淺談綜合管廊智能化管理運維監控的實(shí)現

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維監控系統的設計思路，對BIM與GIS在管廊智能化管理中的應用進(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；運維監控

0引言

綜合管廊智能化管理運維監控是一項確保城市市政設施良好運行的現代科技手段，為了響應創(chuàng )建智慧城市的號召，在城市綜合管廊管理的工作中加強綜合管廊智能化管理運維監控系統的構建是當前的首要任務(wù)。在大數據時(shí)代背景下，智慧城市的建設對市政設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，解決市政設施建設混亂、管理混亂的現存問(wèn)題，需要做好與地下綜合管廊相配套的運維監控措施。

1綜合管廊簡(jiǎn)介

綜合管廊建設是一個(gè)系統性工程,不僅要設計合理的管艙,使得城市服務(wù)管道入廊,著(zhù)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(xiàn)纜、廣播電視等。還要涵蓋消防、供電、照明、監控與報警、通風(fēng)、排水等設施。將分散、分段的監管資源集中通過(guò)綜合管廊實(shí)施和共享,實(shí)現管廊監控一個(gè)系統的融合局面,真正實(shí)現共享管理、協(xié)同治理的格局。各子系統之間由于技術(shù)體系不一,采用的標準各異,不僅需要考慮環(huán)境與設備監控、通信聯(lián)絡(luò )、地理信息等需求,還要兼顧災難事故預警、安全防范等方面對圖像監控的需求，同時(shí)還需要考慮報警、門(mén)禁等配套系統的集成以及與廣播系統的聯(lián)動(dòng)，消除系統異構的信息孤島問(wèn)題，綜合管廊智能化運維管理系統如圖1

所示。

圖1綜合管廊智能化運營(yíng)管理系統

2綜合管廊智能化管理運維監控的必要性

圖2綜合管廊大數據中心

首先傳統的運維管理方式管理水平落后、運營(yíng)成本投入高應急響應速度慢、責任不清以及事后扯皮等現象頻頻發(fā)生；其次運維管理智能化水平低下，巡檢手段落后，工作效率低下，應急處置能力薄弱，監控維護漏洞百出。針對以上種種問(wèn)題，國內外相關(guān)行業(yè)部門(mén)和專(zhuān)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、大數據分析等技術(shù)建立運維管理系統，因此，本文利用空間化、數字化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化和可視化等現代信息技術(shù)，構建城市綜合管廊運維管理系統，對綜合管廊進(jìn)行管理與監控，實(shí)現綜合管廊運維管理的集約化、規范化、科學(xué)化，從而提高管廊抗風(fēng)險能力，降低管廊運維成本。

3綜合管廊智能化管理運維監控系統的構建

3.1設計思路

綜合管廊管理智能化管理運維監控系統是以BIM技術(shù)與GIS技術(shù)為基礎建立起的管理系統（如圖2所示），其通過(guò)BIM技術(shù)來(lái)實(shí)現對管廊相關(guān)數據信息的獲取，所獲取的數據信息傳送給以GIS技術(shù)為核心的管理平臺系統之上，在GIS平臺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(guān)的體現相應的數據參數，每項參數都設置有特定的ID，根據ID來(lái)對應具體的綜合管廊設備、裝置以及基礎設施管線(xiàn)。在這種模式下開(kāi)展對綜合管廊的監控管理，不僅減少了管理人員的投入數量，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)數據信息的獲取，通過(guò)布置在綜合管廊內部的測溫設備、預警設備以及傳感設備等裝置實(shí)現。

3.2系統的構建

綜合管廊智能化管理運維監控系統由物聯(lián)網(wǎng)傳感器系統、操作系統、預警系統、綜合業(yè)務(wù)系統等多個(gè)子系統組成，涉及的系統可以根據功能性分成三個(gè)層次，每個(gè)層次的系統互相提供支持，也能根據需要實(shí)現人機交互。在綜合管廊智能化管理運維監控系統之中，物聯(lián)網(wǎng)傳感器系統主要負責數據信息的獲取與傳輸，當數據傳送至數據中心后，根據數據信息的具體用途，在數據中心進(jìn)行分析整理，管廊的信息存入管廊數據庫、地理信息存入地理數據庫，相應的監測數據備份至監測數據庫，在構建綜合管廊三維模型時(shí)，直接送上述數據庫中調取所需的數據參數。另外，如果數據中反映出設備的異常狀態(tài)，會(huì )直接反饋給監控預警系統，通過(guò)監控預警系統完成三維模型的展示、預警消息以及相應的預警數據信息。數據中心內部業(yè)務(wù)數據庫主要存放管理人員、運維人員的業(yè)務(wù)數據，記錄其每日工作簽到、值班情況以及交接班情況等信息，在該系統的支持下，可以更好的實(shí)現績(jì)效考核工作以及監督管理，能夠發(fā)揮督促員工的作用，同時(shí)也能實(shí)現對工作細節的備注與工作交接。而應急指揮相應系統可以對預警信息進(jìn)行及時(shí)的處理，可以根據數據中心提供的三維模型以及相關(guān)數據實(shí)現對事故的模擬，再結合相應的預警消息，制定更加有效的應急處理方案，這樣就實(shí)現了對故障、事故的預防，也提高了綜合管廊管理的應急響應能力。

4系統功能的設計與實(shí)現

綜合管廊智能化管理運維監控系統采用的系統框架為SOA架構，其采用的二維地圖為ArcGIS平臺，三維地圖采用BIM為核心的三維建模平臺，該系統的架構可以分為三個(gè)層次，第一層為數據中心，第二層為應用層，第三層為客戶(hù)端，對數據中心的數據訪(fǎng)問(wèn)通過(guò)ODBC接口來(lái)實(shí)現，數據存儲采用Oracle數據庫，此環(huán)節能夠將數據準確性控制在90%以上，而且客戶(hù)端支持JSON、XML等前端技術(shù)，應用層為MVC框架，應用的計算機語(yǔ)言為C#。在此基礎上實(shí)現的具體功能如下：

4.1三維建模功能

三維建模功能時(shí)建立在BIM技術(shù)基礎之上的，其通過(guò)探測設備完成對管線(xiàn)狀態(tài)的檢測，通過(guò)激光點(diǎn)云等設備完成對數據的采集，進(jìn)而實(shí)現與GIS地理環(huán)境信息的資源共享。通過(guò)控制系統即可觀(guān)看到模擬出來(lái)的管線(xiàn)布置結構與具體走向，這對運維工作有著(zhù)重要的數據支持作用。

4.2監控預警功能

監控預警功能根據監控目標不同，采用的檢測設備也有所不同，例如檢測管廊內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測器等檢測裝置；對管廊內部情況的觀(guān)察采用的是視頻監控設備；對管廊的巡檢由機器人或人工實(shí)現；同時(shí)系統內部還設置相應的消防報警系統以及通風(fēng)系統的檢測設備等，其可以實(shí)現對各種設備運行參數的檢測。所獲取的相關(guān)參數有數據中心統一進(jìn)行處理分析，保存數據庫并根據用戶(hù)需求傳輸到客戶(hù)端。

表1城市地下綜合管廊監控系統

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)系統及安裝有巡檢APP的智能巡檢終端組成的，巡檢人員通過(guò)智能巡檢終端與綜合業(yè)務(wù)系統進(jìn)行遠程通信，完成人機交互，在智能選件終端上進(jìn)行每日簽到，以及相關(guān)業(yè)務(wù)完成情況的匯報等工作。*終綜合業(yè)務(wù)系統記錄的數據信息可以作為考勤、業(yè)務(wù)審查等工作提供數據參考，進(jìn)而實(shí)現日常業(yè)務(wù)的規范化、自動(dòng)化管理。

在智能巡檢終端中包括了手機設備、計算機設備、平板電腦設備，智能巡檢APP的兼容性較強，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，這符合當今時(shí)代的發(fā)展趨勢。

4.4應急指揮響應功能

在綜合管廊智能化管理運維監控系統之中，應急指揮響應功能是一項重要的系統功能，具備該功能才能實(shí)現對人員、設備以及相關(guān)資源的調控，以此功能為基礎，可以實(shí)現應急指揮預案的制定，通過(guò)預先設定應急響應策略，就能在發(fā)生相關(guān)意外事件時(shí)，讓系統在第一時(shí)間按照預案進(jìn)行自動(dòng)處理，將事件影響控制在較小范圍之內。在制定應急指揮預案前，有系統提供的相關(guān)數據進(jìn)行預案的模擬演練以及相關(guān)事故的模擬，這樣可以提高預估結果的準確性，讓預案的有效性得到良好保證。

4.5出入口門(mén)禁系統與報警系統

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設施造成的破壞，綜合管廊智能化管理運維監控系統還與門(mén)禁系統相連，管理人員可以通過(guò)攝像頭來(lái)實(shí)現對綜合管廊出入口的遠程監控，通過(guò)電子門(mén)禁來(lái)實(shí)現對進(jìn)入權限的發(fā)放，同時(shí)通過(guò)與報警系統的連接，實(shí)現對非法闖入事件的報警，這樣就有效保證了綜合管廊的安全性。另外，隨著(zhù)虹膜識別、人臉識別以及指紋識別等技術(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

5.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網(wǎng)絡(luò )、系統架構、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數據服務(wù)等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過(guò)程中存在內部干擾性強、使用單位多及協(xié)調復雜的根本問(wèn)題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。

5.2平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所環(huán)境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門(mén)監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機APP獲取數據，通過(guò)一個(gè)平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監控、統一管理、統一調度，同時(shí)滿(mǎn)足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

5.3平臺拓撲

5.4平臺子系統

5.4.1電力監控

電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進(jìn)行保護和監控，對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表，用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

5.4.2環(huán)境監測

環(huán)境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門(mén)禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時(shí)也可接入管廊艙室內的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機等設備集成的第三方系統完成管廊環(huán)境綜合監控。

5.4.3電氣安全

 AcrelEMS-UT能效管理系統針對配電系統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門(mén)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、內阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預警。

5.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

5.5.1電力監控及配電室環(huán)境監控系統

5.5.2電氣火災監控系統

5.5.3消防設備電源監控系統

5.5.4防火門(mén)監控系統

5.5.5消防應急照明和疏散指示系統

6結論

綜上所述，應用BIM與GIS技術(shù)建立起的綜合管廊智能化管理運維監控系統，可以顯著(zhù)提升對綜合管廊的管理效率。目前，基于BIM與GIS技術(shù)之上構建的綜合管廊管理系統平臺已經(jīng)在城市中加以應用，其發(fā)揮出的效果令人滿(mǎn)意，在應用過(guò)程中還存在改進(jìn)空間，在日后的研究工作中，我們應該重點(diǎn)放在增加系統的功能性以及系統穩定性方面。隨著(zhù)BIM技術(shù)應用經(jīng)驗的不斷積累，綜合管廊智能化管理平臺勢必更加完善，在此基礎上開(kāi)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)而更好的為構建智慧城市作出應有貢獻。

參考文獻

[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研究與實(shí)現[J].地理信息世界,2017,24(03):97-100.

[2]姜勝利，劉亞軍.綜合管廊智能化管理運維監控的實(shí)現

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05