运行、检修、设备更新改造信息的实时动态录入,新旧数据结合,形成综合管廊工程数据中心,并支持数据的综合查询调取。

2.4 辅助决策

辅助决策子系统主要是通过各系统采集的数据经过数据中心进行筛选、处理及分析,实现各系统自动控制及系统间联动。通过各类数据,为各级各类监控人员、管理人员提供入廊分析、净距分析、管网分析、周边环境分析等决策支持。

2.5 指挥调度

指挥调度子系统实现了应急预案、人员物资调度、预警预报三大功能。

(1)应急预案：在GIS地图上查询出危险点,查看邻近的工作人员的分布情况与人员组成,提供物资调运、队伍投入最优方案；调度历史事件管理,实现对运行调度日志的维护和管理；同时,跟踪各操作员的各项操作的详细过程,提高灾情预判能力,避免和减少了突发事件曹成的人员伤亡和危害。

(2)人员物资调度：实现了对应急物资的管理及人员的组织,应急物资管理可帮助用户及时掌握防汛物资的储备结构和储存情况、各类应急物资的应用方法以及组织运输供应等。

(3)预警预报：实现了对综合管廊的运行全过程监测,同时,实现灾情及时预警、报警、处理及疏散,同时通过通信系统,及时通知综合管廊内的工作人员,迅速撤离现场,保证工作人员的人身安全。

2.6 实时监控

实时监控模块是将监控系统中的数据进行分析、处理、可视化展示,包括环境监控、设备监控、火灾报警、基本保障四个部分。环境监控主要是对温湿度、水位、氧气浓度、有害气体、烟雾的统计分析；设备监控包括供电数据、供暖数据、供水数据的监测分析；火灾报警是对综合管廊内的火灾进行及时预警,并启动应急处理；基本保障包括对通风系统、排水系统、照明配电系统、通讯系统的监控,保证其正常运行。

2.7 设备管理

设备管理子系统有效提高了综合管廊内设备的管理效率和精准性,包括设备台账、维修台账两大功能。其中,设备台账是对管廊内设备名称、型号规格、购入日期、使用年限、折旧年限、资产编号、使用部门、使用状况,设备的更新和盘点,设备的运行状态统计等信息的统一管理。维修台账包括维修设备名称、编号、使用部门、故障原因、处理方法、更换的备件名称、维修人员信息等。

结语：综合运用GIS、BIM、物联网、大数据、云计算等技术,构建了综合管廊智慧运维管理系统,实现了综合管廊的实时化监测、科学化决策、智能化预警、一体化应急管理、精细化设备资产管理等综合管控,解决了综合管廊运营维护中的技术难题,促进了综合管廊的创新管理，有效地减少了安全隐患,确保综合管廊的安全、高效运行。