基于“互联网+”的首都机场管网系统介绍

□ 北京首都国际机场股份有限公司信息科技部 王瀚林 张玄弋 任高翔 北京首都机场动力能源有限公司 林陈子/文

在我国进入“互联网+”的新时代背景下，伴随着各类技术的发展，产业信息化已经成为大势所趋，对于本来数字化程度一直处于较低水平的地下管网系统更是一次革命，2017年10月，十九大提出建设“智慧社会，交通强国”的发展理念，首都机场作为国内尤为重要的交通枢纽，地下布置的管网更是机场的生命线，因此，首都机场为响应国家号召，保证服务质量，提高地下管网维护及管理效率，采用了新型智慧管网管理模式，本文先介绍了智慧管网的概念，然后介绍了首都机场智慧管网的组成架构及采用的技术，又详细说明了其主要的功能模块，最后对此系统在机场中的应用作出展望。

智慧管网是以基础管线设施为基础，再以当今信息技术为辅助和支撑，应用了GIS（地理信息系统），BIM（建筑信息模型技术），SCADA(数据采集与监视控制系统)以及大数据等技术手段，赋予管网“智慧”，使管网能够自动发现问题、安全预警、排除隐患、辅助决策等功能。智慧管网是我国智慧城市中的重要组成部分，也是我国“互联网+”战略中一大应用。

首都机场作为中国最繁忙、位置最重要的机场，地下布置着超过10余种管线资源，机场的一切活动都离不开这些生命线。但随着多次大规模扩建，地下管网范围越来越广，管线种类越来越多，管理难度逐渐提高。因此，为保证服务质量，提高管网管理及维护效率，保障机场一切活动顺利进行，首都机场对机场地下管网实现了智慧化管理，建立了智慧管网系统。本文在介绍智慧管网的概念后，详细论述了首都机场的智慧管网系统。

智慧管网的概念与发展

（一）智慧管网的概念

智慧管网，即管网智能监控系统。智慧管网的概念是基于智慧城市的基础上提出的，是智慧城市体系中的一个重要分支，其自身也可以独自成为一个完整的管理系统。首都机场智慧管网系统主要针对供水排水管线、燃气管线实现实时监测，利用网络架构使工作人员能够实现远程实时监测，并能实施远程开启或关闭紧急设备等关键操作。其理想的目标是可靠的无人值守、远程遥控以及动态监视，并通过统计、分析和预警，在需要时能够应急处置并联动。

（二）智慧管网的优势

传统管网系统由于管线种类繁多，且每个类别的管线都由其主管单位自己负责，在施工方面上缺乏统一的规划和布局，在管理方面，由于各单位各自为政，在管理管网时存在信息孤岛，很难顾全整个管网的布局。在数据方面，我国管网系统数字化程度较低，数据不足，且信息往往都是落后于现状，不能实时的更新数据。在维护方面，大多依靠人工来完成检测和修复，并且由于各部门缺乏相应的沟通机制，数据之间不及时共享，一旦管网系统出现问题将会给协同作业带来很大的阻碍。

相比传统管网的种种缺点，智慧管网系统与监控系统和物联网系统无缝集成，能够随时掌握各类监测数据及其报警状态，解决信息孤岛问题，实现各业务系统功能和相关数据共享，并且能够对数据进行加工处理，挖掘分析出有用的信息，为管网改造、优化调度、故障预警等提供辅助决策信息。

首都机场智慧管网主要架构

首都机场智慧型地下管网系统构建以物联、感知、智能为主题，主要分为四个层面，见图1所示。决策层由机场管理部门、动力能源部门、施工部门共同组成；应用层即管网监控平台，能够显示机场地下管网所有的数据信息，一切远程操控管网的操作都可以在此平台上实现；数据层将采集到的各类数据上传到云端以做备份并存储在数据库中；感知层主要包括各种信息收集硬件设备，例如温度传感器、湿度传感器、排水量监测装置、火警监控装置等。

机场智慧管网系统工作流程如下：埋藏在地下的管线、最末端的硬件传感器自主地、有规律地向中央处理节点发送自身状态信息，中央节点对来自终端硬件的数据简单处理后传输到云端中心数据库进行关键数据持久化；智能实时监控平台从云端获取各传感器状态信息并对云端数据库中的相关数据建模分析，运用数据挖掘分析相关技术综合决策给出合理建议；若管网信息出现异常，监控平台将会立即预警，室内工作人员可通过监控平台远程操控管网中重要的阀门开关或者管线关键节点来第一时间进行异常处理，然后推送给移动终端使室外工作人员准确的了解发生异常的管网位置信息并进行现场处理。具体工作流程如图2所示。

关键技术及其应用

（一）BIM

随着建筑工程的不断发展和建筑物功能需求的不断增加，管网内部的复杂性不断提高，提高管网内部空间利用率成为值得关注的焦点。本系统利用BIM技术来构造管道的三维模型，能够快速准确地对管道进行设计、绘制、制造和安装，并且能够提高设计质量，工作效率，加强工作人员团队协作。若后期进行管网修改也能很大程度上利于工作人员再施工，从而有效降低整个项目团队的浪费。

BIM技术拥有碰撞分析的功能，可以对管网设计进行优化，及时发现设计中不合理的地方进行改进，以便做出正确的决策。

（二）GIS

GIS地理信息系统是用于收集、管理和分析数据的框架。它能够分析空间位置，并使用地图和3 D场景将信息层组织成可视化。本系统在BIM构建三维模型的基础上，利用GIS技术将传感器收集到的数据在三维地图中可视化，例如可以细化到显示某根排水管的压力流量等数据信息，这就使各部门管理人员能够清楚明了的掌握整个机场地下管网的运行状态。

（三）SCADA

SCADA系统，是数据采集与监视控制于一体的工业控制系统，是本系统实现物联网的平台，也是本管网系统预警功能的核心。本系统通过可编程逻辑控制器连接到传感器并采集其获得的数据，利用4 G通讯技术上传到后端服务器，对管道信息进行实时准确地采集、监控、处理和分析，为相关能源公司提供数据监控、数据集成、运行调度、决策分析等辅助功能。

（四）大数据

本系统采集信息的硬件设备将所采集的信息全部上传并备份到云服务器，当历史数据积攒的足够多时，就可以通过数据挖掘或数据分析等来挖掘其中隐藏的信息，例如分析数据在时间上的分布特征，从而映射出各种管网数据与时间之间的函数关系，通过此结果对未来管网系统的运行动向作出预测和应急机制。

智慧管网主要功能模块

（一）智慧燃气

智慧燃气模块包括机场燃气管线数据的入库、共享、交换、更新的管理，集成GIS系统，实现空间信息的分析和应用，在管线上或管道内安装各类传感器，远程监控管线的运行状况。通过各类传感器对燃气管线周期性地采集相关数据，为管理部门提供实时数据监控、调度决策等功能。

当燃气管线运行出现状况时，针对燃气压力偏高或偏低，根据传感器实时监测数据，结合管道安全压力标准，及时向监控人员预警。监测到的异常数据可以通过手持终端和“系统在线消息”等多种方式及时发送给相关负责人员(发送内容一般包括时间、地点、监测指标项和监测值等)，做到全面监控燃气管网的运行状态，实现对管网的调度、预警以及控制。

（二）智慧供水

由于机场用水很大程度上受旅客流量的影响，而客流量随着每天的不同时段、每年的淡旺季变化，供水系统也处于实时的变化中，峰值与谷值流量差别大，周期变化快。机场供水系统充分利用本管网搭建的网络系统与物联网技术，监控系统能够实时监控供水各个环节的压力、流量、以及水质，准确的获得机场内部各个航站楼的供水分布及用水状况，能够合理的选择水泵参数以及电机转速等，确定合理的储水量，防止造成“大马拉小车”的现象，实现有序、高效、规范的供水调度，并且能够为管网设计规划提供数据支撑，使机场获得满意的经济效益和社会效益。

（三）智慧排水

在机场易涝区安装地面积水监测设备，在雨水管网重要节点安装水位、流量监测设备，并接入到智慧管网系统中。通过监控平台及时收集监测站、在线雨量计等硬件设备采集的监测数据，为决策提供预警信息。系统根据设定的报警规则对采集到的数据进行分析，若发现管网设施运行状态异常或监测指标超出警戒值，则系统将异常设备所在GIS地图位置的图标闪烁，并向管理人员播放报警声音。帮助管理决策者制定更加及时、准确的应急抢险方案，增强机场防汛抢险能力，保障机场的安全。此外，可以从云服务器中得到历史数据，并对其进行综合数据分析，可为机场内部的管线优化、二次改造提供科学依据。

结语及展望

（一）总结

本系统秉持着创新性、适用性、安全性、扩充性原则，综合利用“互联网+”技术、物联网技术、大数据等技术建立了机场地下综合管网管理系统，实现了与在线监控系统和物联网系统无缝集成，随时掌握各类管网实时数据；解决了信息孤岛问题，实现了各个动力能源部门数据的整合，提高了数据的共享性，为各部门的协同工作提供了效率和质量保证；通过对收集到的数据进行整合、加工处理、数据分析挖掘，充分发挥了各个子系统相关信息的应用价值；三维可视化管网为管网二次改造、优化结构、应急施工等工作提供了辅助决策信息。管网的有效监管为首都国际机场工作的有序开展提供了稳健的保障，为机场后期内部改造或扩充提供了宝贵的地理空间数据和管线信息数据。

（二）展望

2017年10月，党的十九大召开，报告中提出了建设“智慧社会、交通强国”这一发展理念，智慧机场正是智慧社会和交通强国建设的交会点。除上述智慧管网系统外，首都机场还实施了部分诸如泵站监控、助航灯光管理、单兵作战等智慧系统应用，未来机场的发展方向势必向智慧型机场发展。

2018年8月2日，《首都机场集团公司智慧机场建设指导纲要》正式发布，为了积极贯彻落实国家要求，首都国际机场将率先引领机场的智慧化方向改革，本文介绍的“基于互联网+的智慧管网系统”能够将首都国际机场打造成更加安全、更加高效的机场，必将成为未来“智慧机场”发展中必不可少的一部分，也将为全国“智慧机场”的改革作出贡献。