基于物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生的綜合交通客運樞紐智能運維技術(shù)研究

文｜陳大海

綜合交通客運樞紐是一個綜合性場所，承載多種交通方式的換乘銜接，聚集客流，大量的智能化設(shè)備設(shè)施，給樞紐的運維管理帶來很大挑戰(zhàn)。本文主要研究如何利用物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)樞紐空間和設(shè)備設(shè)施的數(shù)字化、模型化和互聯(lián)互通，打造一個與物理空間保持實時同步的高仿真的數(shù)字樞紐映射體，為樞紐高效、便捷、智能的運維管理提供服務。

一、引言

綜合交通客運樞紐（以下簡稱“綜合樞紐”）是銜接鐵路、公路、民航等城市對外交通方式和軌道交通、出租車、網(wǎng)約車、城市公交等城市內(nèi)交通方式的一個重要節(jié)點，具有運輸組織管理、中轉(zhuǎn)銜接和安全應急保障的大型公共基礎(chǔ)設(shè)施。因客流量聚集，綜合樞紐帶來的經(jīng)濟效益越來越明顯，除交通運輸?shù)幕A(chǔ)性功能外，正形成集購物、休閑娛樂、商務辦公、特色旅游等多功能于一體的城市旗艦綜合體。

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，綜合樞紐的建設(shè)對節(jié)能、高效、方便和安全管理等提出更高要求，將物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等新技術(shù)應用于綜合樞紐的管理中，將會為樞紐運維帶來巨大變革。

<1)，且各件產(chǎn)品是否為不合格品相互獨立．

二、綜合樞紐運行維護管理現(xiàn)狀

當前隨著我國交通強國戰(zhàn)略的推進，依托高鐵站和機場等交通設(shè)施打造“站城一體、功能互聯(lián)”的樞紐城市綜合體，實現(xiàn)樞紐與城市的有機結(jié)合，實現(xiàn)交通出行和交通換乘的高效便捷、無縫銜接，同時融入了商務辦公、社區(qū)生活等多業(yè)態(tài)，樞紐的運維管理難度也面臨空前的挑戰(zhàn)。

綜合樞紐以交通運輸和換乘為核心功能，以綜合集約、多業(yè)態(tài)共存為特色，為滿足樞紐智慧化運行要求，建設(shè)了大量的智能化設(shè)備設(shè)施。智能設(shè)備的運維難度不斷增大，主要表現(xiàn)在設(shè)備預警和問題發(fā)現(xiàn)不及時、出現(xiàn)故障定位不準確、運維人力和物資分布分散、運維巡檢難度大、設(shè)備故障關(guān)聯(lián)影響等問題亟待解決?；谖锫?lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術(shù)相結(jié)合的運維體系將為樞紐的智慧運維提供支撐。

三、物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術(shù)在綜合樞紐運維管理中的應用

物聯(lián)網(wǎng)以傳感設(shè)備為基礎(chǔ)，按接口協(xié)議將設(shè)備實物與網(wǎng)絡連接，進行數(shù)據(jù)交換和通信，實現(xiàn)智慧化的識別、追蹤、監(jiān)管等功能。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行設(shè)備數(shù)據(jù)采集，對樞紐區(qū)域內(nèi)的人、車、交通、運營管理業(yè)務等數(shù)據(jù)信息進行多維度的采集，從而實現(xiàn)對綜合樞紐智慧化運維管理業(yè)務的數(shù)據(jù)整合、關(guān)聯(lián)分析以及指令下達等能力的支撐。

數(shù)字孿生是由物體實體與之對應的數(shù)字模型及模型之間通信功能構(gòu)成，由軟件和系統(tǒng)數(shù)字孿生體等數(shù)字實體與管理部門形成的工作域，通過傳感器實現(xiàn)數(shù)字模型與物理實體之間狀態(tài)的同步，共同構(gòu)成物理實體和數(shù)字模型的映射體。數(shù)字孿生技術(shù)的應用融合了BIM（建筑信息模型）和GIS（地理信息系統(tǒng)），將多領(lǐng)域、多物理量、多尺度、多概率的模擬過程，利用物理模型、設(shè)備傳感器、運行業(yè)務等數(shù)據(jù)進行整合實現(xiàn)，在虛擬空間中完成映射，實現(xiàn)對真實基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化和數(shù)字化管理與共享。BIM技術(shù)是用來對樞紐建筑空間和設(shè)備的物理特征和功能信息進行數(shù)字化承載和可視化表達，GIS技術(shù)用來表達樞紐的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間分析和地理信息，因此，基于BIM和GIS技術(shù)相融合，可實現(xiàn)綜合樞紐建筑空間、設(shè)施設(shè)備等精細化構(gòu)建的高度集成共享和可視化運維管理，提供樞紐運維管理的高標準要求和全生命周期管理的重要技術(shù)支持。

數(shù)字孿生過程示意圖

本文將研究利用物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術(shù)，實現(xiàn)綜合樞紐運維對象的感知數(shù)據(jù)的可視化管理，對各對象的運維管理過程進行融合集成，實現(xiàn)樞紐空間、設(shè)備、運維人員之間的互聯(lián)互通。通過樞紐設(shè)備管理與狀態(tài)監(jiān)測、日常巡檢與故障告警處理等，提升運維管理的智能管控能力；推進樞紐運維管理向數(shù)字化、智慧化轉(zhuǎn)變，通過歷史和實時狀態(tài)數(shù)據(jù)分析，推演變化趨勢。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)樞紐設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和傳輸，包括監(jiān)控、門禁、停車和反向?qū)ぼ嚤O(jiān)測、電梯運行狀態(tài)監(jiān)測、能耗儀表等設(shè)備，以及消防、環(huán)境感知、數(shù)據(jù)中心機房、建筑機電設(shè)備等。實現(xiàn)可感知設(shè)備的實時數(shù)據(jù)采集、匯聚和共享，為樞紐運維信息化應用提供數(shù)據(jù)服務。

基于數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)樞紐物理空間和設(shè)施設(shè)備的模型化、數(shù)字化，通過BIM將空間和設(shè)備進行數(shù)字化，同時結(jié)合GIS將數(shù)字模型和地理空間相結(jié)合，為樞紐各類設(shè)備設(shè)施提供精準定位，提供樞紐空間和設(shè)備的可視化管理。

空間和設(shè)備基本信息管理。運用BIM技術(shù)規(guī)范化管理樞紐所有建筑空間，包括空間基本信息及設(shè)備設(shè)施信息，租賃空間的租賃狀態(tài)、租戶、租賃期限等，并通過不同顏色在BIM模型中渲染空間的實時狀態(tài)；基于BIM中的設(shè)備數(shù)字化模型，構(gòu)建樞紐設(shè)備設(shè)施模型并管理其基本信息，包括設(shè)備型號、規(guī)格、生產(chǎn)廠商、設(shè)備供應商、供貨時間、質(zhì)保期、設(shè)備位置、設(shè)備狀態(tài)、巡檢和維護記錄，提供所有設(shè)備快速查詢和基于三維空間中的精準定位，采用不同顏色渲染設(shè)備狀態(tài)變化，當出現(xiàn)設(shè)備故障時進行告警提示。

設(shè)備設(shè)施日常運維管理。各類智能化設(shè)備運行過程中通過標準的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議實時監(jiān)控運行狀態(tài)，為設(shè)備設(shè)施的日常巡檢保養(yǎng)、故障維修提供決策。通過數(shù)字孿生運維管理平臺快速生成巡檢線路，下發(fā)至巡檢維護工作人員，巡檢人員在終端將巡檢信息實時回傳至平臺中，結(jié)合日常監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)變化和巡檢問題，平臺可實時優(yōu)化運維路線并推送重點巡檢事項至前端運維工作人員，在設(shè)備發(fā)送故障告警前進行運維，避免故障發(fā)生。

設(shè)備故障預警及維修管理?；跇屑~數(shù)字孿生運維管理平臺實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實施監(jiān)測，當出現(xiàn)超過告警閾值時觸發(fā)設(shè)備運維和知識庫，發(fā)送運維工單至運維終端，并在數(shù)字孿生環(huán)境中模擬故障位置、周邊資源、關(guān)聯(lián)設(shè)備，推送最優(yōu)路線、運維時間、所需資源、操作指南，運維結(jié)束，收集故障信息、維護過程、關(guān)聯(lián)設(shè)備、反饋信息等。

樞紐運維調(diào)度和決策分析。當出現(xiàn)嚴重設(shè)備故障時，樞紐運營指揮中心通過數(shù)字孿生運維管理平臺快速模擬故障運維預案執(zhí)行效果，調(diào)度現(xiàn)場技術(shù)人員、遠程專家、運維物資配送等協(xié)調(diào)聯(lián)動，實時跟蹤故障修復效果，同時借助數(shù)字孿生運維管理平臺實現(xiàn)運維過程的再現(xiàn)和結(jié)果復盤，總結(jié)分析和優(yōu)化運維預案。

此外，樞紐數(shù)字孿生運維管理還可對水電氣能耗管理，實現(xiàn)分功能區(qū)域的能源消耗數(shù)據(jù)分析，為能源決策提供支持，如智能照明控制等；基于數(shù)字孿生運維可實現(xiàn)對樞紐垂直交通設(shè)施進行實時監(jiān)控，監(jiān)控設(shè)備運維效率和設(shè)備故障情況；基于數(shù)字孿生運維實現(xiàn)樞紐停車區(qū)域的管理，為樞紐停車引導和停車管理提供可視化的決策分析。

四、結(jié)束語

本文研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和基于BIM+GIS的數(shù)字孿生技術(shù)在綜合樞紐運維中的應用，側(cè)重于樞紐空間和設(shè)備設(shè)施類資產(chǎn)的實時化、可視化運維管理，為運維人員提供故障精準定位、路線和資源推送服務，為管理決策提供運維調(diào)度的可視化、過程總結(jié)分析和預案優(yōu)化，提高樞紐的運維效率。同時可進一步研究利用綜合樞紐數(shù)字孿生技術(shù)結(jié)合室內(nèi)定位服務進行樞紐內(nèi)工作人員的實時位置跟蹤、樞紐應急管理與人員疏散等。