曹蕊 臺啟民 史金棟 趙欣 肖燃

摘 要：城市綜合管廊運維的智能管理著眼于安全和高效兩個目的。隨著城市綜合管廊建設規(guī)模擴大及智能運維需求的增長，已有的管理手段不能滿足安全高效運維的需求。本文以BIM和GIS技術為基礎，從技術和平臺的的角度，為綜合管廊運維的可視化、智能管理進行探討和研究，促進城市綜合管廊安全運行，提高運行效率。

關鍵詞：綜合管廊；智能運維；BIM；GIS；可視化

中圖分類號：TU990.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）22-0042-02

1 引言

綜合管廊將成為我國城市重要基礎設施和服務設施的運行平臺，其運維管理對于保證“城市生命線”系統(tǒng)安全，實現(xiàn)城市精細化管理與應急保障，將起到至關重要的作用。國務院辦公廳《關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見（國辦發(fā)〔2015〕61號）》中指出，在滿足基本公共服務功能的前提下，應切實提高綜合管廊的管理水平。綜合管廊的智能運維也已成為智慧城市建設及體現(xiàn)的關鍵一環(huán)。

2 綜合管廊智能運維關鍵技術

2.1 綜合管廊動態(tài)監(jiān)控及故障處置可視化技術

對于綜合管廊而言，GIS系統(tǒng)內的信息主要包括絡綜合管廊、管線、道路和相關建筑物等的宏觀信息；BIM中信息主要包括管廊內結構、設備、管線等的微觀信息，如設備的狀態(tài)參數(shù)、維護維修記錄等；物聯(lián)網中的信息主要包括管廊環(huán)境信息及管線監(jiān)控信息，如廊內環(huán)境溫度、視屏監(jiān)控信息等。將三者信息進行集成將能夠建立一個完備的綜合管廊運維信息系統(tǒng)，以實現(xiàn)監(jiān)控信息三維可視化，為城市地下綜合管廊不同管理層級的運行維護提供數(shù)據支撐。融合BIM及GIS技術，集成綜合管廊內消防、通風、視頻監(jiān)控、有害氣體監(jiān)測、井蓋監(jiān)控、管線監(jiān)測等系統(tǒng)，實現(xiàn)綜合管廊環(huán)境、結構、管線、設備實時監(jiān)測信息、控制信息、故障信息的三維直觀顯示，攻克綜合管廊故障處置策略自動匹配技術，實現(xiàn)綜合管廊狀態(tài)監(jiān)測、故障報警、輔助策略生成及故障處置全過程的可視化指揮，縮短了故障診斷及處置的時間，提升了綜合管廊應急處置能力。

2.2 綜合管廊智能運維調度優(yōu)化

未來的管廊將實現(xiàn)城市一體化管理，管廊出現(xiàn)異常報警后，搶險修復實施過程中的核心問題在于資源的優(yōu)化配置。由此，如何合理配置和使用這些資源以取得最佳的效果，以提高城市管廊運營的效率與降低搶險成本，是管廊運營搶險決策中面臨的重要問題。其本質是工程中最優(yōu)化問題，該問題的一般提法是要選擇一組參數(shù)（變量），在滿足一系列有關的限制條件（約束）下，使設計指標（目標）達到最優(yōu)值。最優(yōu)化問題的求解一般可以分為兩個步驟：（1）求解一個函數(shù)中，使得函數(shù)值最小的自變量取值的函數(shù)優(yōu)化問題和（2）在一個解空間里面，尋找最優(yōu)解，使目標函數(shù)值最小的組合優(yōu)化問題。該技術研究與應用實現(xiàn)管廊運營單位與管線單位的數(shù)據協(xié)同交互，常態(tài)下進行正常運維；非常態(tài)下，如預測到較嚴重或突發(fā)事件時，政府可及時介入協(xié)調解決。在日常的運維中，綜合管廊的人員調度需考慮成本效益，根據動態(tài)規(guī)劃算法的分析結果，科學合理的設置檢修人員的數(shù)量及檢修的頻次等；在非常態(tài)即應急狀態(tài)下，需以安全為第一要務，可以通過建立目標函數(shù)與約束條件，最終形成最優(yōu)化模型，盡量降低經濟損失，以達到提高管廊全網運維工作效率的目的。

2.3 綜合管廊融合通信技術

保障入廊人員安全是綜合管廊日常運營管理中的重要工作之一。由于管廊中通信信號微弱，按照管廊建設規(guī)范，在管廊內每隔100米設置的一個固定語音通信設備，使用不便利，一起是在應急情況下問題更嚴重。應用WiFi構建的數(shù)據網進行無線通信的技術，解決廊內有線通信不便利的問題，同時利用了廊內數(shù)據無線網絡設備，降低建設成本，并將固定語音通信、無線通信、廣播應用進行融合通信，同時室內外定位技術，結合巡檢APP應用，滿足廊內人員的通信、巡檢、定位等業(yè)務需要，夯實綜合管廊智能化運維的硬件技術基礎。

3 綜合管廊智能運維平臺設計

3.1 綜合管廊智能運維平臺的功能

平臺需滿足綜合管廊智能運維的不同功能需求，總體而言，主要包括基于BIS+GIS的三維可視化監(jiān)控、運維人員的調度指揮、應急處置、運維數(shù)據分析和智能決策等。根據綜合管廊的運維需求，智能運維平臺還應包含入廊管線審批、標準作業(yè)流程編制及績效考核等擴展功能，以支撐平臺的良好運行。通過搭建智能運維平臺，實現(xiàn)綜合管廊運維指令上傳下達的通暢、日常調度管理的經濟高效、運維數(shù)據統(tǒng)計分析及時以及監(jiān)控可視。綜合管廊智能運維擴展功能框架圖如圖1所示。

3.2 綜合管廊智能運維平臺的總體架構

結合綜合管廊的自身特點，按照綜合管廊的數(shù)據從來源到應用的周期過程，采用“綜合管廊智能運維平臺五層架構”模式進行設計和規(guī)劃（圖2所示）。各層的主要部署如下：

（1）數(shù)據源。本層主要部署基于物聯(lián)網的介入設備，如環(huán)境和監(jiān)測設備、安防設備、采集的日常運維、廊體及環(huán)境的監(jiān)測等數(shù)據；同時預留BIM、GIS等數(shù)據接口，以及氣象、地震等外部部門的數(shù)據。（2）數(shù)據采集層。本層數(shù)據采集服務端基于實時定位與制圖（SLAM）的城市地下空間三維數(shù)據采集技術將結合結合激光掃描技術與移動測量技術的優(yōu)勢，形成一項全新的三維移動測量技術。該技術實現(xiàn)在沒有GPS和復雜慣性導航系統(tǒng)的環(huán)境下，僅依靠技術設備自身配置的簡單慣性測量裝置，實現(xiàn)城市綜合管道數(shù)據的快速、便捷、低成本的采集。（3）數(shù)據存儲層。本層將大數(shù)據平臺分為三大數(shù)據庫，分別為監(jiān)測管廊與各管線風險的實時數(shù)據庫、可視化監(jiān)測與展示的BIM與GIS信息庫和存儲常規(guī)運營資料的運維管理數(shù)據庫。（4）數(shù)據計算層。本層采取分布式計算的方式對數(shù)據進行整合與分析，分布式計算將該應用分解成許多小的部分，分配給多臺計算機進行處理。這樣可以節(jié)約整體計算時間，大大提高計算效率。（5）數(shù)據應用層。本層將經平臺計算后的數(shù)據應用到各個業(yè)務當中，包括系統(tǒng)管理、綜合監(jiān)控、應急管理、日常管理、資產管理、決策與分析、模型管理與移動APP等。

4 結語

本文主要分析了城市綜合管廊智能運維的國內外現(xiàn)狀及存在的問題，梳理了城市綜合管廊的未來發(fā)展方向，提出基于BIM和GIS可視化的職能運維基礎及需要解決的關鍵技術，并在此基礎上設計了平臺架構，為今后城市綜合管廊智能運維的研究和應用拋磚引玉，提供一定的借鑒和參考。

參考文獻

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