綜合管廊智能運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

曹蕊 臺啟民 史金棟 趙欣 肖燃

摘 要：城市綜合管廊運(yùn)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(shè)規(guī)模擴(kuò)大及智能運(yùn)維需求的增長，已有的管理手段不能滿足安全高效運(yùn)維的需求。本文以BIM和GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，從技術(shù)和平臺的的角度，為綜合管廊運(yùn)維的可視化、智能管理進(jìn)行探討和研究，促進(jìn)城市綜合管廊安全運(yùn)行，提高運(yùn)行效率。

關(guān)鍵詞：綜合管廊；智能運(yùn)維；BIM；GIS；可視化

中圖分類號：TU990.3 文獻(xiàn)標(biāo)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(chǔ)設(shè)施和服務(wù)設(shè)施的運(yùn)行平臺，其運(yùn)維管理對于保證“城市生命線”系統(tǒng)安全，實(shí)現(xiàn)城市精細(xì)化管理與應(yīng)急保障，將起到至關(guān)重要的作用。國務(wù)院辦公廳《關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見（國辦發(fā)〔2015〕61號）》中指出，在滿足基本公共服務(wù)功能的前提下，應(yīng)切實(shí)提高綜合管廊的管理水平。綜合管廊的智能運(yùn)維也已成為智慧城市建設(shè)及體現(xiàn)的關(guān)鍵一環(huán)。

2 綜合管廊智能運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)

2.1 綜合管廊動態(tài)監(jiān)控及故障處置可視化技術(shù)

對于綜合管廊而言，GIS系統(tǒng)內(nèi)的信息主要包括絡(luò)綜合管廊、管線、道路和相關(guān)建筑物等的宏觀信息；BIM中信息主要包括管廊內(nèi)結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管線等的微觀信息，如設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)、維護(hù)維修記錄等；物聯(lián)網(wǎng)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(nèi)環(huán)境溫度、視屏監(jiān)控信息等。將三者信息進(jìn)行集成將能夠建立一個完備的綜合管廊運(yùn)維信息系統(tǒng)，以實(shí)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(yùn)行維護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。融合BIM及GIS技術(shù)，集成綜合管廊內(nèi)消防、通風(fēng)、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(shí)現(xiàn)綜合管廊環(huán)境、結(jié)構(gòu)、管線、設(shè)備實(shí)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(shù)，實(shí)現(xiàn)綜合管廊狀態(tài)監(jiān)測、故障報(bào)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(yīng)急處置能力。

2.2 綜合管廊智能運(yùn)維調(diào)度優(yōu)化

未來的管廊將實(shí)現(xiàn)城市一體化管理，管廊出現(xiàn)異常報(bào)警后，搶險修復(fù)實(shí)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(yùn)營的效率與降低搶險成本，是管廊運(yùn)營搶險決策中面臨的重要問題。其本質(zhì)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(guān)的限制條件（約束）下，使設(shè)計(jì)指標(biāo)（目標(biāo)）達(dá)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(biāo)函數(shù)值最小的組合優(yōu)化問題。該技術(shù)研究與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)管廊運(yùn)營單位與管線單位的數(shù)據(jù)協(xié)同交互，常態(tài)下進(jìn)行正常運(yùn)維；非常態(tài)下，如預(yù)測到較嚴(yán)重或突發(fā)事件時，政府可及時介入?yún)f(xié)調(diào)解決。在日常的運(yùn)維中，綜合管廊的人員調(diào)度需考慮成本效益，根據(jù)動態(tài)規(guī)劃算法的分析結(jié)果，科學(xué)合理的設(shè)置檢修人員的數(shù)量及檢修的頻次等；在非常態(tài)即應(yīng)急狀態(tài)下，需以安全為第一要務(wù)，可以通過建立目標(biāo)函數(shù)與約束條件，最終形成最優(yōu)化模型，盡量降低經(jīng)濟(jì)損失，以達(dá)到提高管廊全網(wǎng)運(yùn)維工作效率的目的。

2.3 綜合管廊融合通信技術(shù)

保障入廊人員安全是綜合管廊日常運(yùn)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(shè)規(guī)范，在管廊內(nèi)每隔100米設(shè)置的一個固定語音通信設(shè)備，使用不便利，一起是在應(yīng)急情況下問題更嚴(yán)重。應(yīng)用WiFi構(gòu)建的數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行無線通信的技術(shù)，解決廊內(nèi)有線通信不便利的問題，同時利用了廊內(nèi)數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，降低建設(shè)成本，并將固定語音通信、無線通信、廣播應(yīng)用進(jìn)行融合通信，同時室內(nèi)外定位技術(shù)，結(jié)合巡檢APP應(yīng)用，滿足廊內(nèi)人員的通信、巡檢、定位等業(yè)務(wù)需要，夯實(shí)綜合管廊智能化運(yùn)維的硬件技術(shù)基礎(chǔ)。

3 綜合管廊智能運(yùn)維平臺設(shè)計(jì)

3.1 綜合管廊智能運(yùn)維平臺的功能

平臺需滿足綜合管廊智能運(yùn)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(yùn)維人員的調(diào)度指揮、應(yīng)急處置、運(yùn)維數(shù)據(jù)分析和智能決策等。根據(jù)綜合管廊的運(yùn)維需求，智能運(yùn)維平臺還應(yīng)包含入廊管線審批、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程編制及績效考核等擴(kuò)展功能，以支撐平臺的良好運(yùn)行。通過搭建智能運(yùn)維平臺，實(shí)現(xiàn)綜合管廊運(yùn)維指令上傳下達(dá)的通暢、日常調(diào)度管理的經(jīng)濟(jì)高效、運(yùn)維數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及時以及監(jiān)控可視。綜合管廊智能運(yùn)維擴(kuò)展功能框架圖如圖1所示。

3.2 綜合管廊智能運(yùn)維平臺的總體架構(gòu)

結(jié)合綜合管廊的自身特點(diǎn)，按照綜合管廊的數(shù)據(jù)從來源到應(yīng)用的周期過程，采用“綜合管廊智能運(yùn)維平臺五層架構(gòu)”模式進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃（圖2所示）。各層的主要部署如下：

（1）數(shù)據(jù)源。本層主要部署基于物聯(lián)網(wǎng)的介入設(shè)備，如環(huán)境和監(jiān)測設(shè)備、安防設(shè)備、采集的日常運(yùn)維、廊體及環(huán)境的監(jiān)測等數(shù)據(jù)；同時預(yù)留BIM、GIS等數(shù)據(jù)接口，以及氣象、地震等外部部門的數(shù)據(jù)。（2）數(shù)據(jù)采集層。本層數(shù)據(jù)采集服務(wù)端基于實(shí)時定位與制圖（SLAM）的城市地下空間三維數(shù)據(jù)采集技術(shù)將結(jié)合結(jié)合激光掃描技術(shù)與移動測量技術(shù)的優(yōu)勢，形成一項(xiàng)全新的三維移動測量技術(shù)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)在沒有GPS和復(fù)雜慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的環(huán)境下，僅依靠技術(shù)設(shè)備自身配置的簡單慣性測量裝置，實(shí)現(xiàn)城市綜合管道數(shù)據(jù)的快速、便捷、低成本的采集。（3）數(shù)據(jù)存儲層。本層將大數(shù)據(jù)平臺分為三大數(shù)據(jù)庫，分別為監(jiān)測管廊與各管線風(fēng)險的實(shí)時數(shù)據(jù)庫、可視化監(jiān)測與展示的BIM與GIS信息庫和存儲常規(guī)運(yùn)營資料的運(yùn)維管理數(shù)據(jù)庫。（4）數(shù)據(jù)計(jì)算層。本層采取分布式計(jì)算的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合與分析，分布式計(jì)算將該應(yīng)用分解成許多小的部分，分配給多臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。這樣可以節(jié)約整體計(jì)算時間，大大提高計(jì)算效率。（5）數(shù)據(jù)應(yīng)用層。本層將經(jīng)平臺計(jì)算后的數(shù)據(jù)應(yīng)用到各個業(yè)務(wù)當(dāng)中，包括系統(tǒng)管理、綜合監(jiān)控、應(yīng)急管理、日常管理、資產(chǎn)管理、決策與分析、模型管理與移動APP等。

4 結(jié)語

本文主要分析了城市綜合管廊智能運(yùn)維的國內(nèi)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(yùn)維基礎(chǔ)及需要解決的關(guān)鍵技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了平臺架構(gòu)，為今后城市綜合管廊智能運(yùn)維的研究和應(yīng)用拋磚引玉，提供一定的借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

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