數(shù)字化智慧管廊運(yùn)維平臺(tái)研究與應(yīng)用

曾輝

摘 要：隨著綜合管廊建設(shè)的推進(jìn)，全國各中大型城市積極投入到綜合管廊的建設(shè)中，城市管廊規(guī)模越來越龐大。綜合管廊空間斷面設(shè)計(jì)復(fù)雜，納入管線種類多，在運(yùn)營過程中具有施工組織復(fù)雜、工程量大、項(xiàng)目工程管理難度大等特點(diǎn)，在工程進(jìn)度、成本、安全、質(zhì)量等綜合管理方面均存在困難，傳統(tǒng)管理模式已無法滿足綜合管廊快速發(fā)展的需求。因此需要建立有效的機(jī)制和手段來進(jìn)行管理。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化;運(yùn)維平臺(tái);應(yīng)用

近年來，隨著國家政策的引導(dǎo)，廣大專家學(xué)者積極投入到綜合管廊運(yùn)維管理研究中來，形成了一系列的綜合管廊信息化管理手段。通過對(duì)智慧管廊運(yùn)營系統(tǒng)進(jìn)行研究，結(jié)合其特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)機(jī)器人巡檢技術(shù)在管廊中的應(yīng)用進(jìn)行了初步研究。張立新等根據(jù)綜合管廊全生命周期的管控要求，對(duì)BIM技術(shù)在管廊中的全生命周期的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

一、我國綜合管廊研究現(xiàn)狀

與傳統(tǒng)市政管線布設(shè)方式相比，綜合管廊有效緩解了架空線網(wǎng)密集、直埋管線檢修所產(chǎn)生的“馬路拉鏈”問題，可實(shí)現(xiàn)市政工程管線的集成化、規(guī)?；芾?，增強(qiáng)城市的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。因其特有優(yōu)勢(shì)，近些年來在我國得到了快速發(fā)展，并計(jì)劃用10年時(shí)間建成較為完善的城市地下管線體系。為此，2015—2016年，國家共設(shè)25個(gè)綜合管廊試點(diǎn)城市，探索綜合管廊在建設(shè)及管理方面的先進(jìn)技術(shù)，為綜合管廊的在全國的推進(jìn)積累經(jīng)驗(yàn)。

二、綜合管廊智能化運(yùn)維系統(tǒng)構(gòu)建

1.平臺(tái)層搭建

平臺(tái)層將利用數(shù)據(jù)層的信息，為應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)處理、閾值預(yù)警和三維動(dòng)態(tài)模擬病害的服務(wù)。

（1）數(shù)據(jù)處理。利用BIM技術(shù)建立管廊模型并添加管廊微觀信息，通過云計(jì)算將大量數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理與診斷，形成一個(gè)數(shù)據(jù)中心操作環(huán)境，同時(shí)將不同的數(shù)據(jù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，將資源進(jìn)行整合，并分析方案進(jìn)行數(shù)據(jù)分類和方案報(bào)備，為用戶提供一個(gè)客觀、系統(tǒng)、可視化的數(shù)據(jù)庫。

（2）閾值預(yù)警。管廊事故的發(fā)生，必然有一個(gè)從量變到質(zhì)變的過程，會(huì)借助具體的特征表現(xiàn)出來，為此，選用閾值預(yù)警作為系統(tǒng)的監(jiān)控機(jī)制。使用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行切實(shí)有效的分析，得到管廊正常運(yùn)行的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)范圍，結(jié)合相關(guān)規(guī)范規(guī)定設(shè)定閾值進(jìn)行分級(jí)預(yù)警。若監(jiān)測數(shù)據(jù)在閾值范圍內(nèi)浮動(dòng)則可判定管廊處于正常狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)在閾值范圍之外時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)生成預(yù)警信息并傳送至指定聯(lián)系人。

2.數(shù)據(jù)層搭建

將管廊數(shù)據(jù)化是構(gòu)建綜合管廊智能化運(yùn)維系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，采用傳感器采集、機(jī)器人巡檢、人工巡查3種方式結(jié)合構(gòu)建系統(tǒng)數(shù)據(jù)層。

（1）傳感器采集。傳感器位于系統(tǒng)終端，負(fù)責(zé)各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集，其性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)至關(guān)重要。主要選用光纖傳感、智能傳感兩種方式。

光纖傳感器憑借其測試精度高、耐腐蝕性能優(yōu)良以及抗電磁干擾的能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于地下工程的檢測系統(tǒng)中。智能傳感器在傳感監(jiān)測的基礎(chǔ)上還能在其內(nèi)部對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，且可通過標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)與外界的數(shù)據(jù)交換，具有自診斷、自校準(zhǔn)、數(shù)值處理、雙向通信以及信息存儲(chǔ)和記憶功能。

（2）機(jī)器人巡檢。作為新興智能化巡檢模式逐步被應(yīng)用于城市地下基礎(chǔ)設(shè)施的養(yǎng)護(hù)，巡檢系統(tǒng)由巡檢機(jī)器人、巡檢軌道、充電系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)通信和信息存儲(chǔ)管理系統(tǒng)組成，可對(duì)管廊內(nèi)的給排水管線、燃?xì)夤芫€、電力管線、通信管線進(jìn)行自動(dòng)巡檢。

3.應(yīng)用層搭建

應(yīng)用層負(fù)責(zé)為管廊用戶提供輔助決策及閉合式的流程管理。

（1）信息傳送。相關(guān)專業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人可下載手機(jī)APP客戶端，通過登錄自己的賬號(hào)查看權(quán)限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)所設(shè)置的閾值警報(bào)發(fā)生，平臺(tái)會(huì)自動(dòng)將報(bào)警信息和定位發(fā)送給指定技術(shù)負(fù)責(zé)人手機(jī)端，便于管理人員及時(shí)開展后續(xù)處置工作。

（2）預(yù)案管理。管廊的應(yīng)用層為用戶提供預(yù)案幫助，根據(jù)系統(tǒng)記錄的歷史處理方案及解決效果，建立管廊常規(guī)事件預(yù)案庫。當(dāng)常規(guī)事件發(fā)生時(shí)，預(yù)案管理系統(tǒng)自動(dòng)匹配最優(yōu)處理手段并迅速采取措施。例如：當(dāng)管廊傳感系統(tǒng)監(jiān)測到廊內(nèi)溫度超過系統(tǒng)規(guī)定的上限時(shí)，風(fēng)控裝置自動(dòng)開啟。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)常規(guī)事件的自動(dòng)化處理。

（3）專家輔助決策。事故處置對(duì)效率及效果要求極高，因此，系統(tǒng)設(shè)有專家輔助決策庫，分類儲(chǔ)存大量管廊病害防治案例，根據(jù)事故詳細(xì)情況調(diào)用相關(guān)處理辦法以供技術(shù)管理人員參考，便于做出快速反應(yīng)。并對(duì)后期效果進(jìn)行跟蹤管理，分析處置方法的優(yōu)缺點(diǎn)，同步更新數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)管廊的閉合式養(yǎng)護(hù)管理。

三、平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

1.高精度無線定位技術(shù)

根據(jù)城市地下綜合管廊的運(yùn)維管理環(huán)境，需要對(duì)地上、地下、廊內(nèi)不同位置的工作人員進(jìn)行定位及軌跡追蹤，同時(shí)在日常巡檢、應(yīng)急救援、執(zhí)行任務(wù)等情景下都需要對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行精確定位。建設(shè)數(shù)字化智慧管廊運(yùn)維平臺(tái)采用高精度無線定位系統(tǒng)，用于入廊人員的安全保障和位置追蹤，通過該定位系統(tǒng)可在控制中心的屏幕上顯示出當(dāng)前人員的位置和行進(jìn)軌跡，并且可以根據(jù)人員位置合理調(diào)度巡檢、搶險(xiǎn)等任務(wù)的安排。此外，在發(fā)生危險(xiǎn)或緊急事件時(shí)，控制中心可以與人員攜帶的標(biāo)簽進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，通過警報(bào)聲或振動(dòng)提示人員進(jìn)行撤離。

2.機(jī)器人自動(dòng)巡檢技術(shù)

機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，在惡劣環(huán)境下能正常工作，可深入危情現(xiàn)場，能夠有效地配合巡檢工作。通過將高清攝像頭、紅外成像、無線傳感器等設(shè)備集成于智能巡檢機(jī)器人，再制定定期巡檢、應(yīng)急響應(yīng)巡檢等不同的巡檢模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)廊內(nèi)各類設(shè)施、設(shè)備的全覆蓋檢測。由機(jī)器人替代部分人工巡檢充當(dāng)特殊環(huán)境下的先行探檢，增強(qiáng)了人員和管廊的安全系數(shù)，有效提高管廊的運(yùn)行效率，大大減少管廊災(zāi)害和事故的發(fā)生。具體的形式有：在巡檢機(jī)器人上設(shè)置各類型氣體監(jiān)測傳感器，實(shí)現(xiàn)氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，當(dāng)檢測到管廊內(nèi)某種氣體含量超過安全限值時(shí)，巡檢機(jī)器人將立即上傳報(bào)警信息至綜合監(jiān)控平臺(tái)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

3.BIM+ GIS融合應(yīng)用

管廊在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)等各個(gè)階段均使用BIM 技術(shù)和 GIS 技術(shù)，并將二者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。通過此方式，將管廊全生命周期的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行集成和管理，為不同決策者在不同階段，不同需求提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。GIS技術(shù)具有整體功能的作用，可以將綜合管廊內(nèi)的大量空間信息（如出線口以及特殊節(jié)點(diǎn)等地理位置、機(jī)電設(shè)備、控制設(shè)備等各專業(yè)相關(guān)設(shè)備的數(shù)量、類別、地理位置分布等）進(jìn)行屬性掌握，實(shí)時(shí)監(jiān)控各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，高效的管理帶有地理信息復(fù)雜數(shù)據(jù)，為綜合管廊運(yùn)營維護(hù)的輔助決策提供具有空間信息功能的依據(jù)。BIM 技術(shù)具有很強(qiáng)的呈現(xiàn)功能，將BIM呈現(xiàn)的管廊屬性賦予 GIS，可通過三維可視化的方式進(jìn)行呈現(xiàn)，讓人有一種身臨其鏡的感覺，使運(yùn)維管理方及管廊作業(yè)人員更好的對(duì)管廊地理空間進(jìn)行認(rèn)知。該模塊解決了基于空間位置的設(shè)施管理，通過對(duì)象一比一的復(fù)原，形成所見即所得的管理模式。

四、結(jié)束語

平臺(tái)基于智慧化、人性化、便捷物聯(lián)、高度信息安全的思路，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、BIM+GIS、智能識(shí)別、大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)、異構(gòu)運(yùn)算、可視化等先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊各類信息和運(yùn)行狀態(tài)全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測、應(yīng)急處置、科學(xué)決策，精細(xì)化管理等，可解決管廊傳統(tǒng)運(yùn)維過程中的各種困難，使管廊信息化管理更進(jìn)一步。通過該平臺(tái)的建設(shè)，可預(yù)見此平臺(tái)后期在江南中心綠道武九線綜合管廊應(yīng)用后，對(duì)降低現(xiàn)場和管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率、及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)維過程中的安全隱患都能發(fā)揮出積極的效果，為管廊安全、高效運(yùn)行提供保障。

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