地下綜合管廊健康監(jiān)測管控系統(tǒng)

劉 貴

(廈門市市政工程設(shè)計院有限公司 福建廈門 361006)

0 引言

城市綜合管廊近年來發(fā)展十分迅猛，但是,管廊可視化、集成化、智慧化水平較低，缺少一套高效管控系統(tǒng)[1]。

目前，在綜合管廊高效運(yùn)營維護(hù)方面，國內(nèi)研究尚處于起步階段。本文研究的目的在于能夠制定出一套綜合管廊健康監(jiān)測管控系統(tǒng)，好比一個“醫(yī)生”，從管廊還在設(shè)計時開始，一直到管廊施工、交付、運(yùn)營，在此過程中，當(dāng)管廊“生病”了，能夠及時發(fā)現(xiàn)管廊的病因，也就是管廊管理和運(yùn)營維護(hù)過程中存在的問題，通過一些前沿技術(shù)，去“治療”綜合管廊存在的問題，實現(xiàn)對綜合管廊全生命周期的健康監(jiān)測管控。研究成果有助于推進(jìn)綜合管廊智慧化建設(shè)進(jìn)程，提高管廊運(yùn)營維護(hù)水平，降低勞動強(qiáng)度和人力、物力成本。

1 需求分析

分析國內(nèi)綜合管廊建設(shè)普遍情況，管廊在規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)階段還存在以下問題需要通過有效的信息化手段解決。本研究以廈門集美新城綜合管廊為案例，從該管廊在運(yùn)營維護(hù)過程中遇到的問題進(jìn)行梳理。主要存在以下幾個問題：

(1)業(yè)務(wù)部門獨立、管理對象多樣

廈門集美新城綜合管廊2010年開工建設(shè)，2016年正式投入運(yùn)營，全長7.85 km，入廊管線包含通信、電力、給水、中水、雨污水，管廊現(xiàn)場如圖1所示。此條管廊的管理對象包含數(shù)據(jù)普查成果、規(guī)劃設(shè)計方案、施工進(jìn)度報告、竣工驗收成果、入廊管線、管廊廊體、各類附屬設(shè)施等多項內(nèi)容，不同管理對象之間又無法做到相互獨立、協(xié)同運(yùn)作、聯(lián)動控制、資源互補(bǔ)。

圖1 廈門集美新城綜合管廊內(nèi)部實景圖

(2)數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、應(yīng)用獨立，缺乏共享

廈門集美新城綜合管廊運(yùn)營維護(hù)過程中還遇到多種類型數(shù)據(jù)，包括企業(yè)經(jīng)營數(shù)據(jù)、管廊基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、傳感監(jiān)測數(shù)據(jù)、巡檢數(shù)據(jù)以及其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；這些具有多源、異構(gòu)、動態(tài)、分散的各類數(shù)據(jù)[2]，技術(shù)集成難度大，也是需要解決的最重要的數(shù)據(jù)問題，而且缺少一個與各管線單位及第三方單位的信息數(shù)據(jù)共享機(jī)制。

(3)安全要求嚴(yán)格

綜合管廊作為城市百年工程，如何保障管廊安全運(yùn)行是本研究最基礎(chǔ)的初衷。不僅要將管廊被動安全提升到主動安全，還要考慮過程和結(jié)果管理并重[3]。

(4)與管理運(yùn)營結(jié)合

廈門集美新城在管理運(yùn)營上存在幾個問題：①管理分散獨立；②簡單的規(guī)范辦法；③分析決策能力智能化水平較低。缺少一套輔助管廊經(jīng)營實現(xiàn)管廊高效率、低成本和體驗佳的管控系統(tǒng)，缺少一套能夠智能化決策的輔助方案[4]。

以上這些問題不僅存在于廈門集美新城綜合管廊，而且在廈門其他管廊和全國其他城市的管廊也存在同樣問題。

2 總體方案

根據(jù)綜合管廊規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)不同階段建設(shè)管理需求，歸納總結(jié)出了一套綜合管廊全生命周期健康監(jiān)測管控系統(tǒng)解決方案。本方案充分考慮了用戶對管廊運(yùn)營維護(hù)階段的差異化需求，以GIS技術(shù)為主導(dǎo)，結(jié)合物聯(lián)傳感、高精度定位、虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)挖掘分析等技術(shù)，充分整合前期規(guī)劃設(shè)計數(shù)據(jù)、企業(yè)經(jīng)營數(shù)據(jù)、管廊基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、傳感監(jiān)測數(shù)據(jù)、巡檢數(shù)據(jù)以及其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)資源，圍繞綜合管廊的“經(jīng)營、安全、維護(hù)”這三大核心業(yè)務(wù)內(nèi)容，提供數(shù)據(jù)處理和建庫、數(shù)據(jù)接口開發(fā)、數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)發(fā)、智能巡檢APP等[5]，為綜合管廊運(yùn)營維護(hù)管理各項工作的開展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

在綜合管廊全生命周期管理和全面集成基礎(chǔ)上，筆者根據(jù)現(xiàn)有項目經(jīng)驗和國內(nèi)綜合運(yùn)營維護(hù)階段對信息化管理的普遍需求，提出了能夠涵蓋不同城市、不同類型管廊運(yùn)營維護(hù)階段全生命周期滿足通用需求的管理綜合管廊“165”健康監(jiān)測管控體系。

綜合管廊“165”健康監(jiān)測管控體系中“1”主要指一個綜合管廊控制中心，好比醫(yī)生的手術(shù)刀，也可以比作人的大腦，負(fù)責(zé)管廊內(nèi)所有相關(guān)的人、財、物、業(yè)務(wù)的全面綜合管理和智能化管控?！?”主要指綜合集成、管控、智能運(yùn)營維護(hù)、應(yīng)急救援、經(jīng)營管理、三維展示六大重要業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，分別來實現(xiàn)以下功能：①管廊環(huán)境溫濕度等監(jiān)測、專業(yè)管線狀態(tài)監(jiān)測、管廊內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測；②管廊內(nèi)的所有設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和相關(guān)設(shè)備間的相互聯(lián)動；③管廊設(shè)備、資產(chǎn)、巡檢、門禁、系統(tǒng)等運(yùn)營維護(hù)管理應(yīng)用；④管廊入廊管線審批、收費(fèi)、分析、檔案資料等管理應(yīng)用；⑤管廊應(yīng)急制度、隱患事故、應(yīng)急預(yù)案及應(yīng)急處置等管理；⑥基于三維地圖進(jìn)行管廊三維展示，提供多角度、多空間的可視化管理。“5”主要指5大類基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過對管廊數(shù)據(jù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化來保障管廊信息化建設(shè)的可持續(xù)性發(fā)展。總體架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 總體架構(gòu)圖

3 綜合管廊健康監(jiān)測管控系統(tǒng)設(shè)計

綜合管廊健康監(jiān)測管控系統(tǒng)主要面向管廊管理需求搭建，可實現(xiàn)城市綜合管廊相關(guān)的人、財、物、業(yè)務(wù)的全面綜合管理和智慧化管控。本系統(tǒng)的設(shè)計可以從綜合管廊的運(yùn)行監(jiān)控、管線入廊運(yùn)營管理、設(shè)備運(yùn)營維護(hù)養(yǎng)護(hù)、事故應(yīng)急處置、三維展示等角度實現(xiàn)對地下綜合管廊的全生命周期健康監(jiān)測管控。具有智慧化管理、一體化管控、高效率運(yùn)營維護(hù)的特點，面向管廊運(yùn)營單位提供管廊管理運(yùn)營維護(hù)支撐服務(wù)。

(1)控制中心

建立專用管理控制中心，并配備UPS、服務(wù)器、存儲器、LED大屏幕、交換機(jī)等設(shè)施作為硬件支撐。

(2)綜合集成與管控系統(tǒng)

依托物聯(lián)傳感技術(shù)，通過集成各類物聯(lián)傳感設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)動控制、人員定位、安防等集成管理，對接各類監(jiān)控監(jiān)管系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等，實現(xiàn)人員和管廊內(nèi)管線和環(huán)境狀態(tài)信息的實時監(jiān)控，科學(xué)養(yǎng)護(hù)。

基于物聯(lián)網(wǎng)+GIS技術(shù)，對管廊運(yùn)營維護(hù)的外部環(huán)境、設(shè)備設(shè)施、能耗、管廊結(jié)構(gòu)及管線對象進(jìn)行監(jiān)測或監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)測/監(jiān)控對象分為環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備監(jiān)控、能耗監(jiān)控、結(jié)構(gòu)監(jiān)測、專業(yè)管線監(jiān)測等功能。同時應(yīng)預(yù)留專業(yè)管線接口，跟入廊管線單位聯(lián)動，便于遠(yuǎn)期二次開發(fā)。

(3)智能運(yùn)營維護(hù)系統(tǒng)

智能運(yùn)營維護(hù)系統(tǒng)主要包含設(shè)備管理、人員出入管廊管理、管線管理、日常巡查管理、移動端APP 5個模塊，實現(xiàn)管廊內(nèi)巡檢管理和維護(hù)管理業(yè)務(wù)集中管理，通過梳理管廊內(nèi)巡檢內(nèi)容，制定管廊日常巡檢、周期巡檢、路面巡檢計劃，及時跟蹤和督促巡檢工作進(jìn)度，分類上傳、匯總巡檢異常情況。系統(tǒng)提供管廊運(yùn)行狀態(tài)展示、運(yùn)行管理、維護(hù)管理、人員管理、綜合管理等應(yīng)用。

預(yù)留機(jī)器人巡檢系統(tǒng)接口，綜合管廊智能巡檢機(jī)器人，如圖3所示，可代替人完成繁重單調(diào)的綜合管廊日常巡檢工作，不僅大幅節(jié)約管廊運(yùn)營的人力成本投入，智能化數(shù)據(jù)分析更是實現(xiàn)了巡檢質(zhì)量大幅提升。

圖3 機(jī)器人巡檢

(4)經(jīng)營管理系統(tǒng)

以管線管理為核心立體展開，通過對廊內(nèi)管線、入廊合同、檔案管理等數(shù)據(jù)的集成、管理與更新，實現(xiàn)了一體化管理，同時根據(jù)不同城市管線入廊業(yè)務(wù)需求，制定一套入廊管線入廊審批-合同管理-收費(fèi)管理-檔案管理的全業(yè)務(wù)流程化管理系統(tǒng)，提供入廊管線的各類查詢統(tǒng)計、入廊路徑分析、入廊維護(hù)、監(jiān)測管理、入廊審批、繳費(fèi)、施工與巡檢管理等管廊管線業(yè)務(wù)管理。

還提供安全培訓(xùn)服務(wù)，形成人員培訓(xùn)檔案，按照年份、培訓(xùn)等級進(jìn)行劃分，記錄員工安全教育培訓(xùn)表，形成人員培訓(xùn)花名冊，可以統(tǒng)計培訓(xùn)學(xué)時，監(jiān)督相關(guān)人員完成在線培訓(xùn)，可查看人員培訓(xùn)情況。

(5)應(yīng)急救援系統(tǒng)

整合管廊的GIS信息、傳感器、設(shè)備信息及相關(guān)巡檢信息等數(shù)據(jù)的資源，在三維的虛擬場景中，模擬應(yīng)急事件，并調(diào)閱各種應(yīng)急資源信息和實時數(shù)據(jù)，匯總后再進(jìn)行空間分析，分析出來的結(jié)果提供決策輔助，在線進(jìn)行標(biāo)繪，指揮調(diào)度，為管廊內(nèi)部的突發(fā)應(yīng)急事件提供事前預(yù)警、事中應(yīng)急聯(lián)動以及事后處置的全過程管理。

(6)BIM+GIS三維展示系統(tǒng)

為用戶提供多角度、多層面管廊空間展示，實現(xiàn)查詢、統(tǒng)計管廊內(nèi)部的各類管網(wǎng)及附屬設(shè)施的分布情況；可基于三維地圖進(jìn)行場景三維展示、設(shè)備展示、設(shè)施查詢管理、管廊位置展示、管線查詢管理、管線巡線維護(hù)以及管廊斷面分析等三維可視化操作[6-8]，如圖4所示。

圖4 BIM+GIS應(yīng)用

(7)五大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

五大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含廊內(nèi)管線數(shù)據(jù)、廊體健康數(shù)據(jù)、附屬設(shè)施數(shù)據(jù)、日常管養(yǎng)數(shù)據(jù)、應(yīng)急處置數(shù)據(jù)，如圖5所示。

圖5 五大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

廈門集美新城綜合管廊在2017-2020年進(jìn)行了多次智能化提升改造，也將本研究的成果綜合管廊健康監(jiān)測管控系統(tǒng)運(yùn)用到提升改造當(dāng)中，根據(jù)目前運(yùn)營情況，本研究的成果符合運(yùn)營維護(hù)需求，在管線單位入廊管理、規(guī)劃設(shè)計資料歸檔、巡檢、廊體數(shù)據(jù)聯(lián)動、附屬設(shè)備管養(yǎng)、管理人員培訓(xùn)、突發(fā)事件應(yīng)急決策等方面都更加靈活和便捷，很大程度提升了運(yùn)營維護(hù)單位的運(yùn)營維護(hù)水平，降低了運(yùn)營成本，真正做到綜合管廊有效管控和全生命周期的健康監(jiān)測。