智慧燈桿全生命周期信息化管理系統(tǒng)設(shè)計

文｜上海五零盛同信息科技有限公司 李付偉 朱偉楠；銅陵市市政工程管理處 劉衛(wèi)軍

1 引言

智慧燈桿、綜合桿作為智慧城市和“萬物互聯(lián)”的重要載體和新型基礎(chǔ)設(shè)施，通過整合多類資源，實現(xiàn)統(tǒng)籌、集約、共享，越來越受到城市建設(shè)者和管理者青睞[1]。智慧燈桿融合了不同權(quán)屬單位設(shè)施設(shè)備，供電網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)也實現(xiàn)了統(tǒng)一，相比傳統(tǒng)路燈管理和維護也復(fù)雜很多。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，通過信息化系統(tǒng)輔助管理可以使管理變得更科學(xué)、更精確、更高效。

2 背景與問題

2.1 國家政策及國家標準要求

2020年1月3日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《關(guān)于開展人行道凈化和自行車專用道建設(shè)工作的意見》（建城〔2020〕3 號），為確保人行通道舒適，將推行“多桿合一”“多箱合一”“多井合一”，集約設(shè)置人行道上各類桿體、箱體、地下管線等，逐步將人行道上各類設(shè)施有序布置在設(shè)施帶中，合桿上設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，智能化監(jiān)測系統(tǒng)[2]。

2021年4月6日，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、網(wǎng)信辦等16 部門印發(fā)《關(guān)于加快發(fā)展數(shù)字家庭 提高居民品質(zhì)的指導(dǎo)意見》，提出鼓勵建設(shè)智能停車、智能充電、智能燈桿、智能垃圾箱等公共配套設(shè)施[3]。

2021年11月26日，國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會批準發(fā)布《智慧城市 智慧多功能桿 服務(wù)功能與運行管理規(guī)范》（GB/T 40994 -2021）明確要求：平臺設(shè)計與建設(shè)應(yīng)遵循安全穩(wěn)定、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、可擴展擴充和共享交換的原則，應(yīng)能滿足運行監(jiān)控和運行服務(wù)的要求，確保安全高效[4]。

智慧燈桿建設(shè)是城市更新品質(zhì)化提升的必然結(jié)果，是實現(xiàn)智慧城市重要組成部分，符合國家政策導(dǎo)向和要求，智慧燈桿信息化系統(tǒng)建設(shè)是實現(xiàn)城市精細化、智能化、科學(xué)化管理的必然選擇。

2.2 管理中存在問題及需求

傳統(tǒng)城市路燈信息化系統(tǒng)主要用于路燈的運維管理，系統(tǒng)每天控制路燈開關(guān)及監(jiān)測路燈及配電設(shè)施是否異常，信息化系統(tǒng)監(jiān)測到設(shè)備設(shè)施異常，系統(tǒng)給出告警信息，運維人員根據(jù)告警信息進行相應(yīng)的派單維護維修；功能相對單一，邏輯簡單。相對傳統(tǒng)路燈運維管理，智慧燈桿運維管理要復(fù)雜的多，智慧路燈在建設(shè)管理過程中存在以下問題：

（1）建設(shè)過程無跟蹤

目前多數(shù)智慧燈桿項目采用建管分離機制，僅靠項目建設(shè)完工后竣工圖進行項目運維移交，圖紙多以紙質(zhì)圖紙為主，缺乏對工程建設(shè)過程信息化采集以及過程跟蹤，建設(shè)過程中管線電纜走向，設(shè)施設(shè)備進出廠時間、設(shè)備規(guī)格、廠家、型號、質(zhì)保期限、安裝人員等信息缺失或不全，給后期運維管理帶來諸多不便。

（2）運維過程缺乏閉環(huán)管理

智慧燈桿運維涉及桿體掛載各類設(shè)施設(shè)備、地下管道、供電電纜、通信電纜、綜合機箱等，設(shè)備種類、數(shù)量相比傳統(tǒng)路燈維護要復(fù)雜的多，目前運維系統(tǒng)缺乏能夠定位故障地點以及原因的信息化監(jiān)測手段、根據(jù)故障等級自動派單的處置手段、運維工單流程的閉環(huán)管理、突發(fā)事件提前布局的應(yīng)急預(yù)案等。

（3）人、事、物全方位信息化管理

傳統(tǒng)路燈管理信息化多數(shù)涉及對事件的管理，隨著城市管理精細化，越來越多的管理部門，采用外購運維服務(wù)來完成對公共設(shè)施運維。管理方式缺乏對運維人員、工程車輛的信息化管理；缺乏對運維事件、突發(fā)事件、應(yīng)急事件閉環(huán)管理及科學(xué)考評，缺乏對資產(chǎn)數(shù)量、位置、規(guī)格、建設(shè)年限、使用年限、維修記錄等全生命周期管理。

（4）運營收益不清晰

隨著智慧燈桿建設(shè)的深入，數(shù)據(jù)價值的進一步凸顯，智慧路燈的建設(shè)模式勢必從“投資拉動型”向“運營增值型”轉(zhuǎn)變[5]，如何通過運營增值服務(wù)彌補建設(shè)投入，關(guān)系到智慧燈桿建設(shè)可持續(xù)性，目前普遍缺乏通過信息化手段提升運營增值服務(wù)管理效率，為投資提供科學(xué)數(shù)據(jù)依據(jù)。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)設(shè)計目標

管理以“資產(chǎn)管理精細化、工作流程標準化、應(yīng)急處理智能化、決策判斷科學(xué)化”為目標，基于GIS+三維+IoT+大數(shù)據(jù)分析等信息技術(shù)搭建智慧燈桿全生命周期信息化系統(tǒng)。通過構(gòu)建智慧路燈供電監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、空間監(jiān)控的整體監(jiān)控體系，告警監(jiān)控、工單派發(fā)的運維管理閉環(huán)體系，用電計量、資產(chǎn)租賃、服務(wù)外包的運營收費體系，資產(chǎn)管理、庫存管理、工程管理、排班管理、評價管理的管理體系，解決設(shè)施監(jiān)控不及時、資產(chǎn)不清晰、運維服務(wù)效率低、運營收益不明確、管理無手段、考評無依據(jù)、決策無數(shù)據(jù)支撐的問題。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用“微服務(wù)”架構(gòu)風格，各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)獨立實現(xiàn)其業(yè)務(wù)功能、獨立開發(fā)及獨立部署，業(yè)務(wù)系統(tǒng)間采用松散耦合的協(xié)作服務(wù)，同時支持使用HTTPS/REST 等同步協(xié)議或AMQP 等異步協(xié)議進行通信。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示?？傮w架構(gòu)涵蓋基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層(IaaS)、數(shù)據(jù)服務(wù)層（DaaS）、平臺服務(wù)層（PaaS）、應(yīng)用服務(wù)層（SaaS）以及遵循安全體系和管理體系。本文著重對應(yīng)用服務(wù)層功能進行設(shè)計。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

應(yīng)用服務(wù)層功能分為四大類應(yīng)用子系統(tǒng)，分別為建設(shè)管理類（工程管理、供應(yīng)商管理、倉庫管理）子系統(tǒng)、運維類（告警管理、工單管理、荷載計算、照明監(jiān)控、桿體供電監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、GIS 地理信息管理、應(yīng)急管理）子系統(tǒng)、管理類（資產(chǎn)管理、排班管理、能耗管理、車輛管理、報表分析）子系統(tǒng)、運營類（收益分析、支出統(tǒng)計、合同管理、客戶管理、租期管理）子系統(tǒng)。

3.3 建設(shè)管理類子系統(tǒng)設(shè)計

該子系統(tǒng)分為工程管理、倉庫管理和供應(yīng)商管理三個模塊，構(gòu)建建設(shè)的全生命周期管理，從項目前期管理到維護管理，通過貫穿整個工程項目重要節(jié)點的流程管理，讓智慧燈桿建設(shè)有流程，讓建設(shè)質(zhì)量有保證。

（1）工程管理模塊

工程管理模塊有項目全生命周期展示、工程實際進度與計劃進度對比查看，直觀看出每個建設(shè)工程進度，計劃超期與提前量，便于工程計劃動態(tài)調(diào)整；可對項目建議書、可研報告、初步設(shè)計、施工圖、招投標文件、合同等全流程文件錄入存檔，讓項目過程資料文件信息化存儲，方便后續(xù)查閱；同時對規(guī)劃許可、圖審信息、質(zhì)量報監(jiān)、安全報監(jiān)、施工許可等施工過程中許可進行線上審批留檔，簡化項目施工過程中評審流程；質(zhì)檢員通過系統(tǒng)可對項目質(zhì)量進行評分和評價以及發(fā)出整改要求，施工單位根據(jù)整改要求進行質(zhì)量整改，質(zhì)檢員可對整改結(jié)果進行審核，形成閉環(huán)流程，對歷史巡查計劃以及巡查情況進行統(tǒng)計分析，便于對共性問題提前預(yù)防。

（2）倉庫管理模塊

通過圖形化界面對當前倉庫、貨架上的材料的分布情況進行動態(tài)展示?？赏ㄟ^模糊搜索方式搜索某一材料在倉庫中的分布情況。可以查看某一貨架上存放的材料的詳細信息，為材料領(lǐng)用出庫及入庫等進行指導(dǎo)。庫存多樣化統(tǒng)計報表，對倉庫庫存、出入庫情況進行統(tǒng)計分析，形成各類報表輔助管理人員管理及了解倉儲變化情況。例如庫存余額表可展示目前倉庫中所有各類材料剩余數(shù)量及分布情況；庫存匯總表可展示某一段時間范圍內(nèi)所有材料的出入庫數(shù)量及金額情況，還包括庫存明細表、庫存數(shù)量匯總表等多樣化統(tǒng)計分析表，通過倉庫管理模塊讓工程材料管理出庫入庫環(huán)環(huán)相扣，物料流轉(zhuǎn)可視可控，各類廢料物盡其用，物料登記筆筆分明，成本核算滴水不漏。

（3）供應(yīng)商管理模塊

通過對供應(yīng)商的全過程評估管理，為企業(yè)建立合格供應(yīng)商庫，并且自動關(guān)聯(lián)合作單位基本信息、歷史合作情況、履約情況、評估等信息。通過不斷的積累和更新，實現(xiàn)企業(yè)與供應(yīng)商之間的合作關(guān)系，從單次合作關(guān)系升級到戰(zhàn)略合作聯(lián)盟關(guān)系，降低企業(yè)項目運作風險。根據(jù)供應(yīng)商設(shè)備長期使用情況的反饋，建立評價機制，對供應(yīng)商進行評價，為后期采購提供參考。

3.4 運維管理類子系統(tǒng)

運維管理類子系統(tǒng)是對已建工程進行全流程運維信息化管理，包含現(xiàn)場設(shè)施設(shè)備、供電、網(wǎng)絡(luò)等實時監(jiān)控管理、告警管理、工單派發(fā)等三個模塊，通過運維管理系統(tǒng)維護閉環(huán)建設(shè)，實現(xiàn)多種手段主被動獲取事件報警信息、建立案件工單、匹配任務(wù)派遣、及時處理反饋、事后處理核查、工單結(jié)案，達到快速響應(yīng)故障報修，全過程監(jiān)管故障處理進展，提高運維效率、降低運維成本。

（1）監(jiān)控管理模塊

監(jiān)控管理模塊結(jié)合前端智慧燈桿智能控制器、回路監(jiān)控終端等前端感知設(shè)備，實現(xiàn)對智慧燈桿掛載設(shè)備遠程運行狀態(tài)監(jiān)控，對回路供電電壓、電流、功率、漏電等供電狀態(tài)監(jiān)控，對桿體傾斜、溫度、濕度、積水、門禁等環(huán)境狀態(tài)監(jiān)控，對網(wǎng)絡(luò)流量、通斷等網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控，對服務(wù)器磁盤、內(nèi)存、CUP 使用率、底層服務(wù)狀態(tài)進行實時監(jiān)控；實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)施設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、機房設(shè)備、軟件服務(wù)等系統(tǒng)全過程、全范圍實時監(jiān)控。

（2）告警管理模塊

告警管理模塊負責對所有硬件設(shè)施異常、網(wǎng)絡(luò)異常、服務(wù)異常等告警信息分類、分級管理，為用戶提供各類告警統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，為每類告警配置告警等級、處理時限、關(guān)聯(lián)維護班組及人員，根據(jù)配置信息自動通過微信、短信、APP、工單形式推送給相應(yīng)管理人員。

（3）工單管理模塊

工單管理模塊是對用戶所轄維護的日常業(yè)務(wù)工作進行管理。通過工單管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)施故障報修的全業(yè)務(wù)流程化受理、處理管理，應(yīng)用工作流引擎和工作流程技術(shù)，建立運維管理工作流程中信息收集、案件建立、任務(wù)派遣、處理反饋、處理核查、結(jié)案共 6 個階段的流程閉環(huán)智能化管理，形成每個階段工作記錄和流轉(zhuǎn)軌跡，實現(xiàn)工單等流程管理規(guī)范化，全面提高管理部門的辦公效率。使得維護部門日常業(yè)務(wù)工作流程標準化、管理科學(xué)化，大大增加了工作效率。系統(tǒng)還支持查詢統(tǒng)計功能，為維護部門的績效考核提供了依據(jù)，提高了管理者的管理水平。

3.5 日常管理類子系統(tǒng)

日常管理類子系統(tǒng)是對建設(shè)、運維、運營過程中的人、事、物進行管理，包含排班管理、資產(chǎn)管理、車倆管理、能耗管理、數(shù)據(jù)決策分析管理等五個模塊。

（1）排班管理

排班管理模塊對管理人員、值班人員、維護人員按區(qū)域、工作崗位進行合理排班，出現(xiàn)應(yīng)急事件、故障維修、巡檢計劃、工單等任務(wù)時，根據(jù)當天排班情況自動關(guān)聯(lián)相關(guān)人員，讓事件與人進行一對一關(guān)聯(lián)，責任到人，避免出現(xiàn)責任不清情況出現(xiàn)。

（2）資產(chǎn)管理

資產(chǎn)管理模塊主要實現(xiàn)對燈桿配裝設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、供電設(shè)備、管道、電纜、光纜、機房、綜合機箱等全域資產(chǎn)管理的信息化，實現(xiàn)資產(chǎn)規(guī)格、型號、位置、權(quán)屬單位、安裝使用日期等信息的全生命周期、全過程管理，實現(xiàn)對資產(chǎn)之間供電關(guān)系、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系、空間安裝關(guān)系的關(guān)聯(lián)關(guān)系管理；實現(xiàn)根據(jù)分組、區(qū)域、資產(chǎn)類型、資產(chǎn)狀態(tài)、安裝時間、質(zhì)保期等維度統(tǒng)計資產(chǎn)數(shù)量；現(xiàn)場設(shè)備施工人員或設(shè)備維護人員，使用手機APP 掃描設(shè)備條形碼即可快速查詢設(shè)備的基本信息，從而提高設(shè)備維護效率。

（3）車倆管理

車輛管理模塊包括車輛信息、車輛調(diào)度信息、行駛公里數(shù)登記；車輛調(diào)度根據(jù)需要運維點位置信息和車倆位置信息，實時優(yōu)化車輛運維工單安排，節(jié)約運維時間，提高故障運維效率；實時記錄車輛軌跡，結(jié)合通過GIS 地圖反應(yīng)運維人員業(yè)務(wù)工作軌跡、駐留點停車時長。管理單位車輛信息登記如：車牌號、品牌、用途（工程車、出勤車、接待等）、車量屬性、年檢等信息。

（4）能耗管理

能耗管理模塊通過在線監(jiān)測供配電設(shè)備能耗動態(tài)過程，收集整個過程中大量分散的用電及能耗數(shù)據(jù)，提供實時及歷史數(shù)據(jù)分析、對比功能，以發(fā)現(xiàn)能源消耗過程和結(jié)構(gòu)中存在的問題，通過優(yōu)化運行方式和用能結(jié)構(gòu)以及建立合理的能耗評估、管理體系，避免不必要的能源浪費，節(jié)約能源，提高能耗效率水平。

（5）數(shù)據(jù)分析決策管理

數(shù)據(jù)決策子系統(tǒng)針對智慧燈桿綜合管理平臺資產(chǎn)數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)、工單運維數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、照明數(shù)據(jù)、荷載數(shù)據(jù)等不同業(yè)務(wù)層面數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析，決策者可根據(jù)數(shù)據(jù)需求，自定義報表風格內(nèi)容，并輸出報表，為運維、管理、投資、運營提供決策的數(shù)據(jù)支撐。

3.6 運營管理類子系統(tǒng)

智慧燈桿建設(shè)需要投入大量資金，需要通過合理運營收益來彌補前期建設(shè)投入資金，運營管理子系統(tǒng)通過對智慧燈桿可運營功能模塊進行運營管理、運營合同管理來提高運營收益和運營效率。

（1）運營管理

運營模塊分為收入運營項目和支出運營項目兩大業(yè)務(wù)，其中收入運營項目包括為城市公共服務(wù)提供運維收益、桿體管道設(shè)備租賃服務(wù)收益、戶外廣告服務(wù)收益、充電服務(wù)收益、停車運營服務(wù)收益、合同能源管理服務(wù)收益、大數(shù)據(jù)運營服務(wù)收益等各類收益運營管理；支出類項目包括電費、網(wǎng)絡(luò)費用、運維費用等支出管理；可按時間、區(qū)域、運營類型統(tǒng)計分析生成各類收益和支出報表數(shù)據(jù)。直觀展現(xiàn)各類收益和支出對比，為投資決策提供數(shù)據(jù)支撐。

（2）合同管理

合同管理模塊可根據(jù)購買智慧燈桿運營服務(wù)類別、期限、數(shù)量等信息根據(jù)合同范本自動生成服務(wù)合同，并對合同審批、合同收款、合同付款、合同變更、合同補充、合同狀態(tài)變更與評估等進行線上辦理和審批，覆蓋從合同簽訂、履行、款項收付到履約結(jié)束的合同全生命周期。合同到期前，系統(tǒng)自動提醒客戶是否續(xù)簽。

4.結(jié)論

智慧路燈建設(shè)已經(jīng)成為未來市政道路建設(shè)的重點，相對傳統(tǒng)路燈智慧燈桿的建設(shè)、運維、管理、運營是一個復(fù)雜而且繁瑣的過程，本文從智慧路燈管理存在的問題和需求出發(fā)，給出智慧燈桿全生命周期信息化管理系統(tǒng)設(shè)計目標、架構(gòu)和各類子系統(tǒng)功能；功能涵蓋建設(shè)業(yè)務(wù)全過程管理、運維的全流程自動管理、對人、事、物的全要素管理、對運營收益支出全方位管理，建設(shè)、運維、管理、運營四位一體信息化系統(tǒng)讓建設(shè)有保障、讓監(jiān)控有手段、讓運維有效率、讓運營有效益、讓管理有辦法、讓考評有依據(jù)、讓決策有支撐。