数字化智慧管廊运维平台研究与应用

　　摘要：文章以江南中心绿道武九线综合管廊工程为依托，结合物联网、智能识别、大数据分析、深度学习、异构运算、可视化等先进信息化技术，以智慧化、人性化、便捷物联、高度信息安全为思路，建立了数字化智慧管廊运维平台。平台采用了BIM+GIS融合应用、机器人自动巡检、高精度无线定位等先进技术，建立了可视化管理、人员管理、管廊信息管理、安全监测与报警等子系统，为实现综合管廊安全、高效的运行提供了保障。

　　关键词：综合管廊;BIM+GIS;自动巡检;无线定位;安全监测与报警

　　0 引言

　　随着综合管廊建设的推进，全国各中大型城市积极投入到综合管廊的建设中，城市管廊规模越来越庞大[1]。综合管廊空间断面设计复杂，纳入管线种类多，在运营过程中具有施工组织复杂、工程量大、项目工程管理难度大等特点，在工程进度、成本、安全、质量等综合管理方面均存在困难，传统管理模式已无法满足综合管廊快速发展的需求[2]。因此需要建立有效的机制和手段来进行管理。

　　近年来，随着国家政策的引导，广大专家学者积极投入到综合管廊运维管理研究中来，形成了一系列的综合管廊信息化管理手段。毕天平等[3]通过机器人巡检技术，百度地图定位方法等建立了一体化的管廊运维平台，并在沈阳市南运河管廊进行了应用。杨党锋等[4]以某项目为依托，采用物联网、大数据等信息技术，建立了综合管廊运维管理系统。纪蓉等[5]提出了综合管廊运维一体化建设方案，并实现了BIM全生命周期应用。刘学功[6]通过对智慧管廊运营系统进行研究，结合其特点进行分析，对机器人巡检技术在管廊中的应用进行了初步研究。张立新等[7]根据综合管廊全生命周期的管控要求，对BIM技术在管廊中的全生命周期的应用进行了研究。

　　智慧化、信息化管理是综合管廊运维管理的重要发展方向，是实现智慧城市、智慧市政的主要手段。本文以江南中心绿道武九线综合管廊工程为依托，进行了能实现精确定位、安全保障、监测预警减灾、日常巡检巡查、物业管理、应急处置等功能的数字化智慧管廊运维平台研究。

　　1 研究背景

　　1.1 项目概况

　　江南中心绿道武九铁路北环线综合管廊工程(友谊大道～建设十路)位武汉市武昌区、青山区、洪山区，包括主线和支线。主线管廊沿武九铁路北环线控制廊道布置，起于友谊大道，止于建设十路，全长约13.24公里。支线管廊沿德平路布置，起于武九铁路，止于团结大道，全长约2.98公里。平面分布如图1所示。

　　1.2 项目特点及需求

　　本项目是武汉市城建重点工程，也是武汉市市级直管的第一个综合管廊工程，系建设+运维全生命周期管理的管廊项目，采用传统的管廊运维管理方式存在人力成本高、信息采集落后且分散、应急响应慢、运维管理水平低等弊端，对入廊管线及廊体本身构成一定的安全隐患，急需借助新兴技术手段探索开发出一个综合性运维管理平台。通过前期的充分实践调研，得到平台主要需求为：

　　(1)结合物联网、BIM+GIS等信息技术及管廊建设施工和运营维护过程中的需求，感测、分析、整合城市综合管廊系统运行中各项关键信息;(2)基于智慧化、人性化、便捷物聯、高度信息安全的思路，综合利用管廊智能化管理技术，实现对管廊的各类信息和运行状态全方位的在线实时监控和智能控制;(3)基于智能识别、大数据分析、深度学习、异构运算、可视化等先进技术，对管廊进行精细化管理和科学决策，大大提高管廊的管理效率、降低管廊的运维成本和风险。

　　2 平台建设的总体目标及总体架构

　　2.1 总体目标

　　建设数字化智慧管廊运维平台的总体目标：(1)为了降低运营成本投入，加快应急响应速度，减少事后扯皮现象发生;(2)将众多单位的数据进行统一整合利用，打通数据通道，形成统一的数据标准;(3)改善传统巡检手段，提升应急处置能力，提高运维管理的智能化水平。最终实现运维状态实时监控、预警减灾防灾、应急处置等功能齐全的数字化智慧管廊运维平台。

　　2.2 总体架构

　　平台的应用架构是平台搭建的主要思路和方法，为了保证各个系统之间能实现数据共享，确保数据的一致性，避免出现信息孤岛，需设计一个灵活的应用系统架构，既可以包容现有的应用又能满足未来新的应用需求，使各个系统信息的高度集成，使得基于不同平台、不同语言实现的应用系统能够很好地进行信息交互，从而让系统平台变得更有弹性，能更快地响应业务需求[8]。数字化智慧管廊运维平台以计算机技术、网络技术、电气控制技术、传感器技术及机器人技术为基础，采用基于组件的SOA平台应用架构进行构建，主要包括物理层、数据层、应用层、展示层，如图2所示。通过高度集成的数字化智慧管廊运维平台实现对综合管廊的综合管理、实时控制、智能监测;通过数字化智慧管廊运维平台中的建筑信息模型(BIM)和3D地理信息系统(3D GIS)等手段对管廊及内部管线进行可视化管理;通过引入管廊巡检机器人配合自主灭火机器人完成对管廊内环境、设备、管线的不间断智能巡检和应急火灾处置，实现人工与机器的有效协同，实现24h不间断监控。

　　3 平台关键技术

　　3.1 BIM+ GIS融合应用

　　管廊在设计、施工、运营维护等各个阶段均使用BIM 技术和 GIS 技术，并将二者进行有机结合。通过此方式，将管廊全生命周期的数据资料进行集成和管理，为不同决策者在不同阶段，不同需求提供数据和技术支持。GIS技术具有整体功能的作用，可以将综合管廊内的大量空间信息(如出线口以及特殊节点等地理位置、机电设备、控制设备等各专业相关设备的数量、类别、地理位置分布等)进行属性掌握，实时监控各种设备的运行状态，高效的管理带有地理信息复杂数据，为综合管廊运营维护的辅助决策提供具有空间信息功能的依据。BIM 技术具有很强的呈现功能，将BIM呈现的管廊属性赋予 GIS，可通过三维可视化的方式进行呈现，让人有一种身临其镜的感觉，使运维管理方及管廊作业人员更好的对管廊地理空间进行认知。该模块解决了基于空间位置的设施管理，通过对象一比一的复原，形成所见即所得的管理模式。

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