基于BIM 技术的综合管廊信息化运维管理

魏亚兴

（合肥市综合管廊投资运营有限公司，安徽合肥 230091）

0 引言

近年来，我国居民对供电、供水、供暖以及通信等公共设施的需求日益增长，基础设施的建设和维护面临挑战。 地上空间、资源的不足与居民日益增长的需求产生矛盾，因而基础设施建设逐渐向地下空间发展，充分调用地下资源，将基础设施转移到地下集中设置，释放地表空间，以缓解矛盾，为未来城市基础设施建设提供了新的发展方向。

建筑信息模型（BIM）的兴起为建筑业发展带来了巨大的机遇。 2022 年，住建部在《“十四五”住房和城乡建设科技发展规划》中提出，研究基于BIM 的跨建设阶段管理流程和数据融合标准，研发贯通工程建设全过程的数字化管理平台，推进BIM 技术在勘察、设计、制造、施工、运维全生命周期的集成与深入应用。 利用BIM 技术，结合物联网、大数据等信息化技术，对综合管廊工程在运维过程中协同监管和可视化管理， 能够为综合管廊的智慧运维管理提供较为完善的一体化解决方案，从而达到可靠监管、智慧运维、降本增效的管理目标。

1 地下综合管廊现状分析

早期城市管网的建设分散于不同的企业， 由各企业对城市基础设施管网进行建设。 因而早期对市政基础设施进行建设时，各方仅从各自的角度对其进行铺设，未能从多方面对其进行统一规划和综合利用。 此外，大部分铺设通过直埋的形式铺设于市政道路下方， 这就导致后期随着城市规模发展以及城市居民对市政管线需求的增加，对市政管线进行扩容、维修、更新时，需要对城市道路进行反复开挖修复，使得道路上的补丁随处可见，成为了“拉链”马路。

地下管线多头管理、重复建设、技术低下、应急管理能力差、辅助决策水平低[1]等一系列问题，使得工程安全隐患不断暴露出来，不仅对居民的生活产生不利影响，也给国家带来了巨大的经济损失。统计数据表明，每年全国由于施工而导致的城市管网事故造成的直接经济损失50 亿，间接经济损失高达400 亿。此外，基础设施扩建、改建也造成大量问题，从而导致社会资源浪费，社会矛盾突出。为此，有必要进一步解决城市基础设施发展现存问题，探索基础设施建设新模式。

2 BIM 技术在综合管廊信息化管理中的应用

2.1 总体架构

基于BIM 技术的综合管廊信息化运维管理系统架构主要包括支撑层、服务层、业务层、表现层，并与外部多系统互联互通，系统总体架构如图1 所示。

图1 系统总体架构

2.2 BIM 可视化技术应用

将管廊在规划设计和施工阶段的数据和资料与管廊的BIM模型相链接，并在运维管理中根据实际情况更新管廊模型有关数据，实现对管廊全生命周期的有效管理[2]。BIM 的可视化技术可以实现以数字信息模型为载体[3]，将机电各专业的数据信息，以及管廊实际运维需要的各类信息进行一体化整合， 基于此信息模型，可以为管廊运维管理提供新的载体。 准确完整的模型数据是有效利用BIM 技术进行运维管理的基础[4]，将BIM 信息模型与实际建筑（含机电设备等）、人三者进行连接，使综合管廊运维更加直观化、模块化、集成化，可进一步提高运维效率，合理安排班组巡检频次，有效降低运维成本。

2.3 基于BIM 的综合管廊运维管理平台

综合管廊运维管理平台是基于物联网、BIM/GIS 及大数据技术[5]，针对管廊智慧化运维建设的系统平台，应用层包括基础数据管理系统、智能监控系统、运维管理系统、运营管理系统、安全与应急管理系统、信息管理系统、地理信息监控管理系统、移动端系统等8 个子系统，基于统一数据库实现，满足数据共享和再利用的要求[6]，同时监控系统部分与管廊内相应的机电设备具备远程和联动控制功能。

2.4 信息化管理设计

采用监控大屏、WEB 端、移动端对管廊运维和巡检进行实时监控和管理。 监控大屏作为统一监控、调度、指挥的神经中枢，与综合监控、预警报警等系统实现联动，供运维班组对管廊实时运行状况进行有效监管；Web 客户端通过浏览器访问和系统运行，进行运营管理、安全应急管理、巡检排班等日常工作；移动端以工作机为载体，可实现廊内智能化巡检工作，及时上报运行隐患事件，提升运维响应度和处理及时率。

3 综合管廊信息化管理实例

3.1 项目概述

合肥山海关路 （重庆路至黑龙江路）综合管廊，总投资3309.7 万元，单舱，管廊全长0.78km。

3.2 数据对接

山海关路管廊各机电专业包含消防、环控、门禁、视频、通信、无线覆盖、火灾自动报警等，通过MODBUS 协议，接收和反馈PLC 设备的状态、反馈信号等，存入InfluxDB 实时数据库， 并通过设备编码作为唯一关键字段与BIM 模型中的设备进行绑定，实现BIM 模型中的状态查看及远程控制。

山海关路管廊共有各类设施设备近500 个，通过二维平面布置图表示其位置及设备状态，运维人员可借由二三维联动，多视角多维度，实时查看廊内运行情况

3.3 可视化展示

平台结合GIS 地理信息系统和三维BIM 技术， 进行BIM 模型轻量化处理， 实现管廊从宏观地理位置定位和工程结构展示，到微观风机、水泵等机电设备设施、入廊管线的拟真展示；并通过数据与模型绑定，提供综合管廊三维模拟现实、资产查询、设备远控及状态实时反馈、三维漫游、（半）透明模式展示等功能。 BIM 模型远程控制如图2 所示。

图2 BIM模型远程控制

3.4 虚拟巡检管理

基于BIM 技术，可根据廊内巡检线路信息（如综合舱一分区至三分区），自动开展虚拟巡检任务，确定巡检设备的运行状态，生成巡检报告。

利用巡检报告，将需要维护的巡检设备的工单发送给相应的运维人员。 通过虚拟巡检，可以让运维人员更加清晰地了解综合管廊当前运行安全和健康状况，同时配合廊内摄像机辅助，及时发现运维过程中的问题，并及时采取措施解决。 这样一方面有助于降低运维人员劳动强度，另一方面可以保证综合管廊监测的准确性和实时性， 并且工单自动生成与派发可使得工作更加便捷。此外，工单附带相关精确问题或故障，运维人员根据工单内容能够精准定位问题所在，并及时对所涉及的问题进行解决，使得综合管廊能够安全健康运行。 虚拟巡检还可用于管廊新进运维人员的培训作业，加速提高运维人员的廊内认知度，提升巡检体验。

3.5 应急演练管理

在管廊运维过程中，如遇到火灾事故等紧急情况，运维人员可通过BIM 模型找寻最近出入口进行虚拟逃生演练。传统的应急演练均是事先编制预案，按照方案进行场地准备、人员培训，开展演练活动，这种模式可能会出现不可预见的风险因素，不利于演练活动的开展。 利用BIM 技术可模拟性的特点，搭建管廊运维现场的应急演练场景，设定疏散人员的初始位置和逃生路径，形成三维动态的模拟方案，便于查找演练方案的不足，及时调整应急预案，使得应急演练预案更具有实操性，应急演练管理模拟如图3所示。

图3 应急演练管理

3.6 入廊管线管理

基于BIM 空间管理，可较为精确计算已入廊管线数量及可入廊管线空间信息，并形成入廊管线管理。 通过设定出入廊位置，在BIM 模型中全景展示入廊管线敷设路径，以此提前规划入廊管线报审及指导施工作业。 待管线入廊后，即可在BIM 模型中查看相关入廊信息，更新巡检作业内容，形成闭环管理。

4 结语

应用BIM 与大数据技术的集成管廊运维模式， 将BIM 技术的应用从综合管廊的设计、建设延伸到运维阶段，进而可实现基于BIM 技术的全生命周期管理。

综合管廊BIM 模型整体为线型结构， 且内部专业分工复杂，系统集成度高，展示效果还有待优化。 通过完善三维引擎，从BIM信息提取、BIM 模型轻量化、 数据存储索引和三维可视化等关键技术方面进行优化。 可通过模型简化、场景空间划分、增加绘制对象的内存池和进行图元合并等方式对模型进行轻量化处理，从而实现流畅展示的目的；可从性能、表现方式、二次开发接口等多个方向上进行优化。

基于BIM 的综合管廊信息化运维管理以BIM 模型为数据载体，集成监控、资产、巡检、入廊管线四类信息，可建立一个可以实时监测和预警管廊内外状态信息的智能化系统。 本文以合肥市管廊项目作为应用实例，实现了管廊全生命周期管理，提高了管理效率、降低了管理成本和事故发生风险，推动了城市综合管廊智能化发展，为保障城市正常运行提供了重要参考。