基于BIM技术的综合管廊智慧运维研究

王惠朝、周建杰、彭浩文、夏子曦、李承根

（中建三局西部投资建设有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

为了满足居民对日益增长的电力、燃气、自来水等资源的需求，保障城市正常供电、供气、供水、通信等，防止“道路拉链”“空中蜘蛛网”、管线泄漏爆炸、路面塌陷等“城市病”的发生，城市地下综合管廊迎来高速发展。

地下综合管廊将对排水、电力、通信等管线集中进行管理，一方面，在满足工厂、学校、居民等日常需求的同时，极大提升了城市地下空间利用率；另一方面，综合管廊作为“城市生命线”，由于其空间密闭、管线集中且密集的特征，一旦发生燃气爆炸、火灾等极端情况，就会对其他管线造成较大影响，抢修难度加大，抢修时间增加，因此带来较大资产损失和不良社会影响，所以综合管廊的运营维护管理重要性极高。

由于国内综合管廊运营管理尚处于起步阶段，可参考经验较少，我们在基于BIM、GIS、物联网、大数据等多种技术的基础上，开发出了综合管廊智慧运维平台，以协助运营维护单位对综合管廊运维阶段进行统一全面管理，以达到管理高效、降低运营成本、实现项目运营品质、确保运营安全的最终目标。

通过以成都市天府新区核心区综合管廊及市政道路工程（二期）项目（简称“项目”）为例，对BIM、GIS 等关键技术的核心内容进行阐述。然后，总结出各项技术在项目实际运营维护过程中的应用情形，分析基于BIM 技术的综合管廊智慧运营是否达到了理想的效果。最后，阐述基于BIM 技术的综合管廊智慧运营的发展趋势。

1 工程概况

项目位于成都市天府新区直管区，采用PPP 模式实施，总投资约14.7 亿元，包含7 条地下综合管廊工程，含单舱、双舱、三舱、四舱，总里程达9km，单舱总里程超25km，已入廊电力线缆、给水、排水、通信等管线数十条。项目已于2020年8月正式投入运营。

2 关键技术核心内容分析

2.1 BIM 技术

BIM 以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。通过运用BIM 数据编辑、BIM 分析运算、BIM 仿真等功能，有效整合管廊及其附属设施的图形信息，即管廊长宽高、入廊管线分布、出入口/投料口位置等；非图形信息，即设备型号、材料、入廊管线信息、设施设备运维要求、运维质量、运维安全等，最终形成项目整体BIM 模型。模型建立后，通过BIM 信息查看和空间查询，运营维护单位可以通过计算机对各条管廊、附属设施、入廊管线信息进行查看，并获得特定位置的BIM 模型及构件。例如，对于廊内任意风机或排水泵，不仅可以查看它的品牌型号、规格大小、材质，其安装在管廊的具体舱室、位置信息等在BIM 模型中也是具备的，以便进行自动化、智能化管理[1]。

2.2 GIS 技术

GIS 技术是由计算机硬件和软件系统支持，收集、储存、管理、计算、分析、显示和描述空间中地理位置分布数据的技术系统。项目智慧运维平台采用云端一体化GIS 技术，实现地理信息集约化和多样化应用，是一项全新的尝试。

在运行环境层面，项目智慧运维平台可以部署在四川省政务云上，通过对软硬件信息化资源的集约化部署，提升基础软硬件资源的利用率。

在智慧运维平台应用层面，借助云计算技术，可以将管廊运维相关的工作内容，如监控值班、廊内巡检、设施设备维修等基础事项，或管线单位入廊、外部考察访问等非常规事项，按照重要性程度，灵活地进行集中管控或指定专人处理，通过个人电脑、平板、手机等应用终端，形成“一云多端”的工作模式，极大提升了运营维护单位管理效率，在一定程度上也提升了管廊运营维护智能化水平[2]。

3 综合管廊智慧运维平台运行情况

项目智慧运维管理平台在基于BIM、GIS、物联网、大数据等关键技术基础上，实现了管廊漫游、设备管理查询、大屏展示、租赁管理、可视化监控、报警管理、应急处置、维护管理等功能。目前平台已正式投运一年，上述各项功能效果均达到预期，在实现管廊智慧运维的同时，大大降低了运营维护单位运营成本。下面笔者将重点分析这些功能在项目实际运营维护过程中的应用情况。

3.1 管廊漫游

项目管廊较长，舱室及设备间较多、设施设备类型广、数量大，如何合理规划维护人员巡检路径、投入时间占比，情况较为复杂。对此我们将管廊各舱室、设备间等三维场景进行排列组合，结合设备重要性程度、突发情况（爆炸、中毒、起火）发生概率输出多种不同的路径，并制作基于不同路径下的漫游动画进行集中展示，最终得到一条最优巡检路径。该路径大大提升了维护人员的巡检效率，降低了管廊安全事故发生的概率。

当然，通过管廊漫游功能，可以向政府部门等外来考察人员以视频的形式，生动形象地展示各舱室内部及设备间的具体情况。漫游路线也可根据外来考察人员需要自由设定，极大地增加了交互感。

3.2 设备管理与查询

通过智慧运维平台，运营维护单位可以在三维场景中漫游查看廊内水泵、风机、监控、照明等设施设备。在可视化界面中，可通过直接点击相关设备或检索设备名称/型号/位置等方式查找指定设备信息，包括但不限于设备基础情况（名称、品牌、规格型号等）及其运行情况（正常与否、运行时长等）。监控人员也可通过点击关联标签，查看厂家信息、设备操作手册、设备维修维护情况、大中修情况等信息，提升廊内设施设备管理水平。

同时，我们可以在三维场景中对管廊内的各类入廊管线开展空间占用情况查询，通过检索舱室、分区、入廊管线类型等即可快速定位并查看相关管廊段入廊管线分布模型。在此基础上，可提高已入廊管线管理效率，也可辅助运营维护单位开展新进管线入廊工作。

3.3 大屏展示

智慧运维平台可采集各条管廊日常运维数据及实时监测数据，通过外接大屏的方式，实现管廊运维管理信息基于三维GIS+BIM 的综合展示与分析，同时可以叠加天府新区规划和建设期数据，实现辅助优化管廊运维管理。大屏展示一般体现内容包括管廊及管廊管理片区的分布展示、设施设备展示、入廊管线信息展示、能耗信息展示、报警信息展示、运营成本展示等。

3.4 可视化监控

日常运营维护过程中，运营维护单位监控管理人员可根据维护需求选择监控管廊名称、管廊舱室、防火分区的信息，自动定位并显示舱内所有设施设备当前的运行信息以及舱内的环境信息。允许远程控制的设备，如风机、监控、水泵、照明等，可以控制其运行状态，点选某个设备自动定位闪烁显示。选择摄像设备监控时自动弹出摄像监控画面。

3.5 报警管理

通过智慧运维平台可时刻监控廊内设施设备运行情况，有设备发生异常时，自动推送消息并在平台上显示，点击时在BIM 模型上自动定位并闪烁提醒，设施设备监控参数及报警级别可由运营维护单位灵活配置。

3.6 应急处置

廊内发生安全意外事故时，基于BIM 和GIS 智能搜索最短距离的消防、医院、警察局和应急办，并辅助指挥和调度廊内人员逃生。运营调度指挥可通过大屏实时显示出来，方便运营维护单位领导决策。

3.7 租赁管理

针对需要使用管廊内各种管线的小区、企业、工厂，实现管线的租赁管理。以管廊路段、舱室、防火分区为单元进行管理。添加入廊租户时，在BIM 模型上也能点选管道，可以直接绑定租户。租赁查询时，选择租户可自动定位到已经租赁的管线资源。未租赁的管线透明化显示，已租管线可以查看租户的详细信息和租赁情况。

3.8 运维管理

根据运营维护单位设施设备维修更新需要，可以通过平台生成运维计划，计划生成后自动将维护任务推送给相关人员进行处理，并进行任务提醒。

巡检时发现设备故障，巡检人员可通过手机APP扫描设备二维码后报修。管廊管理员则可以在web平台上查看所有任务的处理情况，也可以在APP 上查看及进行任务分配。运维人员进行设备报警处理或定期运维处理时，可以通过手机APP 填写维修情况，拍照上传维修结果。

4 基于BIM 技术的综合管廊智慧运营发展趋势

在基于BIM 技术基础上，综合管廊智慧运营取得了良好效果，智慧运维平台实际使用过程中，在大大提高运营维护效率和质量的同时，降低了廊内发生安全事故及缩短了事故发生后的响应时间，缩减了运营维护成本。对比全人工运维管理及传统运维软件管理方式，基于BIM 技术的智慧运维平台辅助管理方式在设施设备管理、入廊管线管理、能耗管理、数据分析与输出、报警及应急处置等功能实现，在自动化、智慧化、可视化、数据化方面都取得了较大突破。

随着科技的进步，除已经实现的BIM+大数据、GIS 等功能外，未来BIM 技术同智能机器人、传感器、移动应用等新技术的集成化应用也将变得触手可及，同时也是第二代管廊智慧运维的雏形。例如，通过BIM+GIS+智能机器人等技术集成，可人为为机器人规划巡检路径或系统自动规划路径，结合红外热成像和高清视频技术，精确识别管廊内各类管线和设施设备状态，及时发现设备缺陷，实现智能检测、监控、安防和数据远程集控管理；通过BIM+GIS+传感器技术，可实时监控中水管、给水管等管道压力、流速等数据，同时一旦发生爆管时可自动分析需要优先关闭的水阀及影响范围，在BIM 模型中定位到优先关闭的水闸并基于GIS 功能分析受此影响的区域，生成通知信息，最大程度减少运营维护单位损失。

5 结语

实现综合管廊高度智慧运维任重而道远，尽管目前项目基于BIM 技术的智慧运维平台已经在自动化、智慧化、可视化等方面取得了突破，但随着科技的进步及社会对于运维管理预期的提升，高度智慧化、无人化也将成为未来管廊运维管理的重点方向。今后，专业运维单位在推动运维管理数字化、自动化的同时，也需要不断探索运维管理智能化，秉承“1+1＞2”原则，将二者有机结合，不断提升运营维护管理水平，在此过程中，BIM 等技术也将持续“进化”，应用场景不断增加，并发挥愈加重要的作用。