基于BIM+GIS統(tǒng)一管理平臺的城市智慧綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設計

孫雅婧

摘要 文章提出城市智慧綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設計方案，以及基于GIS的統(tǒng)一管理平臺。平臺結合BIM理念，在三維空間構造管廊建筑模型，實現綜合監(jiān)控，保證各子系統(tǒng)信息互通和共享，為管廊智能化管理提供軟件后臺，實現數據庫集成以及網絡管理、維護、開發(fā)、升級，并提供外系統(tǒng)接入的平臺。

關鍵詞 綜合管廊;監(jiān)控與報警;統(tǒng)一管理平臺;BIM+GIS

中圖分類號 TU990.3 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）02-0018-03

0 引言

綜合管廊是集中設置電力、通信、燃氣、熱力、給排水等管線，以及檢修口、吊裝口、監(jiān)控與報警系統(tǒng)的城市地下空間[1]。而建設綜合管廊統(tǒng)一管理平臺，不僅滿足現有監(jiān)控與報警系統(tǒng)的監(jiān)控、運營、管理的需求，而且為系統(tǒng)擴容、功能擴展、多系統(tǒng)融合等預留條件[2]。

1 監(jiān)控與報警系統(tǒng)設計

監(jiān)控與報警系統(tǒng)是以統(tǒng)一管理平臺為基礎，通過主干網將各子系統(tǒng)集成為一個統(tǒng)一完整的自動化平臺[3]，其結構如圖1所示[4]。

1.1 環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)

主要功能有水泵、風機的手/自動狀態(tài)監(jiān)視、啟?？刂?、運行狀態(tài)顯示、運行記錄、故障報警、電源狀態(tài)監(jiān)視;照明設備的開關狀態(tài)監(jiān)視、開關控制;通風口電控井蓋開閉狀態(tài)監(jiān)視、異常狀態(tài)報警、開關控制等;溫濕度、氧含量、集水井液位、爆管液位等環(huán)境參數監(jiān)測及控制;電力監(jiān)控等。系統(tǒng)采用分層分布式結構[5]，由中央層、現場控制層、現場設備層組成。

1.2 火災自動報警系統(tǒng)

在管廊含有電力電纜的艙室、監(jiān)控中心、設備間等配套用房設置火災自動報警系統(tǒng)，包含火災自動報警子系統(tǒng)、防火門監(jiān)控子系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控子系統(tǒng)、消防電源監(jiān)控子系統(tǒng)，由中央層、現場控制層、現場設備層組成。

1.3 可燃氣體探測系統(tǒng)

系統(tǒng)采用獨立網絡，出現可燃氣體報警信號時，系統(tǒng)報警及聯(lián)動關閉緊急切斷閥，并通過統(tǒng)一管理平臺聯(lián)動相關子系統(tǒng)。

1.4 安防系統(tǒng)

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。對管廊內部、出入口、設備間等重要位置進行實時圖像監(jiān)控。視頻信號通過光纖傳輸至區(qū)域安防交換機，再通過安防系統(tǒng)主干光纖環(huán)網送至監(jiān)控中心的磁盤整列，管理人員通過統(tǒng)一管理平臺可調取實時和歷史視頻信號并投放到大屏上。

（2）入侵報警系統(tǒng)。入侵報警系統(tǒng)由紅外雙鑒探測器、聲光警報器等組成。紅外雙鑒探測器接入就近分區(qū)ACU控制器，信號通過主干網絡上傳監(jiān)控中心。當有外部人員進入時，監(jiān)控中心平臺上將顯示有入侵的相應區(qū)間和位置圖像元素閃爍，并產生語音報警信號，同時調取附近攝像機畫面到平臺顯示。

（3）出入口控制系統(tǒng)。門禁系統(tǒng)的讀卡器把用戶信息發(fā)送到門禁控制主機，主機檢查信息合法性后決定是否進行開門動作。電子井蓋探測器探測到的管廊井蓋開關狀態(tài)信號通過以太網交換機送至監(jiān)控中心安防工作站，并可在監(jiān)控中心進行遠程控制其開啟、關閉，也可以及時發(fā)現井蓋被盜或者有人非法進入管廊內部的情況。

（4）電子巡查系統(tǒng)。用于考察巡更者是否在指定時間按巡更路線到達指定地點。巡檢人員通過手持巡檢器接觸巡檢點完成巡檢過程，巡查完后通過通信座和數據線將巡檢器內的數據上傳到巡更管理計算機，并通過軟件生成報表。

（5）人員定位系統(tǒng)。將入廊人員定位于單個艙室，在監(jiān)控中心可實時顯示管廊內人員位置。

1.5 通信系統(tǒng)

（1）固定式通信系統(tǒng)。由固定光纖電話、光纖環(huán)網、數字程控交換機、光纖接入主機、語音網關、錄音服務器、管理工作站、話務臺及系統(tǒng)軟件平臺組成。

（2）無線對講系統(tǒng)。為巡邏人員與監(jiān)控中心管理人員之間建立通信聯(lián)絡，可通過監(jiān)控中心的調度臺對管廊內巡檢人員傳送信息、通知及命令等。

2 統(tǒng)一管理平臺

平臺基于云架構，運用物聯(lián)網實現系統(tǒng)設備的狀態(tài)監(jiān)視、遠程控制、報警/故障處理與分析等[6]。平臺的3DGIS+BIM引擎實現空間和信息集成，提供地理信息、城市地形、建筑模型等數據的存儲、查詢、空間定位、空間分析和發(fā)布服務[7]?；诮y(tǒng)一的傳輸網絡和通信接口，平臺以三維一體化空間為載體集成管廊環(huán)境質量參數、附屬設施監(jiān)測信息，實現管廊監(jiān)控與報警功能;以BIM模型和屬性為基礎構建管廊運維管理流程，實現設施設備運維、運營管理的一體化。

2.1 平臺架構

平臺采用分層分布式架構，由前端檢測系統(tǒng)和后端綜合管理平臺通過通信網絡組成一個完整的系統(tǒng)[8]，如圖2所示。

感知層：通過IP環(huán)網和通信接口匯集管廊內環(huán)境附屬設備和專業(yè)管線等運行狀態(tài)信息以及管廊外部環(huán)境信息，并提供報警聯(lián)動等命令的上傳下達通道。

平臺層：為上層應用提供業(yè)務支撐環(huán)境，實現統(tǒng)一的存儲服務，集成3DGIS+BIM引擎，提供空間定位、空間分析和發(fā)布服務，實現業(yè)務處理邏輯、系統(tǒng)對外連接等功能?？蓪崿FGIS宏觀視角下的管廊三維監(jiān)控和BIM微觀視角下的管線監(jiān)控。

應用層：以B/S方式部署相關應用模塊，為用戶提供交互接口，實現相關業(yè)務操作，并通過監(jiān)控大屏、工作站、移動終端等呈現。

2.2 設備設施運維

（1）駕駛艙。提供管廊運維的整體視圖，可視化地呈現管廊整體的運維狀況，將管廊概況、健康狀況、入廊用戶信息、設備臺賬信息、巡查信息、維修維護信息集中呈現。

（2）三維瀏覽。多維度對管廊進行全貌展示，還能夠進行廊體、管線、附屬設施的構件及信息查詢。同時虛擬巡檢實現廊內的虛擬查詢和瀏覽，縮短訪問、巡查時間。與管廊的設備編碼體系關聯(lián)，實現定位漫游。

（3）設備管理。管理設備從入庫、安裝、運行、檢修到報廢的整個生命周期，建立統(tǒng)一的設備資產分類標準和編碼標準，并形成完善的設備資產臺賬。

（4）綜合查詢/維修。建立“工單下發(fā)、現場巡查/維修、事件/完工確認、任務統(tǒng)計”的體系，規(guī)范管廊管理人員、巡檢/維保人員日常巡檢/維保過程的隱患排查。

2.3 監(jiān)控與報警

（1）全景監(jiān)測。將遙感地圖和管廊監(jiān)控系統(tǒng)集成，實現管廊監(jiān)控信息的聯(lián)動查詢和瀏覽，使監(jiān)控人員實時了解管廊運行狀況，并及時排查故障的范圍、類別和危險程度。

（2）報警與聯(lián)動。針對廊空間狹小、設備繁多、系統(tǒng)聯(lián)動復雜的環(huán)境將報警信息與BIM模型結合，動態(tài)顯示報警點在管廊中的位置信息，按預設的策略進行設備間的聯(lián)動，并打開對應的視頻監(jiān)控畫面[9]。

（3）環(huán)境與設備監(jiān)控。實現對綜合管廊全域內環(huán)境和設備的參數和狀態(tài)實施全程監(jiān)控，將實時監(jiān)控信息與模型進行構件級綁定，實現精準定位。

（4）供配電管理。對管廊變電所、防火分區(qū)內供配電系統(tǒng)進、出線回路的電壓、電流、功率等參數及開關分合閘狀態(tài)進行監(jiān)視，同時對供配電設備狀況、管線路由情況通過BIM模型進行三維展示，實時顯示當前功率、總電量、電流、電壓等。

（5）安全防范。對管廊內人員全程監(jiān)控，將實時視頻信息、人員定位信息與空間技術結合，實現人員精準定位。

（6）火災報警。對管廊內的火災全方位監(jiān)控，通過感煙和感溫探測器監(jiān)測管廊內異常狀況，及早發(fā)現火災隱患。結合光纖定位（ODTR）技術，對火災隱患精確定位。

2.4 運營管理

（1）入廊用戶管理。提供管線入廊流程管理、管線權屬單位信息維護、專業(yè)管線管理規(guī)范、管線檔案資料管理等功能，實現管廊管理單位與管線權屬單位之間的業(yè)務銜接。

（2）空間管理。根據需求變化對管廊內管線敷設位置進行梳理和使用，優(yōu)化空間使用率。

（3）應急聯(lián)動。將管廊自身、各類專業(yè)管線的監(jiān)控與報警系統(tǒng)的聯(lián)動信號，以及需要對外提供的事件信息進行統(tǒng)一管理，依據聯(lián)動信號類別編制應急預案、設置應急聯(lián)動邏輯，并進行應急預案模擬。

（4）統(tǒng)計分析。獲取管廊的運維數據，從設備運行和告警報警兩方面對管廊進行統(tǒng)計分析，及時發(fā)現事故隱患。同時將管線的入廊情況、空間占用情況、人員的值守情況、維修保養(yǎng)情況進行統(tǒng)計。

（5）能耗管理。按管廊、分區(qū)、設備等多種維度進行能源統(tǒng)計，并以柱狀圖、餅圖、趨勢曲線、表格等形式進行對比分析和展示，為相關設備運行模式的調節(jié)、管廊整體安全穩(wěn)定高效運行以及未來的節(jié)能改造提供相關決策分析支持。

3 結語

智慧管廊是衡量綜合管廊科技化水平的重要標準。通過智能化的監(jiān)控及管理方式，實時掌控管廊內部結構健康狀況、環(huán)境安全狀況以及與外部單位的信息互通，為管廊運營維護提供有價值的參考信息。建設智慧統(tǒng)一管理平臺，運用開放式的信息服務平臺，實現數據共享是未來智慧管廊發(fā)展的必然趨勢。

參考文獻

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