任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文主要提出了基于BIM與GIS技術(shù)的綜合管廊智能化管理運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，對BIM與GIS在管廊智能化管理中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)分析研究，為管廊智能化管理提供參考。

關(guān)鍵詞：綜合管廊；智能化管理；運(yùn)維監(jiān)控

0引言

綜合管廊智能化管理運(yùn)維監(jiān)控是一項(xiàng)確保城市市政設(shè)施良好運(yùn)行的現(xiàn)代科技手段，為了響應(yīng)創(chuàng)建智慧城市的號召，在城市綜合管廊管理的工作中加強(qiáng)綜合管廊智能化管理運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建是當(dāng)前的首要任務(wù)。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，智慧城市的建設(shè)對市政設(shè)施的管理工作提出了新的要求，為了推進(jìn)地下綜合管廊的建設(shè)，解決市政設(shè)施建設(shè)混亂、管理混亂的現(xiàn)存問題，需要做好與地下綜合管廊相配套的運(yùn)維監(jiān)控措施。

1綜合管廊簡介

綜合管廊建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)性工程,不僅要設(shè)計(jì)合理的管艙,使得城市服務(wù)管道入廊,著重針對但不限于以下管道入廊:天然氣管道、熱力管道、給水管道、再生水管道、雨水管道、電力電纜、GIS通信線纜、廣播電視等。還要涵蓋消防、供電、照明、監(jiān)控與報(bào)警、通風(fēng)、排水等設(shè)施。將分散、分段的監(jiān)管資源集中通過綜合管廊實(shí)施和共享,實(shí)現(xiàn)管廊監(jiān)控一個(gè)系統(tǒng)的融合局面,真正實(shí)現(xiàn)共享管理、協(xié)同治理的格局。各子系統(tǒng)之間由于技術(shù)體系不一,采用的標(biāo)準(zhǔn)各異,不僅需要考慮環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、通信聯(lián)絡(luò)、地理信息等需求,還要兼顧災(zāi)難事故預(yù)警、安全防范等方面對圖像監(jiān)控的需求，同時(shí)還需要考慮報(bào)警、門禁等配套系統(tǒng)的集成以及與廣播系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，消除系統(tǒng)異構(gòu)的信息孤島問題，綜合管廊智能化運(yùn)維管理系統(tǒng)如圖1

所示。

圖1綜合管廊智能化運(yùn)營管理系統(tǒng)

2綜合管廊智能化管理運(yùn)維監(jiān)控的必要性

圖2綜合管廊大數(shù)據(jù)中心

首先傳統(tǒng)的運(yùn)維管理方式管理水平落后、運(yùn)營成本投入高應(yīng)急響應(yīng)速度慢、責(zé)任不清以及事后扯皮等現(xiàn)象頻頻發(fā)生；其次運(yùn)維管理智能化水平低下，巡檢手段落后，工作效率低下，應(yīng)急處置能力薄弱，監(jiān)控維護(hù)漏洞百出。針對以上種種問題，國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)部門和專家提出了不同解決方案，例如利用綜合物聯(lián)網(wǎng)、三維可視化、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)建立運(yùn)維管理系統(tǒng)，因此，本文利用空間化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化等現(xiàn)代信息技術(shù)，構(gòu)建城市綜合管廊運(yùn)維管理系統(tǒng)，對綜合管廊進(jìn)行quan方位管理與監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)綜合管廊運(yùn)維管理的集約化、規(guī)范化、科學(xué)化，從而提高管廊抗風(fēng)險(xiǎn)能力，降低管廊運(yùn)維成本。

3綜合管廊智能化管理運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建

3.1設(shè)計(jì)思路

綜合管廊管理智能化管理運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)是以BIM技術(shù)與GIS技術(shù)為基礎(chǔ)建立起的管理系統(tǒng)（如圖2所示），其通過BIM技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對管廊相關(guān)數(shù)據(jù)信息的獲取，所獲取的數(shù)據(jù)信息傳送給以GIS技術(shù)為核心的管理平臺(tái)系統(tǒng)之上，在GIS平臺(tái)上顯示綜合管廊的三維模型，在綜合管廊三維模型上可以直觀的體現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)參數(shù)，每項(xiàng)參數(shù)都設(shè)置有特定的ID，根據(jù)ID來對應(yīng)具體的綜合管廊設(shè)備、裝置以及基礎(chǔ)設(shè)施管線。在這種模式下開展對綜合管廊的監(jiān)控管理，不僅減少了管理人員的投入數(shù)量，能夠有效降低50%管理難度，同時(shí)可以比以往工作效率提升30%。對綜合管廊相關(guān)數(shù)據(jù)信息的獲取，通過布置在綜合管廊內(nèi)部的測溫設(shè)備、預(yù)警設(shè)備以及傳感設(shè)備等裝置實(shí)現(xiàn)。

3.2系統(tǒng)的構(gòu)建

綜合管廊智能化管理運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)由物聯(lián)網(wǎng)傳感器系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)、綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)組成，涉及的系統(tǒng)可以根據(jù)功能性分成三個(gè)層次，每個(gè)層次的系統(tǒng)互相提供支持，也能根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。在綜合管廊智能化管理運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)之中，物聯(lián)網(wǎng)傳感器系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息的獲取與傳輸，當(dāng)數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)中心后，根據(jù)數(shù)據(jù)信息的具體用途，在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析整理，管廊的信息存入管廊數(shù)據(jù)庫、地理信息存入地理數(shù)據(jù)庫，相應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)備份至監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，在構(gòu)建綜合管廊三維模型時(shí)，直接送上述數(shù)據(jù)庫中調(diào)取所需的數(shù)據(jù)參數(shù)。另外，如果數(shù)據(jù)中反映出設(shè)備的異常狀態(tài)，會(huì)直接反饋給監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，通過監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)完成三維模型的展示、預(yù)警消息以及相應(yīng)的預(yù)警數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫主要存放管理人員、運(yùn)維人員的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，記錄其每日工作簽到、值班情況以及交接班情況等信息，在該系統(tǒng)的支持下，可以更好的實(shí)現(xiàn)績效考核工作以及監(jiān)督管理，能夠發(fā)揮督促員工的作用，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)對工作細(xì)節(jié)的備注與工作交接。而應(yīng)急指揮相應(yīng)系統(tǒng)可以對預(yù)警信息進(jìn)行及時(shí)的處理，可以根據(jù)數(shù)據(jù)中心提供的三維模型以及相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對事故的模擬，再結(jié)合相應(yīng)的預(yù)警消息，制定更加有效的應(yīng)急處理方案，這樣就實(shí)現(xiàn)了對故障、事故的預(yù)防，也提高了綜合管廊管理的應(yīng)急響應(yīng)能力。

4系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

綜合管廊智能化管理運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)采用的系統(tǒng)框架為SOA架構(gòu)，其采用的二維地圖為ArcGIS平臺(tái)，三維地圖采用BIM為核心的三維建模平臺(tái)，該系統(tǒng)的架構(gòu)可以分為三個(gè)層次，第一層為數(shù)據(jù)中心，第二層為應(yīng)用層，第三層為客戶端，對數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)訪問通過ODBC接口來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用Oracle數(shù)據(jù)庫，此環(huán)節(jié)能夠?qū)?shù)據(jù)準(zhǔn)確性控制在90%以上，而且客戶端支持JSON、XML等前端技術(shù)，應(yīng)用層為MVC框架，應(yīng)用的計(jì)算機(jī)語言為C#。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的具體功能如下：

4.1三維建模功能

三維建模功能時(shí)建立在BIM技術(shù)基礎(chǔ)之上的，其通過探測設(shè)備完成對管線狀態(tài)的檢測，通過激光點(diǎn)云等設(shè)備完成對數(shù)據(jù)的采集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與GIS地理環(huán)境信息的資源共享。通過控制系統(tǒng)即可觀看到模擬出來的管線布置結(jié)構(gòu)與具體走向，這對運(yùn)維工作有著重要的數(shù)據(jù)支持作用。

4.2監(jiān)控預(yù)警功能

監(jiān)控預(yù)警功能根據(jù)監(jiān)控目標(biāo)不同，采用的檢測設(shè)備也有所不同，例如檢測管廊內(nèi)溫濕度以及氣體濃度等環(huán)境時(shí)使用的是溫濕度變送器、氧氣濃度變送器以及有毒氣體監(jiān)測器等檢測裝置；對管廊內(nèi)部情況的觀察采用的是視頻監(jiān)控設(shè)備；對管廊的巡檢由機(jī)器人或人工實(shí)現(xiàn)；同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部還設(shè)置相應(yīng)的消防報(bào)警系統(tǒng)以及通風(fēng)系統(tǒng)的檢測設(shè)備等，其可以實(shí)現(xiàn)對各種設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的檢測。所獲取的相關(guān)參數(shù)有數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一進(jìn)行處理分析，保存數(shù)據(jù)庫并根據(jù)用戶需求傳輸?shù)娇蛻舳恕?/p>

表1城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)

4.3綜合業(yè)務(wù)功能

綜合業(yè)務(wù)功能是由綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)及安裝有巡檢APP的智能巡檢終端組成的，巡檢人員通過智能巡檢終端與綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，完成人機(jī)交互，在智能選件終端上進(jìn)行每日簽到，以及相關(guān)業(yè)務(wù)完成情況的匯報(bào)等工作。*終綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)信息可以作為考勤、業(yè)務(wù)審查等工作提供數(shù)據(jù)參考，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)日常業(yè)務(wù)的規(guī)范化、自動(dòng)化管理。

在智能巡檢終端中包括了手機(jī)設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、平板電腦設(shè)備，智能巡檢APP的兼容性較強(qiáng)，可以適用在不同的終端之上，只要安裝智能巡檢APP，就能進(jìn)行相應(yīng)的綜合業(yè)務(wù)操作，這種模式更加便利，更加人性化，這符合當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展趨勢。

4.4應(yīng)急指揮響應(yīng)功能

在綜合管廊智能化管理運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)之中，應(yīng)急指揮響應(yīng)功能是一項(xiàng)重要的系統(tǒng)功能，具備該功能才能實(shí)現(xiàn)對人員、設(shè)備以及相關(guān)資源的調(diào)控，以此功能為基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急指揮預(yù)案的制定，通過預(yù)先設(shè)定應(yīng)急響應(yīng)策略，就能在發(fā)生相關(guān)意外事件時(shí)，讓系統(tǒng)在第一時(shí)間按照預(yù)案進(jìn)行自動(dòng)處理，將事件影響控制在較小范圍之內(nèi)。在制定應(yīng)急指揮預(yù)案前，有系統(tǒng)提供的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)案的模擬演練以及相關(guān)事故的模擬，這樣可以提高預(yù)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，讓預(yù)案的有效性得到良好保證。

4.5出入口門禁系統(tǒng)與報(bào)警系統(tǒng)

為了防止綜合管廊闖入非工作人員，避免人為因素對市政基礎(chǔ)設(shè)施造成的破壞，綜合管廊智能化管理運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)還與門禁系統(tǒng)相連，管理人員可以通過攝像頭來實(shí)現(xiàn)對綜合管廊出入口的遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過電子門禁來實(shí)現(xiàn)對進(jìn)入權(quán)限的發(fā)放，同時(shí)通過與報(bào)警系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)對非法闖入事件的報(bào)警，這樣就有效保證了綜合管廊的安全性。另外，隨著虹膜識(shí)別、人臉識(shí)別以及指紋識(shí)別等技術(shù)的加入，將進(jìn)一步提高綜合管廊的管理水平。

5、AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)

5.1平臺(tái)概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率。

5.2平臺(tái)組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺(tái)，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時(shí)滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

5.3平臺(tái)拓?fù)?/p>

5.4平臺(tái)子系統(tǒng)

5.4.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計(jì)量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等。

5.4.2環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃?xì)怏w濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警，同時(shí)也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

5.4.3電氣安全

 AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，發(fā)生異常時(shí)通過聲光、短信、APP及時(shí)預(yù)警。

5.5相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單

5.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

5.5.2電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

5.5.3消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

5.5.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

5.5.5消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

6結(jié)論

綜上所述，應(yīng)用BIM與GIS技術(shù)建立起的綜合管廊智能化管理運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)，可以顯著提升對綜合管廊的管理效率。目前，基于BIM與GIS技術(shù)之上構(gòu)建的綜合管廊管理系統(tǒng)平臺(tái)已經(jīng)在國內(nèi)yi線城市中加以應(yīng)用，其發(fā)揮出的效果令人滿意，在應(yīng)用過程中還存在改進(jìn)空間，在日后的研究工作中，我們應(yīng)該重點(diǎn)放在增加系統(tǒng)的功能性以及系統(tǒng)穩(wěn)定性方面。隨著BIM技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，綜合管廊智能化管理平臺(tái)勢必更加完善，在此基礎(chǔ)上開展綜合管廊的管理工作，可以有效推動(dòng)綜合管廊行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而更好的為構(gòu)建智慧城市作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]周文,李倩楠,潘良波,楊國敬.基于BIM和GIS的綜合管廊智能化管理平臺(tái)研究與實(shí)現(xiàn)[J].地理信息世界,2017,24(03):97-100.

[2]姜?jiǎng)倮?，劉亞?綜合管廊智能化管理運(yùn)維監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2022.05

作者簡介：任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監(jiān)控研究發(fā)展。