南京市江北新區綜合管廊二期工程智慧化運營管理平臺實施方案

葉鐵

摘要：通過管廊智慧化運營管理系統（BIM+3S）獲取、收集管廊內環境類參數（溫濕度、氧含量、有毒氣體、可燃氣體濃度等）、介質類參數（水流量、用氣量、用電量、水壓、氣壓、電纜接頭溫度、積水坑液位等）等基礎監測信息，加以智能化分析預控，實現對管廊、廊內附屬設施（元件）、入廊管線高效精確的信息化管理、監控、監測、應急處置和防災減災功能，從而實現管廊資產的高效管理、入廊管線運營安全管理。

Abstract： Through the intelligent operation management system （BIM+3S） of the utility tunnel， to obtain and collect the environmental parameters（temperature and humidity， oxygen content， toxic gases， flammable gas concentration etc.）， medium parameters （water flow， gas， electricity， water gage， gas pressure， cable joint temperature， water pit level etc.） and other monitoring information， to make an intelligent analysis and control， and to realize the functions of high efficient and accurate information management， monitoring， surveying， emergency response， disaster prevention and mitigation to the pipe gallery， ancillary facilities （components）， the information management and gallery pipelines， so as to realize the efficient management of the assets of the corridor and the safety management of the pipeline operation.

關鍵詞：智慧化；監控；監測；應急處置；防災減災；高效管理；安全管理

Key words： intelligent；monitoring；surveying；emergency response；disaster prevention and mitigation；efficient management；safety management

中圖分類號：TU232 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）12-0079-05

0 引言

作為“十三五”規劃，國家戰略百大工程的地下城市綜合管廊項目建設大幕已全面拉開。地下綜合管廊被稱為城市的“血管”和“神經”，將電力、通信、給水、燃氣、垃圾真空管等多種管線集中設置在同一地下空間，是城市重要的基礎設施，實現安全、高效運營管理地位舉足輕重。

綜合管廊智慧化建設貫穿于設計、施工、運營全生命周期。設計階段：智能化設計理念納入設計，時時接收設計圖紙及BIM模型；施工階段：BIM深度建模，在此基礎建立GIS、GPS和RS模型；運營階段：維護、運營BIM+3S系統并實現可視化安全高效運營管理。

1 工程概況

南京江北新區綜合管廊二期工程，包含江北新區核心區及其周邊地區的18條路段下的綜合管廊以及已建江北新區綜合管廊一期中的未完及需升級改建部分的投融資及建設，全長約53km，其中：干線綜合管廊31.29km，支線綜合管廊22.12km。建設的主要內容為：既有管線改遷、交通導改、土方開挖、地基處理及支護、盾構 （頂管）施作、管廊本體及排水、消防、通風、電氣、監控（含監控中心）、道路及綠化恢復等工程。管廊容納電力、通信、給水、中水、空調熱力管、燃氣、污水、雨水、真空垃圾管等管線，各道路下建設綜合管廊根據管線種類布置管廊艙室，管廊艙室分為單艙、雙艙、三艙和四艙。

2 項目各階段實施方案

2.1 設計階段

提供多方參與的云端協同管理平臺；提供BIM+3S建模與交付標準；建立BIM+3S模型文件入庫審批流程；根據展示需要，提前建立樣板段BIM+3S模型；實時接收和管理設計院圖紙和BIM模型。

2.1.1 模型管理

支持Tekla、Revit、ArchiCAD、Bentley等主流軟件建模的BIM模型文件、GIS地理場景模型以及RS模型，具有強大的兼容性；支持批量導入模型文件；平臺能夠實現模型三維渲染；平臺能實現構件屬性編輯，支持用戶對三維模型構件的屬性進行編輯修改等操作；可實現批量導出構件清單、構件屬性清單，并能夠給出屬性信息的統計分析；能夠針對屬性數據進行設備、材料數量統計分析。

①場地現狀仿真。

操作方法：依據場地現狀進行三維模型搭建，搭建周邊環境、施工場地模型，對項目過程中的各個階段進行模擬，為前期規劃設計提供可視的數據支持。

應用效果：三維場地仿真更加清晰直觀，塔吊等現場機械與實際尺寸按1：1仿真，直接顯示實際的工作方式。

②管線搬遷管理。

操作方法：針對重要階段施工期間的設備使用和空間占用情況，結合設計模型和場地現狀模型，制定各階段場地使用情況模型，最終生成管線搬遷與交通疏解計劃書并形成最符合實際的設計方案。

應用效果：取代傳統的平面圖或效果圖，形象地表現出管線布設及需要搬遷的位置，并模擬出方案，讓業主及相關責任方能全方位地了解搬遷，方案，促進各方的順暢溝通，大大地提高溝通和解決問題的效率。

2.1.2 三維漫游展示

基于BIM+3S數據庫，實現管廊內部虛擬現實漫游和查詢等功能；能夠對漫游速度、旋轉速度、爬升速度、俯仰速度和渲染閾值等進行設置；在能夠在三維圖形平臺中通過自定義關鍵詞快速檢索構件并高亮顯示構件；完成展示中心大屏幕和計算機系統建設，通過BIM+3S模型定位，可三維展示漫游點情況和信息；完成項目對外展示網站建設，基于BIM+3S數據庫，實現項目總攬以及施工實施、監控和運維過程展示等功能。

2.1.3 用戶權限管理

對系統用戶以及對系統功能操作權限進行管理；各部門管理員錄入部門人員信息，并設置可以使用的功能點，也可設置用戶角色和組織；系統僅允許系統管理員對相關信息進行修改，且每次修改均由系統進行記錄。

2.1.4 檔案管理

平臺支持搭建文件流轉、文件審批流程，實現一體化辦公，能對文件審批狀態查詢，具備來件提醒功能；能對規范、標準、圖紙、方案、會議紀要等文件資料實現共享，可根據權限在系統上查看或下載文檔資料，可將驗收記錄等文件關聯到模型附件；通過建立文件與BIM+3S模型的網狀關聯關系，用戶能夠快速檢索跟構件（設備）關聯的文檔，同時也能快速查找跟文檔關聯的構件（設備），提高BIM+3S模型和文件的應用價值。

2.1.5 輔助輸出圖紙

基于BIM模型的全專業的二維出圖：在綜合管廊項目全過程設計中，由于基礎設施施工企業水平的差異，交付成果時將模型轉換為傳統的二維圖紙仍是過渡期不可缺少的工作。

相較于傳統的CAD出圖，Bentley綜合管廊出圖不僅可以支持二維平、立、剖面展示，并配以3D模型清晰顯示內部構造，對復雜節點施工具有積極的指導意義。一方面提高了出圖質量，另一方面也提高了出圖速度。（圖1）

2.2 施工階段

施工BIM+3S模型創建；BIM+3S動態施工管理；創建管廊BIM+3S應用技術標準、質量檢驗標準、成檢表格。

2.2.1 施工BIM建模

管廊施工圖深度建模：施工場地模擬，交通疏散及管線遷改，施工方案模擬，三維技術交底，自動放樣定位，模型維護更新。施工場地模擬：管廊周圍環境、施工場地建模，明挖施工模擬，盾構施工模擬，機械碰撞模擬；交通疏散及管線遷改：基于BIM+3S模型，可視化模擬現狀環境、道路及周邊管線進行，預先觀察到交通疏解、路面拆除、管線布置方案是否合理，同時保存方案數據，作為后續工作的依據；施工方案模擬：施工階段WBS架構劃分及模擬，挖掘機械與支撐系統空間位置，支撐系統與結構主體位置碰撞，結構鋼筋之間位置碰撞，標準段與節點空間位置碰撞，交叉口空間位置碰撞，預埋件與管線和主體位置碰撞，管線與管線之間碰撞，盾構機與工作井空間位置碰撞；三維技術交底：基坑圍護，地基處理，管廊標準段主體施工，管廊節點施工，管廊基坑回填施工，管廊管線入廊施工三維技術交底；自動放樣定位：將施工BIM模型導入放樣軟件進行放樣點創建，基于BIM+3S數據庫，采用放樣機器人，通過發射紅外激光自動照準，實現自動放樣；模型維護更新：在施工過程中全程跟蹤項目，根據設計變更同步維護和更新模型，使模型始終與真實的建筑保持一致，并在施工完成后提交竣工模型。

2.2.2 GIS信息建模

創建二三維一體化GIS模型，提供地圖顯示和定位功能；提供專業GIS分析功能，包括距離量測、面積量測、空間查詢、沉降分析和變形分析等；地圖顯示：包括矢量地圖顯示和衛星地圖顯示，真實展現工程涉及范圍內的地形、地貌等特征；通過GPS和WIFI定位技術實現廊內廊外一體化定位。

2.2.3 RS信息建模

創建RS（遙感）模型，提供影像一張圖和管廊周邊環境變換信息提取；影像一張圖：采用高分辨率光學衛星、遙感雷達生成的影像對管廊建設區域進行覆蓋監測，為管廊施工規劃和管理提供可視化的影像服務；通過監測管廊及周邊的狹長地帶，對環境變化及影響進行評估。

2.2.4 質量安全管理

安全標識標牌、現場防護措施和防護設備的模型創建，安全標識標牌模型創建，現場防護措施模型創建，現場防護設備模型創建；系統支持現場管理人員進行“按圖釘”操作，在三維模型中快速標記有質量問題、安全隱患的構件，用于記錄巡檢過程中發現的施工質量問題、安全隱患問題；允許用戶在移動端上拍攝現場問題照片，并能夠保存、上傳與三維模型鏈接相關的照片，添加質量問題的文字描述；平臺能夠按周、月、季度導出施工質量統計表，作為后續考核的指標。

①碰撞檢查。

操作方法：把建好的各個模型在碰撞檢查軟件中檢查軟硬碰撞，并出具碰撞報告。

應用效果：能夠消除軟、硬碰撞，優化工程設計，避免在施工階段可能發生的錯誤損失和返工的可能；能優化管線排布方案（包括臨設的管線布置方案）。

1）通過數據直接輸出碰撞結果，包括專業、數量、以及位置。在管廊出入孔布線的應用不管是在設計還是施工階段應用效果都非常突出。（圖2）。

2）通過對各區域的空間碰撞檢討，優化空間利用率，以及保證施工空間。（圖3）

2.2.5 進度管理

將BIM模型與進度計劃數據相關聯，在平臺中顯示 3D 模型的動態變化，對工程進度進行模擬、分析和管理。

操作方法：根據三維按WBS架構細分的模型，把工程量清單編碼規劃導入模型構件中，實現計量計價的實時提取。

應用效果：能夠快速、準確地進行月度產值審核，實現過程三算對比，對進度款的撥付做到游刃有余；工程造價管理人員可及時、準確地篩選和調用工程基礎數據。（圖4）

2.2.6 成本管理

將BIM模型與進度計劃數據、價格數據相關聯，對每個月、每一周所需的項目成本進行模擬、分析和管理；可快速預測按照當前進度計劃安排和價格在整個項目周期內的投資情況（包括計劃投資、實際投資、累積投資等），分析階段和整體投資分布，合理安排資金，降低工程成本。

2.2.7 資源管理

平臺可實現對設備材料到貨計劃管理，設備詳細參數信息管理，設備材料狀態管理和庫存預警；BIM模型中構件二維碼的編碼規則；平臺基于BIM系統提供二維碼制作，通過于統一編碼規則打印并生成構件二維碼圖片，實現可追溯管理。

2.3 運營階段

實現數據化：管廊管線、設施設備、運營維護；智能化：實時監測、視頻監控、設備控制。

為實現運營階段的數據化、智能化，平臺分四層架構設計：

數據采集與設備控制層：采集感知傳感器實時數據、設備狀態信息、視頻信息，同時智能設備執行遠端平臺控制命令；

傳輸層：在管廊空間部署有線無線一體化組網，將智能網關采集的信息，上傳到平臺層；

平臺層即云平臺：數據由云平臺處理與分析，包含BIM模型、GIS地圖、GPS定位、RS遙感等功能組件；

應用層：部署全景展示、實時監測、設備控制、報警應急、指揮調度、移動巡檢、統計分析等應用，滿足實際場景需求。

智慧管廊綜合管理平臺的總體架構圖（圖5）。

2.3.1 GIS展示

展示管廊全貌、定位管廊信息、沉降監測分析（圖6）。

遙感影像展示、周邊環境監測（圖7）。

2.3.2 BIM展示

基于BIM數據庫，展現管廊、管線模型（圖8）。

虛擬管廊：身臨其境地體驗管廊效果和細節（圖9）。

通過設施設備BIM模型，查看設備信息、狀態（圖10）。

2.3.3 綜合監控

通過在綜合管廊中設置各種傳感器，進行多傳感器融合集成監測，確保管廊運行安全（圖11）。

遠程控制燈光、門禁、風機、水泵等（圖12）。

通過有線和無線組網方式，在管廊內部、外部、出入口等關鍵區域部署視頻監控系統（圖13）。

2.3.4 報警應急

當監測數據超過閾值，系統報警，并將信息推送到負責人，啟動應急預案，運營維護人員通過GIS定位，確定附近攝像頭，遠程查看報警現場（圖14）。

2.3.5 設備管理

有序管理空間信息、管線信息、設施設備信息（圖15）。

2.3.6 運維管理

對設施設備全生命周期進行有效管理（圖16）。

2.3.7 統計分析

將監測信息、基礎信息、報警信息、維保信息等，進行統一的分析處理，支撐管理決策（圖17）。

2.3.8 移動巡檢APP

現場照片、圖像現集，自動上傳服務器；

語音視頻、無線對講，巡檢簽到；

報警位置導航、巡檢路徑后臺同步（圖18）。

3 總結

2016年10月，南京市江北新區綜合管廊二期工程動土開工，智慧管廊建設同步開始。53公里大斷面地下綜合管廊在全國屬大體量建設規模，故實現南京智慧管廊高效安全運營顯得無比重要。通過三個月的努力，在上級單位與合作單位的指導幫助下，BIM+3S綜合管理平臺實施方案已順利完成并得到相關部門認可。在實施過程中不可避免地會進一步修改、完善。目前，全國管廊大規模建設帷幕已經拉開，為能給建設智慧管廊摸索中的人們提供一點微不足道思路，特把南京市江北新區綜合管廊二期工程智慧化管理平臺實施方案呈獻給讀者。

參考文獻：

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