城市综合管廊智慧化监控与运维管理系统

文/朱振华

综合管廊是在城市地下建造一个市政共用隧道，将电力、通信，燃气、供水等多种市政管线集中于一体，设有专门的检修口、吊装口和监控系统，实行“统一规划、统一建设、统一管理”，以做到地下空间的综合利用和资源的共享，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。

综合管廊监控与运维管理系统用于对管廊内部环境、附属机电设施、入廊专业管线、巡检维护人员进行全方位在线监控，保障管廊内环境、设备、人员安全，同时为管廊日常管理、巡检维护和应急指挥提供稳定、智能、高效的一体化管控平台，实现综合管廊“管、控、营”的自动化和智能化，是城市综合管廊的大脑和灵魂。

1 综合管廊监控与运维管理系统总体需求

参照《城镇综合管廊监控与报警系统工程技术规范》的相关规定及要求，从建设者和运维管理者的角度，综合剖析归纳综合管廊监控与运维管理系统总体上应满足以下四个方面的需求：

1.1 管廊环境与设备监控需求

城市综合管廊属于半封闭的地下空间，内部不但设置了各类机电设备，而且承载了各类市政专业管线，内部环境较为恶劣。实现对廊内实时环境信息、机电设备运行状态及参数等全方位在线监控，保障管廊本体和入廊管线的正常、安全、稳定运行，同时为入廊作业的工作人员提供一个安全、舒适的工作环境是对管廊监控与运维管理系统的最基本要求。

1.2 入廊作业人员监控管理需求

图1：综合管廊智慧化监控与运维管理系统架构图

综合管廊内定期会有工作人员对管廊本体进行巡检维护，不定期有入廊管线公司安装维修人员进入管廊对专业管线进行维护检修，由于综合管廊长度较长，人员巡检内容多且时间长，因此实现与入廊作业人员的实时通信、对其进行实时定位追踪也是对综合管廊监控与运维管理系统的基本要求。

1.3 日常运维管理需求

从管廊的全寿命周期来看, 运维管理需要的时间多数超过90%。日常管理方面系统首先应满足信息查询、故障告警、资产与设备台账管理、人员值班交班计划安排及管理、报表生成及打印、权限管理、系统维护和诊断等基本管理需求；在满足基本管理需求基础上还应具备综合集成管理能力，实现环境与设备监控系统，安全防范系统，语音通信系统，智能机器人巡检系统，火灾报警系统等所有现场监控子系统的数据融合、分析、处理。运维方面应满足巡检计划、保养计划、维修计划编制，巡检维护工单生成、自动派发、结果追溯，运维巡检情况统计分析与报表等。

1.4 应急处理需求

综合管廊是各类管线的公共环境，要考虑到单种管线在综合管廊发生事故的可能性，如水管爆裂、电缆起火等。因此综合管廊监控与运维管理系统应具备应急处理功能和流程，当廊体或管线发生事故时时能及时发现事故、定位事故、评估事故影响范围并按照既定的应急联动（联锁）控制策略，控制相关机电设备动作，有效保护廊体其他部分或其他运行管线不受影响。

2 综合管廊智慧化监控与运维管理系统总体架构

综合管廊智慧化监控与运维管理系统以物联网技术为骨架、以BIM+GIS 技术为核心、以资源池为作为数据仓库进行构建，从下至上依次分为数据层、平台层和应用层。系统总体架构如图1所示。

数据层：主要负责综合管廊空间数据、实时监测数据和业务属性数据的存储，包括监测监控实时和历史数据库、空间数据库、三维模型库、视频数据库、专业管线数据库、管廊附属设施数据库、管廊运维库等。

平台层：作为中间层，从数据层提取数据进行分析、加工、融合为应用层提供所需的各种功能服务，包括应用集成、实时消息推送、移动互联网、视频监控、BIM 建模、GIS 地理信息、VR/AR 等。

应用层：为管廊建设和管理用户提供智慧化监控预警、运维管理、应急处置、运营管理、数据分析辅助决策等全方位的应用界面与工具。

3 综合管廊智慧化监控与运维管理系统主要功能分析

3.1 三维可视化监控运维

通过应用BIM+GIS 技术，实现综合管廊“一张图”三维可视化全局监控运维模式。BIM 具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点。把管廊中的管线、基础配套设施的物理参数、位置参数、功能参数等进行编码存储于统一的模型中, 进而实现设计、施工、管理一体化, 满足第三方管理者在三维环境下对管廊进行可视化监控管理。另外，将BIM 应用于综合管廊的后期运营管理中, 可以使设计、建设、运维管理形成统一的BIM 信息模型整体, 前期的设计、施工等基础设施数据将会为后期的运维工作提供有力的支持。

3.2 数字化与虚拟化运维

将日常巡检，运维保养，入廊作业，应急抢险等作业流程进行数字化流转和控制，通过平台实现计划，审核，派单，执行，归档等全数字化运维管理。通过采用将VR/AR 技术与BIM 相结合的方式，建立城市综合管廊完整的3D 可视化场景，对于管廊运营单位来说，无需人员进入管廊内部，就可以实现管廊虚拟漫游、人员培训、维修指导、隐蔽工程查看等，在达到与现场操作同样的效果的同时大幅提升巡检效率并有效降低运维成本。

3.3 应急指挥救援

建立完善的应急指挥救援体系，通过将现场监控子系统集成到统一平台，实现跨系统的联动控制机制，并结合BIM/GIS技术的应用，快速定位应急事件发生位置，实现应急事件分析、应急处理全过程的智能化分析和可视化操控。

3.4 数据分析与辅助决策

以管廊日常监控和运维过程中产生的海量数据为基础，进行大数据深入分析与挖掘，提取有用的信息（例如故障提前预警等），为管廊安全、经济、高效运营提供有价值的决策建议。

4 结语

围绕城市综合管廊监控与运维管理系统的定位和功能需求，通过并强化BIM+GIS、AR/VR、大数据等先进技术在综合管廊日常监控与运维管理过程中的应用，并关联管廊规划、设计、施工和运维管理全生命周期各阶段，着力解决当前管廊建设、日常监控及运维管理过程中的痛点，是打造智慧管廊、安全管廊、绿色管廊的有效途径。