基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的首都機(jī)場(chǎng)管網(wǎng)系統(tǒng)介紹

□ 北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)股份有限公司信息科技部 王瀚林 張玄弋 任高翔 北京首都機(jī)場(chǎng)動(dòng)力能源有限公司 林陳子/文

在我國(guó)進(jìn)入“互聯(lián)網(wǎng)+”的新時(shí)代背景下，伴隨著各類(lèi)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)信息化已經(jīng)成為大勢(shì)所趨，對(duì)于本來(lái)數(shù)字化程度一直處于較低水平的地下管網(wǎng)系統(tǒng)更是一次革命，2017年10月，十九大提出建設(shè)“智慧社會(huì)，交通強(qiáng)國(guó)”的發(fā)展理念，首都機(jī)場(chǎng)作為國(guó)內(nèi)尤為重要的交通樞紐，地下布置的管網(wǎng)更是機(jī)場(chǎng)的生命線(xiàn)，因此，首都機(jī)場(chǎng)為響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，保證服務(wù)質(zhì)量，提高地下管網(wǎng)維護(hù)及管理效率，采用了新型智慧管網(wǎng)管理模式，本文先介紹了智慧管網(wǎng)的概念，然后介紹了首都機(jī)場(chǎng)智慧管網(wǎng)的組成架構(gòu)及采用的技術(shù)，又詳細(xì)說(shuō)明了其主要的功能模塊，最后對(duì)此系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)中的應(yīng)用作出展望。

智慧管網(wǎng)是以基礎(chǔ)管線(xiàn)設(shè)施為基礎(chǔ)，再以當(dāng)今信息技術(shù)為輔助和支撐，應(yīng)用了GIS（地理信息系統(tǒng)），BIM（建筑信息模型技術(shù)），SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，賦予管網(wǎng)“智慧”，使管網(wǎng)能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、安全預(yù)警、排除隱患、輔助決策等功能。智慧管網(wǎng)是我國(guó)智慧城市中的重要組成部分，也是我國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略中一大應(yīng)用。

首都機(jī)場(chǎng)作為中國(guó)最繁忙、位置最重要的機(jī)場(chǎng)，地下布置著超過(guò)10余種管線(xiàn)資源，機(jī)場(chǎng)的一切活動(dòng)都離不開(kāi)這些生命線(xiàn)。但隨著多次大規(guī)模擴(kuò)建，地下管網(wǎng)范圍越來(lái)越廣，管線(xiàn)種類(lèi)越來(lái)越多，管理難度逐漸提高。因此，為保證服務(wù)質(zhì)量，提高管網(wǎng)管理及維護(hù)效率，保障機(jī)場(chǎng)一切活動(dòng)順利進(jìn)行，首都機(jī)場(chǎng)對(duì)機(jī)場(chǎng)地下管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了智慧化管理，建立了智慧管網(wǎng)系統(tǒng)。本文在介紹智慧管網(wǎng)的概念后，詳細(xì)論述了首都機(jī)場(chǎng)的智慧管網(wǎng)系統(tǒng)。

智慧管網(wǎng)的概念與發(fā)展

（一）智慧管網(wǎng)的概念

智慧管網(wǎng)，即管網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)。智慧管網(wǎng)的概念是基于智慧城市的基礎(chǔ)上提出的，是智慧城市體系中的一個(gè)重要分支，其自身也可以獨(dú)自成為一個(gè)完整的管理系統(tǒng)。首都機(jī)場(chǎng)智慧管網(wǎng)系統(tǒng)主要針對(duì)供水排水管線(xiàn)、燃?xì)夤芫€(xiàn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使工作人員能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能實(shí)施遠(yuǎn)程開(kāi)啟或關(guān)閉緊急設(shè)備等關(guān)鍵操作。其理想的目標(biāo)是可靠的無(wú)人值守、遠(yuǎn)程遙控以及動(dòng)態(tài)監(jiān)視，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)、分析和預(yù)警，在需要時(shí)能夠應(yīng)急處置并聯(lián)動(dòng)。

（二）智慧管網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)管網(wǎng)系統(tǒng)由于管線(xiàn)種類(lèi)繁多，且每個(gè)類(lèi)別的管線(xiàn)都由其主管單位自己負(fù)責(zé)，在施工方面上缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和布局，在管理方面，由于各單位各自為政，在管理管網(wǎng)時(shí)存在信息孤島，很難顧全整個(gè)管網(wǎng)的布局。在數(shù)據(jù)方面，我國(guó)管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)字化程度較低，數(shù)據(jù)不足，且信息往往都是落后于現(xiàn)狀，不能實(shí)時(shí)的更新數(shù)據(jù)。在維護(hù)方面，大多依靠人工來(lái)完成檢測(cè)和修復(fù)，并且由于各部門(mén)缺乏相應(yīng)的溝通機(jī)制，數(shù)據(jù)之間不及時(shí)共享，一旦管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題將會(huì)給協(xié)同作業(yè)帶來(lái)很大的阻礙。

相比傳統(tǒng)管網(wǎng)的種種缺點(diǎn)，智慧管網(wǎng)系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)縫集成，能夠隨時(shí)掌握各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及其報(bào)警狀態(tài)，解決信息孤島問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能和相關(guān)數(shù)據(jù)共享，并且能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，挖掘分析出有用的信息，為管網(wǎng)改造、優(yōu)化調(diào)度、故障預(yù)警等提供輔助決策信息。

首都機(jī)場(chǎng)智慧管網(wǎng)主要架構(gòu)

首都機(jī)場(chǎng)智慧型地下管網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建以物聯(lián)、感知、智能為主題，主要分為四個(gè)層面，見(jiàn)圖1所示。決策層由機(jī)場(chǎng)管理部門(mén)、動(dòng)力能源部門(mén)、施工部門(mén)共同組成；應(yīng)用層即管網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)，能夠顯示機(jī)場(chǎng)地下管網(wǎng)所有的數(shù)據(jù)信息，一切遠(yuǎn)程操控管網(wǎng)的操作都可以在此平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)；數(shù)據(jù)層將采集到的各類(lèi)數(shù)據(jù)上傳到云端以做備份并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中；感知層主要包括各種信息收集硬件設(shè)備，例如溫度傳感器、濕度傳感器、排水量監(jiān)測(cè)裝置、火警監(jiān)控裝置等。

機(jī)場(chǎng)智慧管網(wǎng)系統(tǒng)工作流程如下：埋藏在地下的管線(xiàn)、最末端的硬件傳感器自主地、有規(guī)律地向中央處理節(jié)點(diǎn)發(fā)送自身狀態(tài)信息，中央節(jié)點(diǎn)對(duì)來(lái)自終端硬件的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單處理后傳輸?shù)皆贫酥行臄?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)持久化；智能實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)從云端獲取各傳感器狀態(tài)信息并對(duì)云端數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)數(shù)據(jù)建模分析，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘分析相關(guān)技術(shù)綜合決策給出合理建議；若管網(wǎng)信息出現(xiàn)異常，監(jiān)控平臺(tái)將會(huì)立即預(yù)警，室內(nèi)工作人員可通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)遠(yuǎn)程操控管網(wǎng)中重要的閥門(mén)開(kāi)關(guān)或者管線(xiàn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)來(lái)第一時(shí)間進(jìn)行異常處理，然后推送給移動(dòng)終端使室外工作人員準(zhǔn)確的了解發(fā)生異常的管網(wǎng)位置信息并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。具體工作流程如圖2所示。

關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

（一）BIM

隨著建筑工程的不斷發(fā)展和建筑物功能需求的不斷增加，管網(wǎng)內(nèi)部的復(fù)雜性不斷提高，提高管網(wǎng)內(nèi)部空間利用率成為值得關(guān)注的焦點(diǎn)。本系統(tǒng)利用BIM技術(shù)來(lái)構(gòu)造管道的三維模型，能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)管道進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪制、制造和安裝，并且能夠提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，工作效率，加強(qiáng)工作人員團(tuán)隊(duì)協(xié)作。若后期進(jìn)行管網(wǎng)修改也能很大程度上利于工作人員再施工，從而有效降低整個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的浪費(fèi)。

BIM技術(shù)擁有碰撞分析的功能，可以對(duì)管網(wǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中不合理的地方進(jìn)行改進(jìn)，以便做出正確的決策。

（二）GIS

GIS地理信息系統(tǒng)是用于收集、管理和分析數(shù)據(jù)的框架。它能夠分析空間位置，并使用地圖和3 D場(chǎng)景將信息層組織成可視化。本系統(tǒng)在BIM構(gòu)建三維模型的基礎(chǔ)上，利用GIS技術(shù)將傳感器收集到的數(shù)據(jù)在三維地圖中可視化，例如可以細(xì)化到顯示某根排水管的壓力流量等數(shù)據(jù)信息，這就使各部門(mén)管理人員能夠清楚明了的掌握整個(gè)機(jī)場(chǎng)地下管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。

（三）SCADA

SCADA系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制于一體的工業(yè)控制系統(tǒng)，是本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)，也是本管網(wǎng)系統(tǒng)預(yù)警功能的核心。本系統(tǒng)通過(guò)可編程邏輯控制器連接到傳感器并采集其獲得的數(shù)據(jù)，利用4 G通訊技術(shù)上傳到后端服務(wù)器，對(duì)管道信息進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地采集、監(jiān)控、處理和分析，為相關(guān)能源公司提供數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)集成、運(yùn)行調(diào)度、決策分析等輔助功能。

（四）大數(shù)據(jù)

本系統(tǒng)采集信息的硬件設(shè)備將所采集的信息全部上傳并備份到云服務(wù)器，當(dāng)歷史數(shù)據(jù)積攢的足夠多時(shí)，就可以通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘或數(shù)據(jù)分析等來(lái)挖掘其中隱藏的信息，例如分析數(shù)據(jù)在時(shí)間上的分布特征，從而映射出各種管網(wǎng)數(shù)據(jù)與時(shí)間之間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)此結(jié)果對(duì)未來(lái)管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行動(dòng)向作出預(yù)測(cè)和應(yīng)急機(jī)制。

智慧管網(wǎng)主要功能模塊

（一）智慧燃?xì)?/h3>

智慧燃?xì)饽K包括機(jī)場(chǎng)燃?xì)夤芫€(xiàn)數(shù)據(jù)的入庫(kù)、共享、交換、更新的管理，集成GIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空間信息的分析和應(yīng)用，在管線(xiàn)上或管道內(nèi)安裝各類(lèi)傳感器，遠(yuǎn)程監(jiān)控管線(xiàn)的運(yùn)行狀況。通過(guò)各類(lèi)傳感器對(duì)燃?xì)夤芫€(xiàn)周期性地采集相關(guān)數(shù)據(jù)，為管理部門(mén)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、調(diào)度決策等功能。

當(dāng)燃?xì)夤芫€(xiàn)運(yùn)行出現(xiàn)狀況時(shí)，針對(duì)燃?xì)鈮毫ζ呋蚱?，根?jù)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合管道安全壓力標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)向監(jiān)控人員預(yù)警。監(jiān)測(cè)到的異常數(shù)據(jù)可以通過(guò)手持終端和“系統(tǒng)在線(xiàn)消息”等多種方式及時(shí)發(fā)送給相關(guān)負(fù)責(zé)人員(發(fā)送內(nèi)容一般包括時(shí)間、地點(diǎn)、監(jiān)測(cè)指標(biāo)項(xiàng)和監(jiān)測(cè)值等)，做到全面監(jiān)控燃?xì)夤芫W(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)的調(diào)度、預(yù)警以及控制。

（二）智慧供水

由于機(jī)場(chǎng)用水很大程度上受旅客流量的影響，而客流量隨著每天的不同時(shí)段、每年的淡旺季變化，供水系統(tǒng)也處于實(shí)時(shí)的變化中，峰值與谷值流量差別大，周期變化快。機(jī)場(chǎng)供水系統(tǒng)充分利用本管網(wǎng)搭建的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控供水各個(gè)環(huán)節(jié)的壓力、流量、以及水質(zhì)，準(zhǔn)確的獲得機(jī)場(chǎng)內(nèi)部各個(gè)航站樓的供水分布及用水狀況，能夠合理的選擇水泵參數(shù)以及電機(jī)轉(zhuǎn)速等，確定合理的儲(chǔ)水量，防止造成“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)有序、高效、規(guī)范的供水調(diào)度，并且能夠?yàn)楣芫W(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐，使機(jī)場(chǎng)獲得滿(mǎn)意的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

（三）智慧排水

在機(jī)場(chǎng)易澇區(qū)安裝地面積水監(jiān)測(cè)設(shè)備，在雨水管網(wǎng)重要節(jié)點(diǎn)安裝水位、流量監(jiān)測(cè)設(shè)備，并接入到智慧管網(wǎng)系統(tǒng)中。通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)及時(shí)收集監(jiān)測(cè)站、在線(xiàn)雨量計(jì)等硬件設(shè)備采集的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為決策提供預(yù)警信息。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的報(bào)警規(guī)則對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，若發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)異?；虮O(jiān)測(cè)指標(biāo)超出警戒值，則系統(tǒng)將異常設(shè)備所在GIS地圖位置的圖標(biāo)閃爍，并向管理人員播放報(bào)警聲音。幫助管理決策者制定更加及時(shí)、準(zhǔn)確的應(yīng)急搶險(xiǎn)方案，增強(qiáng)機(jī)場(chǎng)防汛搶險(xiǎn)能力，保障機(jī)場(chǎng)的安全。此外，可以從云服務(wù)器中得到歷史數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)分析，可為機(jī)場(chǎng)內(nèi)部的管線(xiàn)優(yōu)化、二次改造提供科學(xué)依據(jù)。

結(jié)語(yǔ)及展望

（一）總結(jié)

本系統(tǒng)秉持著創(chuàng)新性、適用性、安全性、擴(kuò)充性原則，綜合利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)建立了機(jī)場(chǎng)地下綜合管網(wǎng)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了與在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)縫集成，隨時(shí)掌握各類(lèi)管網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；解決了信息孤島問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)動(dòng)力能源部門(mén)數(shù)據(jù)的整合，提高了數(shù)據(jù)的共享性，為各部門(mén)的協(xié)同工作提供了效率和質(zhì)量保證；通過(guò)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、加工處理、數(shù)據(jù)分析挖掘，充分發(fā)揮了各個(gè)子系統(tǒng)相關(guān)信息的應(yīng)用價(jià)值；三維可視化管網(wǎng)為管網(wǎng)二次改造、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、應(yīng)急施工等工作提供了輔助決策信息。管網(wǎng)的有效監(jiān)管為首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)工作的有序開(kāi)展提供了穩(wěn)健的保障，為機(jī)場(chǎng)后期內(nèi)部改造或擴(kuò)充提供了寶貴的地理空間數(shù)據(jù)和管線(xiàn)信息數(shù)據(jù)。

（二）展望

2017年10月，黨的十九大召開(kāi)，報(bào)告中提出了建設(shè)“智慧社會(huì)、交通強(qiáng)國(guó)”這一發(fā)展理念，智慧機(jī)場(chǎng)正是智慧社會(huì)和交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)的交會(huì)點(diǎn)。除上述智慧管網(wǎng)系統(tǒng)外，首都機(jī)場(chǎng)還實(shí)施了部分諸如泵站監(jiān)控、助航燈光管理、單兵作戰(zhàn)等智慧系統(tǒng)應(yīng)用，未來(lái)機(jī)場(chǎng)的發(fā)展方向勢(shì)必向智慧型機(jī)場(chǎng)發(fā)展。

2018年8月2日，《首都機(jī)場(chǎng)集團(tuán)公司智慧機(jī)場(chǎng)建設(shè)指導(dǎo)綱要》正式發(fā)布，為了積極貫徹落實(shí)國(guó)家要求，首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)將率先引領(lǐng)機(jī)場(chǎng)的智慧化方向改革，本文介紹的“基于互聯(lián)網(wǎng)+的智慧管網(wǎng)系統(tǒng)”能夠?qū)⑹锥紘?guó)際機(jī)場(chǎng)打造成更加安全、更加高效的機(jī)場(chǎng)，必將成為未來(lái)“智慧機(jī)場(chǎng)”發(fā)展中必不可少的一部分，也將為全國(guó)“智慧機(jī)場(chǎng)”的改革作出貢獻(xiàn)。