城市地下綜合管廊智慧運維管理研究與應用

張興曄 中通服咨詢設計研究院有限公司

隨著相關政策的持續支持和資金投入的不斷增加,全國各地綜合管廊的建設工作正在積極開展,但是針對綜合管廊運維管理的研究相對較少,也并未形成一套完整、成熟的技術體系。因此,本文結合某綜合管廊工程實際,采取“BIM+GIS”及物聯網、云計算等技術,進行綜合管廊的智慧運維管理探索。

1.關鍵技術研究

1.1 BIM與3DGIS融合技術

實現BIM和3DGIS的融合,關鍵是建立兩者之間的數據交互接口。IFC(Industry Foundation Classes)標準是IAI(International Alliance of Interoperability)組織制定的建筑工程數據交換標準,是目前BIM普遍使用的一種格式,能夠實現建筑模型不同專業、不同設計軟件間的信息交互共享。

CityGML(City Geography Markup Language)是實現三維城市模型信息共享和可視化的國際標準,定義了城市空間對象的三維幾何、拓撲、語義信息。將IFC和CityGML分別作為BIM和3DGIS領域的數據模型標準,通過數據解析,語義映射,實現兩者之間的數據轉換。

1.2 云計算平臺的搭建

云計算平臺包括數據儲存中心和數據服務中心兩大部分,以提供綜合管廊運維數據的統一儲存、管理、分析和提取。數據儲存中心主要將綜合管廊的地理信息數據、模型數據、監測數據、事件處理數據等集中在云平臺,形成一個數據倉庫,為各應用服務子系統提供數據基礎,并進行數據的分析、計算。數據儲存中心采用NF5280M4系列高性能服務器作為硬件基礎。數據服務中心是綜合管廊智慧運維管理各子系統功能的實現,并提供基于移動終端的服務應用。

1.3 面向服務的系統架構設計

BIM和GIS的WebService都是基于WSDL的服務發布方式進行發布,這些服務以消息傳遞作為其通信方法和使用服務描述來保持松散耦合。SOA是以服務流程為中心的體系結構,其中每個流程可以劃分成如干個小步驟。SOA體系結構主要由服務請求者、服務提供者、服務代理者三者組成,其中服務代理可以根據具體的業務分為若干個類型的服務。在此基礎上,設計綜合管廊智慧運維管理的系統架構,主要包括基礎設施層、感知層、數據層、應用層、用戶層以及展現層。

2.智慧運維管理平臺建設

2.1 地理信息系統

通過GIS和BIM相結合,實現二三維聯動,對綜合管廊地上、地下模型進行漫游、縮放、屬性查看、高程測量、距離測量、面積測量等。同時,提供鷹眼視圖、地圖書簽等視圖控制,方便管廊運維人員快速掌握管廊相關信息。用戶可按預設路線進行場景飛行,也可以自定義地上、地下飛行路線,利用場景飛行功能,不但能及時了解綜合管廊相關信息,還可進行逃生路線、管廊巡檢路線的規劃及自動導航等。

2.2 基礎數據管理

基礎數據管理主要實現組織機構和人員的統一管理,將綜合管廊工程的組織架構、任命情況、人員檔案、上崗資質、聯系方式等進行統一儲存和查詢。綜合管廊工程資料的統一管理,支持word、pdf、圖形圖像等文檔的存儲。通過統一的平臺將各類資料集成管理,避免信息的丟失。

2.3 綜合信息查詢

將所有設備、工程數據與BIM模型建立關聯關系,通過BIM模型獲取與設備有關的設計、施工、安裝調試、設備編碼以及設備參數等所有信息。實現綜合管廊運行、檢修、設備更新改造信息的實時動態錄入,新舊數據結合,形成綜合管廊工程數據中心,并支持數據的綜合查詢調取。

2.4 輔助決策

輔助決策子系統主要是通過各系統采集的數據經過數據中心進行篩選、處理及分析,實現各系統自動控制及系統間聯動。通過各類數據,為各級各類監控人員、管理人員提供入廊分析、凈距分析、管網分析、周邊環境分析等決策支持。

2.5 指揮調度

指揮調度子系統實現了應急預案、人員物資調度、預警預報三大功能。

(1)應急預案：在GIS地圖上查詢出危險點,查看鄰近的工作人員的分布情況與人員組成,提供物資調運、隊伍投入最優方案；調度歷史事件管理,實現對運行調度日志的維護和管理；同時,跟蹤各操作員的各項操作的詳細過程,提高災情預判能力,避免和減少了突發事件曹成的人員傷亡和危害。

(2)人員物資調度：實現了對應急物資的管理及人員的組織,應急物資管理可幫助用戶及時掌握防汛物資的儲備結構和儲存情況、各類應急物資的應用方法以及組織運輸供應等。

(3)預警預報：實現了對綜合管廊的運行全過程監測,同時,實現災情及時預警、報警、處理及疏散,同時通過通信系統,及時通知綜合管廊內的工作人員,迅速撤離現場,保證工作人員的人身安全。

2.6 實時監控

實時監控模塊是將監控系統中的數據進行分析、處理、可視化展示,包括環境監控、設備監控、火災報警、基本保障四個部分。環境監控主要是對溫濕度、水位、氧氣濃度、有害氣體、煙霧的統計分析；設備監控包括供電數據、供暖數據、供水數據的監測分析；火災報警是對綜合管廊內的火災進行及時預警,并啟動應急處理；基本保障包括對通風系統、排水系統、照明配電系統、通訊系統的監控,保證其正常運行。

2.7 設備管理

設備管理子系統有效提高了綜合管廊內設備的管理效率和精準性,包括設備臺賬、維修臺賬兩大功能。其中,設備臺賬是對管廊內設備名稱、型號規格、購入日期、使用年限、折舊年限、資產編號、使用部門、使用狀況,設備的更新和盤點,設備的運行狀態統計等信息的統一管理。維修臺賬包括維修設備名稱、編號、使用部門、故障原因、處理方法、更換的備件名稱、維修人員信息等。

結語：綜合運用GIS、BIM、物聯網、大數據、云計算等技術,構建了綜合管廊智慧運維管理系統,實現了綜合管廊的實時化監測、科學化決策、智能化預警、一體化應急管理、精細化設備資產管理等綜合管控,解決了綜合管廊運營維護中的技術難題,促進了綜合管廊的創新管理，有效地減少了安全隱患,確保綜合管廊的安全、高效運行。