南京市江北新區(qū)綜合管廊二期工程智慧化運(yùn)營管理平臺實(shí)施方案

葉鐵

摘要：通過管廊智慧化運(yùn)營管理系統(tǒng)（BIM+3S）獲取、收集管廊內(nèi)環(huán)境類參數(shù)（溫濕度、氧含量、有毒氣體、可燃?xì)怏w濃度等）、介質(zhì)類參數(shù)（水流量、用氣量、用電量、水壓、氣壓、電纜接頭溫度、積水坑液位等）等基礎(chǔ)監(jiān)測信息，加以智能化分析預(yù)控，實(shí)現(xiàn)對管廊、廊內(nèi)附屬設(shè)施（元件）、入廊管線高效精確的信息化管理、監(jiān)控、監(jiān)測、應(yīng)急處置和防災(zāi)減災(zāi)功能，從而實(shí)現(xiàn)管廊資產(chǎn)的高效管理、入廊管線運(yùn)營安全管理。

Abstract： Through the intelligent operation management system （BIM+3S） of the utility tunnel， to obtain and collect the environmental parameters（temperature and humidity， oxygen content， toxic gases， flammable gas concentration etc.）， medium parameters （water flow， gas， electricity， water gage， gas pressure， cable joint temperature， water pit level etc.） and other monitoring information， to make an intelligent analysis and control， and to realize the functions of high efficient and accurate information management， monitoring， surveying， emergency response， disaster prevention and mitigation to the pipe gallery， ancillary facilities （components）， the information management and gallery pipelines， so as to realize the efficient management of the assets of the corridor and the safety management of the pipeline operation.

關(guān)鍵詞：智慧化；監(jiān)控；監(jiān)測；應(yīng)急處置；防災(zāi)減災(zāi)；高效管理；安全管理

Key words： intelligent；monitoring；surveying；emergency response；disaster prevention and mitigation；efficient management；safety management

中圖分類號：TU232 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）12-0079-05

0 引言

作為“十三五”規(guī)劃，國家戰(zhàn)略百大工程的地下城市綜合管廊項(xiàng)目建設(shè)大幕已全面拉開。地下綜合管廊被稱為城市的“血管”和“神經(jīng)”，將電力、通信、給水、燃?xì)狻⒗婵展艿榷喾N管線集中設(shè)置在同一地下空間，是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)安全、高效運(yùn)營管理地位舉足輕重。

綜合管廊智慧化建設(shè)貫穿于設(shè)計、施工、運(yùn)營全生命周期。設(shè)計階段：智能化設(shè)計理念納入設(shè)計，時時接收設(shè)計圖紙及BIM模型；施工階段：BIM深度建模，在此基礎(chǔ)建立GIS、GPS和RS模型；運(yùn)營階段：維護(hù)、運(yùn)營BIM+3S系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)可視化安全高效運(yùn)營管理。

1 工程概況

南京江北新區(qū)綜合管廊二期工程，包含江北新區(qū)核心區(qū)及其周邊地區(qū)的18條路段下的綜合管廊以及已建江北新區(qū)綜合管廊一期中的未完及需升級改建部分的投融資及建設(shè)，全長約53km，其中：干線綜合管廊31.29km，支線綜合管廊22.12km。建設(shè)的主要內(nèi)容為：既有管線改遷、交通導(dǎo)改、土方開挖、地基處理及支護(hù)、盾構(gòu) （頂管）施作、管廊本體及排水、消防、通風(fēng)、電氣、監(jiān)控（含監(jiān)控中心）、道路及綠化恢復(fù)等工程。管廊容納電力、通信、給水、中水、空調(diào)熱力管、燃?xì)?、污水、雨水、真空垃圾管等管線，各道路下建設(shè)綜合管廊根據(jù)管線種類布置管廊艙室，管廊艙室分為單艙、雙艙、三艙和四艙。

2 項(xiàng)目各階段實(shí)施方案

2.1 設(shè)計階段

提供多方參與的云端協(xié)同管理平臺；提供BIM+3S建模與交付標(biāo)準(zhǔn)；建立BIM+3S模型文件入庫審批流程；根據(jù)展示需要，提前建立樣板段BIM+3S模型；實(shí)時接收和管理設(shè)計院圖紙和BIM模型。

2.1.1 模型管理

支持Tekla、Revit、ArchiCAD、Bentley等主流軟件建模的BIM模型文件、GIS地理場景模型以及RS模型，具有強(qiáng)大的兼容性；支持批量導(dǎo)入模型文件；平臺能夠?qū)崿F(xiàn)模型三維渲染；平臺能實(shí)現(xiàn)構(gòu)件屬性編輯，支持用戶對三維模型構(gòu)件的屬性進(jìn)行編輯修改等操作；可實(shí)現(xiàn)批量導(dǎo)出構(gòu)件清單、構(gòu)件屬性清單，并能夠給出屬性信息的統(tǒng)計分析；能夠針對屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備、材料數(shù)量統(tǒng)計分析。

①場地現(xiàn)狀仿真。

操作方法：依據(jù)場地現(xiàn)狀進(jìn)行三維模型搭建，搭建周邊環(huán)境、施工場地模型，對項(xiàng)目過程中的各個階段進(jìn)行模擬，為前期規(guī)劃設(shè)計提供可視的數(shù)據(jù)支持。

應(yīng)用效果：三維場地仿真更加清晰直觀，塔吊等現(xiàn)場機(jī)械與實(shí)際尺寸按1：1仿真，直接顯示實(shí)際的工作方式。

②管線搬遷管理。

操作方法：針對重要階段施工期間的設(shè)備使用和空間占用情況，結(jié)合設(shè)計模型和場地現(xiàn)狀模型，制定各階段場地使用情況模型，最終生成管線搬遷與交通疏解計劃書并形成最符合實(shí)際的設(shè)計方案。

應(yīng)用效果：取代傳統(tǒng)的平面圖或效果圖，形象地表現(xiàn)出管線布設(shè)及需要搬遷的位置，并模擬出方案，讓業(yè)主及相關(guān)責(zé)任方能全方位地了解搬遷，方案，促進(jìn)各方的順暢溝通，大大地提高溝通和解決問題的效率。

2.1.2 三維漫游展示

基于BIM+3S數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)管廊內(nèi)部虛擬現(xiàn)實(shí)漫游和查詢等功能；能夠?qū)β嗡俣取⑿D(zhuǎn)速度、爬升速度、俯仰速度和渲染閾值等進(jìn)行設(shè)置；在能夠在三維圖形平臺中通過自定義關(guān)鍵詞快速檢索構(gòu)件并高亮顯示構(gòu)件；完成展示中心大屏幕和計算機(jī)系統(tǒng)建設(shè)，通過BIM+3S模型定位，可三維展示漫游點(diǎn)情況和信息；完成項(xiàng)目對外展示網(wǎng)站建設(shè)，基于BIM+3S數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目總攬以及施工實(shí)施、監(jiān)控和運(yùn)維過程展示等功能。

2.1.3 用戶權(quán)限管理

對系統(tǒng)用戶以及對系統(tǒng)功能操作權(quán)限進(jìn)行管理；各部門管理員錄入部門人員信息，并設(shè)置可以使用的功能點(diǎn)，也可設(shè)置用戶角色和組織；系統(tǒng)僅允許系統(tǒng)管理員對相關(guān)信息進(jìn)行修改，且每次修改均由系統(tǒng)進(jìn)行記錄。

2.1.4 檔案管理

平臺支持搭建文件流轉(zhuǎn)、文件審批流程，實(shí)現(xiàn)一體化辦公，能對文件審批狀態(tài)查詢，具備來件提醒功能；能對規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、圖紙、方案、會議紀(jì)要等文件資料實(shí)現(xiàn)共享，可根據(jù)權(quán)限在系統(tǒng)上查看或下載文檔資料，可將驗(yàn)收記錄等文件關(guān)聯(lián)到模型附件；通過建立文件與BIM+3S模型的網(wǎng)狀關(guān)聯(lián)關(guān)系，用戶能夠快速檢索跟構(gòu)件（設(shè)備）關(guān)聯(lián)的文檔，同時也能快速查找跟文檔關(guān)聯(lián)的構(gòu)件（設(shè)備），提高BIM+3S模型和文件的應(yīng)用價值。

2.1.5 輔助輸出圖紙

基于BIM模型的全專業(yè)的二維出圖：在綜合管廊項(xiàng)目全過程設(shè)計中，由于基礎(chǔ)設(shè)施施工企業(yè)水平的差異，交付成果時將模型轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)的二維圖紙仍是過渡期不可缺少的工作。

相較于傳統(tǒng)的CAD出圖，Bentley綜合管廊出圖不僅可以支持二維平、立、剖面展示，并配以3D模型清晰顯示內(nèi)部構(gòu)造，對復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工具有積極的指導(dǎo)意義。一方面提高了出圖質(zhì)量，另一方面也提高了出圖速度。（圖1）

2.2 施工階段

施工BIM+3S模型創(chuàng)建；BIM+3S動態(tài)施工管理；創(chuàng)建管廊BIM+3S應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、成檢表格。

2.2.1 施工BIM建模

管廊施工圖深度建模：施工場地模擬，交通疏散及管線遷改，施工方案模擬，三維技術(shù)交底，自動放樣定位，模型維護(hù)更新。施工場地模擬：管廊周圍環(huán)境、施工場地建模，明挖施工模擬，盾構(gòu)施工模擬，機(jī)械碰撞模擬；交通疏散及管線遷改：基于BIM+3S模型，可視化模擬現(xiàn)狀環(huán)境、道路及周邊管線進(jìn)行，預(yù)先觀察到交通疏解、路面拆除、管線布置方案是否合理，同時保存方案數(shù)據(jù)，作為后續(xù)工作的依據(jù)；施工方案模擬：施工階段WBS架構(gòu)劃分及模擬，挖掘機(jī)械與支撐系統(tǒng)空間位置，支撐系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)主體位置碰撞，結(jié)構(gòu)鋼筋之間位置碰撞，標(biāo)準(zhǔn)段與節(jié)點(diǎn)空間位置碰撞，交叉口空間位置碰撞，預(yù)埋件與管線和主體位置碰撞，管線與管線之間碰撞，盾構(gòu)機(jī)與工作井空間位置碰撞；三維技術(shù)交底：基坑圍護(hù)，地基處理，管廊標(biāo)準(zhǔn)段主體施工，管廊節(jié)點(diǎn)施工，管廊基坑回填施工，管廊管線入廊施工三維技術(shù)交底；自動放樣定位：將施工BIM模型導(dǎo)入放樣軟件進(jìn)行放樣點(diǎn)創(chuàng)建，基于BIM+3S數(shù)據(jù)庫，采用放樣機(jī)器人，通過發(fā)射紅外激光自動照準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)自動放樣；模型維護(hù)更新：在施工過程中全程跟蹤項(xiàng)目，根據(jù)設(shè)計變更同步維護(hù)和更新模型，使模型始終與真實(shí)的建筑保持一致，并在施工完成后提交竣工模型。

2.2.2 GIS信息建模

創(chuàng)建二三維一體化GIS模型，提供地圖顯示和定位功能；提供專業(yè)GIS分析功能，包括距離量測、面積量測、空間查詢、沉降分析和變形分析等；地圖顯示：包括矢量地圖顯示和衛(wèi)星地圖顯示，真實(shí)展現(xiàn)工程涉及范圍內(nèi)的地形、地貌等特征；通過GPS和WIFI定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)廊內(nèi)廊外一體化定位。

2.2.3 RS信息建模

創(chuàng)建RS（遙感）模型，提供影像一張圖和管廊周邊環(huán)境變換信息提?。挥跋褚粡垐D：采用高分辨率光學(xué)衛(wèi)星、遙感雷達(dá)生成的影像對管廊建設(shè)區(qū)域進(jìn)行覆蓋監(jiān)測，為管廊施工規(guī)劃和管理提供可視化的影像服務(wù)；通過監(jiān)測管廊及周邊的狹長地帶，對環(huán)境變化及影響進(jìn)行評估。

2.2.4 質(zhì)量安全管理

安全標(biāo)識標(biāo)牌、現(xiàn)場防護(hù)措施和防護(hù)設(shè)備的模型創(chuàng)建，安全標(biāo)識標(biāo)牌模型創(chuàng)建，現(xiàn)場防護(hù)措施模型創(chuàng)建，現(xiàn)場防護(hù)設(shè)備模型創(chuàng)建；系統(tǒng)支持現(xiàn)場管理人員進(jìn)行“按圖釘”操作，在三維模型中快速標(biāo)記有質(zhì)量問題、安全隱患的構(gòu)件，用于記錄巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的施工質(zhì)量問題、安全隱患問題；允許用戶在移動端上拍攝現(xiàn)場問題照片，并能夠保存、上傳與三維模型鏈接相關(guān)的照片，添加質(zhì)量問題的文字描述；平臺能夠按周、月、季度導(dǎo)出施工質(zhì)量統(tǒng)計表，作為后續(xù)考核的指標(biāo)。

①碰撞檢查。

操作方法：把建好的各個模型在碰撞檢查軟件中檢查軟硬碰撞，并出具碰撞報告。

應(yīng)用效果：能夠消除軟、硬碰撞，優(yōu)化工程設(shè)計，避免在施工階段可能發(fā)生的錯誤損失和返工的可能；能優(yōu)化管線排布方案（包括臨設(shè)的管線布置方案）。

1）通過數(shù)據(jù)直接輸出碰撞結(jié)果，包括專業(yè)、數(shù)量、以及位置。在管廊出入孔布線的應(yīng)用不管是在設(shè)計還是施工階段應(yīng)用效果都非常突出。（圖2）。

2）通過對各區(qū)域的空間碰撞檢討，優(yōu)化空間利用率，以及保證施工空間。（圖3）

2.2.5 進(jìn)度管理

將BIM模型與進(jìn)度計劃數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，在平臺中顯示 3D 模型的動態(tài)變化，對工程進(jìn)度進(jìn)行模擬、分析和管理。

操作方法：根據(jù)三維按WBS架構(gòu)細(xì)分的模型，把工程量清單編碼規(guī)劃導(dǎo)入模型構(gòu)件中，實(shí)現(xiàn)計量計價的實(shí)時提取。

應(yīng)用效果：能夠快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行月度產(chǎn)值審核，實(shí)現(xiàn)過程三算對比，對進(jìn)度款的撥付做到游刃有余；工程造價管理人員可及時、準(zhǔn)確地篩選和調(diào)用工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。（圖4）

2.2.6 成本管理

將BIM模型與進(jìn)度計劃數(shù)據(jù)、價格數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，對每個月、每一周所需的項(xiàng)目成本進(jìn)行模擬、分析和管理；可快速預(yù)測按照當(dāng)前進(jìn)度計劃安排和價格在整個項(xiàng)目周期內(nèi)的投資情況（包括計劃投資、實(shí)際投資、累積投資等），分析階段和整體投資分布，合理安排資金，降低工程成本。

2.2.7 資源管理

平臺可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備材料到貨計劃管理，設(shè)備詳細(xì)參數(shù)信息管理，設(shè)備材料狀態(tài)管理和庫存預(yù)警；BIM模型中構(gòu)件二維碼的編碼規(guī)則；平臺基于BIM系統(tǒng)提供二維碼制作，通過于統(tǒng)一編碼規(guī)則打印并生成構(gòu)件二維碼圖片，實(shí)現(xiàn)可追溯管理。

2.3 運(yùn)營階段

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化：管廊管線、設(shè)施設(shè)備、運(yùn)營維護(hù)；智能化：實(shí)時監(jiān)測、視頻監(jiān)控、設(shè)備控制。

為實(shí)現(xiàn)運(yùn)營階段的數(shù)據(jù)化、智能化，平臺分四層架構(gòu)設(shè)計：

數(shù)據(jù)采集與設(shè)備控制層：采集感知傳感器實(shí)時數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)信息、視頻信息，同時智能設(shè)備執(zhí)行遠(yuǎn)端平臺控制命令；

傳輸層：在管廊空間部署有線無線一體化組網(wǎng)，將智能網(wǎng)關(guān)采集的信息，上傳到平臺層；

平臺層即云平臺：數(shù)據(jù)由云平臺處理與分析，包含BIM模型、GIS地圖、GPS定位、RS遙感等功能組件；

應(yīng)用層：部署全景展示、實(shí)時監(jiān)測、設(shè)備控制、報警應(yīng)急、指揮調(diào)度、移動巡檢、統(tǒng)計分析等應(yīng)用，滿足實(shí)際場景需求。

智慧管廊綜合管理平臺的總體架構(gòu)圖（圖5）。

2.3.1 GIS展示

展示管廊全貌、定位管廊信息、沉降監(jiān)測分析（圖6）。

遙感影像展示、周邊環(huán)境監(jiān)測（圖7）。

2.3.2 BIM展示

基于BIM數(shù)據(jù)庫，展現(xiàn)管廊、管線模型（圖8）。

虛擬管廊：身臨其境地體驗(yàn)管廊效果和細(xì)節(jié)（圖9）。

通過設(shè)施設(shè)備BIM模型，查看設(shè)備信息、狀態(tài)（圖10）。

2.3.3 綜合監(jiān)控

通過在綜合管廊中設(shè)置各種傳感器，進(jìn)行多傳感器融合集成監(jiān)測，確保管廊運(yùn)行安全（圖11）。

遠(yuǎn)程控制燈光、門禁、風(fēng)機(jī)、水泵等（圖12）。

通過有線和無線組網(wǎng)方式，在管廊內(nèi)部、外部、出入口等關(guān)鍵區(qū)域部署視頻監(jiān)控系統(tǒng)（圖13）。

2.3.4 報警應(yīng)急

當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過閾值，系統(tǒng)報警，并將信息推送到負(fù)責(zé)人，啟動應(yīng)急預(yù)案，運(yùn)營維護(hù)人員通過GIS定位，確定附近攝像頭，遠(yuǎn)程查看報警現(xiàn)場（圖14）。

2.3.5 設(shè)備管理

有序管理空間信息、管線信息、設(shè)施設(shè)備信息（圖15）。

2.3.6 運(yùn)維管理

對設(shè)施設(shè)備全生命周期進(jìn)行有效管理（圖16）。

2.3.7 統(tǒng)計分析

將監(jiān)測信息、基礎(chǔ)信息、報警信息、維保信息等，進(jìn)行統(tǒng)一的分析處理，支撐管理決策（圖17）。

2.3.8 移動巡檢APP

現(xiàn)場照片、圖像現(xiàn)集，自動上傳服務(wù)器；

語音視頻、無線對講，巡檢簽到；

報警位置導(dǎo)航、巡檢路徑后臺同步（圖18）。

3 總結(jié)

2016年10月，南京市江北新區(qū)綜合管廊二期工程動土開工，智慧管廊建設(shè)同步開始。53公里大斷面地下綜合管廊在全國屬大體量建設(shè)規(guī)模，故實(shí)現(xiàn)南京智慧管廊高效安全運(yùn)營顯得無比重要。通過三個月的努力，在上級單位與合作單位的指導(dǎo)幫助下，BIM+3S綜合管理平臺實(shí)施方案已順利完成并得到相關(guān)部門認(rèn)可。在實(shí)施過程中不可避免地會進(jìn)一步修改、完善。目前，全國管廊大規(guī)模建設(shè)帷幕已經(jīng)拉開，為能給建設(shè)智慧管廊摸索中的人們提供一點(diǎn)微不足道思路，特把南京市江北新區(qū)綜合管廊二期工程智慧化管理平臺實(shí)施方案呈獻(xiàn)給讀者。

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