綜合管廊運(yùn)維管理信息化系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中結(jié)合BIM的建議

孔令超,　姬衛(wèi)東,　郭亨波

[1.上海博坤信息技術(shù)有限公司, 上?！?00032;2.上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司, 上海　200063]

0　引　言

當(dāng)前,綜合管廊的建設(shè)工作在各地展開(kāi),已有多地完成建設(shè)施工而轉(zhuǎn)入運(yùn)維階段,更多地方則正在進(jìn)行建設(shè)施工,同時(shí)籌備用于監(jiān)控報(bào)警和管理運(yùn)維業(yè)務(wù)的信息化系統(tǒng)建設(shè)工作。信息化已不僅是對(duì)傳統(tǒng)紙質(zhì)管理模式的簡(jiǎn)單替代,而是向著體系化、人性化、智慧化的方向發(fā)展。然而,綜合管廊行業(yè)依然面臨一系列問(wèn)題:如何在移交運(yùn)營(yíng)之初建立起一個(gè)數(shù)據(jù)齊備、功能完善的管理系統(tǒng),如何將信息化管理與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行對(duì)應(yīng)管理,以何種方式對(duì)紛繁的動(dòng)靜態(tài)信息進(jìn)行收集承載、聚合索引并直觀呈現(xiàn)等[1-3]。

本文針對(duì)管廊運(yùn)維階段的各方需求,基于BIM管理理念和信息支撐能力,對(duì)此展開(kāi)研究。

1　綜合管廊運(yùn)維信息化建設(shè)目標(biāo)與現(xiàn)狀

綜合管廊信息化建設(shè)的指導(dǎo)綱要是住建部、國(guó)家質(zhì)監(jiān)總局聯(lián)合發(fā)布的《城鎮(zhèn)綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》,在此之上,各地也結(jié)合自身需求,籌劃建設(shè)更為智慧化的、融合監(jiān)控報(bào)警和運(yùn)維業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理平臺(tái)。雖然各地在實(shí)現(xiàn)上會(huì)各有不同,但整體目標(biāo)中有如下共通點(diǎn):

(1) 信息化系統(tǒng)圍繞保障運(yùn)作安全、提升管理效率來(lái)規(guī)劃和設(shè)計(jì),在傳統(tǒng)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上結(jié)合各項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧化的監(jiān)控和管理。

(2) 通過(guò)融合監(jiān)控報(bào)警、安全防范、會(huì)商指揮調(diào)度等子系統(tǒng),結(jié)合室內(nèi)定位、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、電視墻等技術(shù)和設(shè)施,實(shí)現(xiàn)管理鏈路的全貫通,提升管理效率和應(yīng)對(duì)的及時(shí)有效性。

(3) 結(jié)合GIS/BIM,通過(guò)三維可視化技術(shù),實(shí)現(xiàn)直觀信息展示。

(4) 應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云服務(wù)、大數(shù)據(jù)、人工智能等一系列新技術(shù)概念。

綜合管廊運(yùn)維的信息化建設(shè)周期長(zhǎng),涉及多專(zhuān)業(yè)、涵蓋多領(lǐng)域的系統(tǒng)工程,雖然各地綜合管廊在開(kāi)始都以“高起點(diǎn)規(guī)劃、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)”的指導(dǎo)方針建設(shè),但是當(dāng)綜合管廊設(shè)計(jì)施工工作進(jìn)入尾聲開(kāi)始轉(zhuǎn)入運(yùn)維階段時(shí),仍會(huì)發(fā)現(xiàn)在管理信息化方面存在如下問(wèn)題:

(1) 綜合管廊缺乏成熟的運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn),而新制定的運(yùn)維管理規(guī)范不夠明確,雖有規(guī)范指導(dǎo),但落實(shí)到應(yīng)用層面仍顯不足,需求的不明導(dǎo)致在信息化建設(shè)方向上的不明確。

(2) 在綜合管廊的設(shè)計(jì)和建設(shè)過(guò)程中雖然有應(yīng)用BIM技術(shù),但是對(duì)BIM的理念精髓把握不夠準(zhǔn)確,更多地把BIM技術(shù)當(dāng)作三維展示的工具,全生命周期管理的制度化建設(shè)明顯不足。

(3) 綜合管廊的運(yùn)維信息化系統(tǒng)建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程,前期規(guī)劃缺失或準(zhǔn)備工作不到位,導(dǎo)致在運(yùn)維階段無(wú)法達(dá)到設(shè)想的效果。

(4) 信息分散,缺乏一條主線(xiàn)將各類(lèi)紛繁的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合索引。

(5) 新技術(shù)應(yīng)用空泛,隔離網(wǎng)絡(luò)中無(wú)法體現(xiàn)云計(jì)算價(jià)值,大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用不夠深入,對(duì)人工智能技術(shù)的理解還停留在巡檢機(jī)器人的階段,沒(méi)有有效利用各項(xiàng)信息化技術(shù)。

2　基于BIM的綜合管廊運(yùn)維信息化體系

結(jié)合綜合管廊信息化系統(tǒng)的整體建設(shè)目標(biāo)和當(dāng)前普遍存在的問(wèn)題分析,可以發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題都是需要建立相關(guān)的制度化規(guī)范體系和規(guī)劃相應(yīng)的應(yīng)用體系來(lái)解決[4-5]。

2.1　BIM全生命周期管理體系

全生命周期管理是BIM的一個(gè)核心理念,在管廊的規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)施工階段貫徹此理念,除能保證管廊本體建設(shè)的順利進(jìn)行,對(duì)后續(xù)管廊運(yùn)維階段的數(shù)據(jù)積累、體系建設(shè)都大有益處。在管廊的設(shè)計(jì)建造階段可以進(jìn)行以下方面的機(jī)制建設(shè)。

(1) BIM建模標(biāo)準(zhǔn)的制定,綜合管廊的BIM建模標(biāo)準(zhǔn)將約束模型的顆粒度、模型屬性的完備度,而這些也決定后續(xù)運(yùn)維階段可用數(shù)據(jù)的范圍和精細(xì)度,一般需要在設(shè)計(jì)階段和機(jī)電招標(biāo)階段對(duì)設(shè)計(jì)單位和機(jī)電供應(yīng)商提出要求。

(2) BIM與資產(chǎn)清冊(cè)的對(duì)應(yīng)及統(tǒng)一,通過(guò)BIM的集成交付來(lái)實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)清冊(cè)的交付是理想方式,但是在實(shí)踐中很難實(shí)現(xiàn),在此條件下必須實(shí)現(xiàn)BIM與資產(chǎn)清冊(cè)的對(duì)應(yīng)及統(tǒng)一,來(lái)實(shí)現(xiàn)后續(xù)運(yùn)維過(guò)程中的資產(chǎn)管理。

(3) 約束和規(guī)范BIM與綜合監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的對(duì)應(yīng),BIM與綜合監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的融合是智慧運(yùn)維管理平臺(tái)的一個(gè)核心功能,因而將BIM中的設(shè)施設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)的點(diǎn)位進(jìn)行對(duì)應(yīng)也是重要工作,此項(xiàng)工作的建立將大幅提升后續(xù)管廊運(yùn)維管理信息的信息融合度。

(4) 確立BIM更新機(jī)制,在管廊投入運(yùn)營(yíng)中隨著管線(xiàn)入廊、內(nèi)部調(diào)整、改擴(kuò)建等,管廊本身會(huì)發(fā)生各種變化,這些變化要持續(xù)體現(xiàn)在運(yùn)維系統(tǒng)中,需要一個(gè)長(zhǎng)效機(jī)制來(lái)保障BIM的及時(shí)性、準(zhǔn)確性。

2.2　多源異構(gòu)信息整合索引數(shù)據(jù)體系

在綜合管廊的運(yùn)維過(guò)程中,需要納入管理或在管廊運(yùn)維過(guò)程中會(huì)涉及到各方面的信息源,而這些數(shù)據(jù)自身的形式多種多樣。在面向多源異構(gòu)信息源構(gòu)建數(shù)據(jù)整合索引體系時(shí),將數(shù)據(jù)分為三類(lèi)不同方式:

(1) 時(shí)序數(shù)據(jù),即實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),包括環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、管線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)檢測(cè)數(shù)據(jù)等時(shí)間序列數(shù)據(jù),宜采用時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。

(2) 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),包括靜態(tài)屬性信息、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等,宜采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù),如Oracle、MySQL、PostgresQL等存儲(chǔ)。

(3) 非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及元數(shù)據(jù)鍵值對(duì),包括大量的視頻影像、文檔文件等,此類(lèi)數(shù)據(jù)宜采用MongoDB GridFS和 Hbase混合方式實(shí)現(xiàn)。

多源異構(gòu)信息源的數(shù)據(jù)整合索引體系如圖1所示。

在數(shù)據(jù)體系的建設(shè)中,GIS/BIM既是承繼管廊規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)施工階段信息、整合索引多源數(shù)據(jù)的線(xiàn)索,同時(shí)又是信息展示、數(shù)據(jù)表達(dá)的重要載體。采用GIS來(lái)實(shí)現(xiàn)城市地下綜合管廊的空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和拓?fù)潢P(guān)系的一體化管理,不僅會(huì)使城市綜合管廊管理工作量大大減少,還可以為大數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供預(yù)留,為綜合管廊的規(guī)劃和建設(shè)提供科學(xué)的決策支持。

圖1　多源異構(gòu)信息源的數(shù)據(jù)整合索引體系

2.3　高擴(kuò)展性高伸縮性系統(tǒng)架構(gòu)體系

管廊信息化系統(tǒng)根據(jù)管廊管理的需要,建議采用數(shù)據(jù)與應(yīng)用大集中的架構(gòu)方式,即平臺(tái)主要的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和應(yīng)用系統(tǒng)集中放置于一處,采用成熟先進(jìn)的基礎(chǔ)軟件系統(tǒng)和設(shè)計(jì)模式,滿(mǎn)足各項(xiàng)應(yīng)用及性能指標(biāo)要求。

綜合管廊智慧運(yùn)維管理平臺(tái)建立在各常規(guī)監(jiān)控子系統(tǒng)之上,平臺(tái)匯集大量的實(shí)時(shí)傳感器信息后可結(jié)合規(guī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析,及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)隱患及突發(fā)意外,并警示應(yīng)對(duì)。將物聯(lián)網(wǎng)與BIM技術(shù)整合,再結(jié)合平臺(tái)知識(shí)共享、協(xié)同工作功能,實(shí)現(xiàn)管廊的可視化動(dòng)態(tài)管理。

綜合管廊智慧運(yùn)維管理平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2　綜合管廊智慧運(yùn)維管理平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

在技術(shù)層面,系統(tǒng)采用面向服務(wù)的架構(gòu)(SOA)方式,可以把業(yè)務(wù)與技術(shù)分離,實(shí)現(xiàn)軟件資源的共享與重用、隨需求擴(kuò)展系統(tǒng)。

2.4　多部門(mén)多終端應(yīng)用體系

在綜合管廊的運(yùn)維管理工作中涉及到不同部門(mén)不同崗位,這些部門(mén)和崗位因其自身職責(zé)的不同,對(duì)信息化系統(tǒng)也有多樣的訴求。

(1) 政府管理部門(mén):對(duì)管廊運(yùn)營(yíng)進(jìn)行行業(yè)指導(dǎo)和監(jiān)管,協(xié)調(diào)管廊運(yùn)營(yíng)企業(yè)和管線(xiàn)權(quán)屬單位之間的工作。

(2) 管廊運(yùn)營(yíng)企業(yè):負(fù)責(zé)管廊運(yùn)營(yíng)具體實(shí)務(wù),對(duì)管廊運(yùn)營(yíng)的各類(lèi)業(yè)務(wù)進(jìn)行連續(xù)性規(guī)劃,向政府管理部門(mén)上報(bào)各類(lèi)信息;一線(xiàn)工作人員則需采集管廊運(yùn)行的各類(lèi)數(shù)據(jù),對(duì)各類(lèi)事件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處置。

(3) 管線(xiàn)權(quán)屬單位:本專(zhuān)業(yè)地下管線(xiàn)的管理責(zé)任主體,自有管線(xiàn)入廊計(jì)劃編制及工程實(shí)施,負(fù)責(zé)自有管線(xiàn)的設(shè)施維護(hù)及日常管理。

這些崗位分布在不同的機(jī)構(gòu)部門(mén)中,而且工作場(chǎng)合也不盡相同,因而有必要設(shè)計(jì)多種終端形式(面向控制中心的監(jiān)控大屏,面向各類(lèi)人員的Web客戶(hù)端,面向現(xiàn)場(chǎng)工作人員的移動(dòng)客戶(hù)端,面向管理人員和外部人員的微信服務(wù)號(hào),面向外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口)針對(duì)性地提供信息服務(wù),支持業(yè)務(wù)開(kāi)展。

3　建設(shè)內(nèi)容及實(shí)施路徑

基于BIM技術(shù)的綜合管廊智慧運(yùn)維管理平臺(tái)將構(gòu)建由多個(gè)部分構(gòu)成的信息化體系,這需要在管廊的規(guī)劃和建設(shè)階段進(jìn)行整體方案的設(shè)計(jì),在機(jī)電安裝時(shí)做好充分的準(zhǔn)備和技術(shù)預(yù)留,并在運(yùn)維階段的應(yīng)用中持續(xù)演進(jìn)。在實(shí)踐中,建設(shè)內(nèi)容應(yīng)包含以下方面。

(1) 建立綜合管廊運(yùn)營(yíng)管理的一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,以此指導(dǎo)和約束后續(xù)工作,包括用以構(gòu)建系統(tǒng)BIM基礎(chǔ)的BIM建模標(biāo)準(zhǔn)及BIM信息收集管理標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 建立實(shí)用、先進(jìn)的機(jī)房及控制中心。

(3) 建立安全、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,包括廊內(nèi)無(wú)線(xiàn)覆蓋。

(4) 建立監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)收集機(jī)制。

(5) 建立共享數(shù)據(jù)庫(kù)。

(6) 建立面向服務(wù)的軟件架構(gòu)。

(7) 建立穩(wěn)定、高效的組件服務(wù)。

(8) 在以上標(biāo)準(zhǔn)、原則、架構(gòu)的基礎(chǔ)上建設(shè)系統(tǒng)功能:管廊本體及入廊管線(xiàn)綜合監(jiān)控集成;資產(chǎn)及物資管理;管廊日常運(yùn)維工作管理;管廊入廊及費(fèi)用核算;應(yīng)急預(yù)案及事件處置;綜合統(tǒng)計(jì)分析;其他輔助功能。

(9) 面向不同參與角色的應(yīng)用終端。

(10) 建立完善的安全保障機(jī)制。

(11) 長(zhǎng)效的平臺(tái)維護(hù)管理機(jī)制。

在實(shí)施路徑上應(yīng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)先行的方式,以標(biāo)準(zhǔn)約束各項(xiàng)工作,保障信息化建設(shè)的各底層結(jié)構(gòu)的完善建立,在建成綜合管廊智慧運(yùn)維管理平臺(tái)后,更應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)管督促各項(xiàng)工作,體現(xiàn)信息化建設(shè)的應(yīng)用價(jià)值,為平臺(tái)提供準(zhǔn)確及時(shí)的信息反饋,進(jìn)而形成良性循環(huán)。

4　結(jié)　語(yǔ)

為解決管廊運(yùn)維信息化建設(shè)中遇到的幾個(gè)普遍問(wèn)題,提出基于BIM全生命周期管理理念,在規(guī)劃設(shè)計(jì)和施工建設(shè)階段開(kāi)始為運(yùn)維階段的信息化建設(shè)預(yù)設(shè)鋪墊,開(kāi)展各項(xiàng)前期工作,為管廊運(yùn)維交付時(shí)同步提供信息化管理工具準(zhǔn)備相關(guān)資源,避免運(yùn)維初期的管理空窗,保障管廊運(yùn)維安全,提升地下綜合管廊的管理效率,并設(shè)立長(zhǎng)效機(jī)制,保障管廊運(yùn)維信息化工作的延續(xù)性。