數(shù)字化智慧管廊運維平臺研究與應用

曾輝

摘 要：隨著綜合管廊建設的推進，全國各中大型城市積極投入到綜合管廊的建設中，城市管廊規(guī)模越來越龐大。綜合管廊空間斷面設計復雜，納入管線種類多，在運營過程中具有施工組織復雜、工程量大、項目工程管理難度大等特點，在工程進度、成本、安全、質量等綜合管理方面均存在困難，傳統(tǒng)管理模式已無法滿足綜合管廊快速發(fā)展的需求。因此需要建立有效的機制和手段來進行管理。

關鍵詞：數(shù)字化;運維平臺;應用

近年來，隨著國家政策的引導，廣大專家學者積極投入到綜合管廊運維管理研究中來，形成了一系列的綜合管廊信息化管理手段。通過對智慧管廊運營系統(tǒng)進行研究，結合其特點進行分析，對機器人巡檢技術在管廊中的應用進行了初步研究。張立新等根據(jù)綜合管廊全生命周期的管控要求，對BIM技術在管廊中的全生命周期的應用進行了研究。

一、我國綜合管廊研究現(xiàn)狀

與傳統(tǒng)市政管線布設方式相比，綜合管廊有效緩解了架空線網(wǎng)密集、直埋管線檢修所產生的“馬路拉鏈”問題，可實現(xiàn)市政工程管線的集成化、規(guī)模化管理，增強城市的抗風險能力。因其特有優(yōu)勢，近些年來在我國得到了快速發(fā)展，并計劃用10年時間建成較為完善的城市地下管線體系。為此，2015—2016年，國家共設25個綜合管廊試點城市，探索綜合管廊在建設及管理方面的先進技術，為綜合管廊的在全國的推進積累經驗。

二、綜合管廊智能化運維系統(tǒng)構建

1.平臺層搭建

平臺層將利用數(shù)據(jù)層的信息，為應用層提供數(shù)據(jù)處理、閾值預警和三維動態(tài)模擬病害的服務。

（1）數(shù)據(jù)處理。利用BIM技術建立管廊模型并添加管廊微觀信息，通過云計算將大量數(shù)據(jù)進行集中處理與診斷，形成一個數(shù)據(jù)中心操作環(huán)境，同時將不同的數(shù)據(jù)規(guī)范化、標準化，將資源進行整合，并分析方案進行數(shù)據(jù)分類和方案報備，為用戶提供一個客觀、系統(tǒng)、可視化的數(shù)據(jù)庫。

（2）閾值預警。管廊事故的發(fā)生，必然有一個從量變到質變的過程，會借助具體的特征表現(xiàn)出來，為此，選用閾值預警作為系統(tǒng)的監(jiān)控機制。使用大數(shù)據(jù)技術，對歷史數(shù)據(jù)進行切實有效的分析，得到管廊正常運行的各項數(shù)據(jù)指標范圍，結合相關規(guī)范規(guī)定設定閾值進行分級預警。若監(jiān)測數(shù)據(jù)在閾值范圍內浮動則可判定管廊處于正常狀態(tài)，當監(jiān)測數(shù)據(jù)在閾值范圍之外時，系統(tǒng)自動生成預警信息并傳送至指定聯(lián)系人。

2.數(shù)據(jù)層搭建

將管廊數(shù)據(jù)化是構建綜合管廊智能化運維系統(tǒng)的基礎，為確保數(shù)據(jù)真實可靠，采用傳感器采集、機器人巡檢、人工巡查3種方式結合構建系統(tǒng)數(shù)據(jù)層。

（1）傳感器采集。傳感器位于系統(tǒng)終端，負責各類基礎數(shù)據(jù)的采集，其性能對整個系統(tǒng)至關重要。主要選用光纖傳感、智能傳感兩種方式。

光纖傳感器憑借其測試精度高、耐腐蝕性能優(yōu)良以及抗電磁干擾的能力強等優(yōu)點廣泛應用于地下工程的檢測系統(tǒng)中。智能傳感器在傳感監(jiān)測的基礎上還能在其內部對原始數(shù)據(jù)進行加工處理，且可通過標準接口實現(xiàn)與外界的數(shù)據(jù)交換，具有自診斷、自校準、數(shù)值處理、雙向通信以及信息存儲和記憶功能。

（2）機器人巡檢。作為新興智能化巡檢模式逐步被應用于城市地下基礎設施的養(yǎng)護，巡檢系統(tǒng)由巡檢機器人、巡檢軌道、充電系統(tǒng)以及網(wǎng)絡通信和信息存儲管理系統(tǒng)組成，可對管廊內的給排水管線、燃氣管線、電力管線、通信管線進行自動巡檢。

3.應用層搭建

應用層負責為管廊用戶提供輔助決策及閉合式的流程管理。

（1）信息傳送。相關專業(yè)技術負責人可下載手機APP客戶端，通過登錄自己的賬號查看權限范圍內的數(shù)據(jù)，當系統(tǒng)所設置的閾值警報發(fā)生，平臺會自動將報警信息和定位發(fā)送給指定技術負責人手機端，便于管理人員及時開展后續(xù)處置工作。

（2）預案管理。管廊的應用層為用戶提供預案幫助，根據(jù)系統(tǒng)記錄的歷史處理方案及解決效果，建立管廊常規(guī)事件預案庫。當常規(guī)事件發(fā)生時，預案管理系統(tǒng)自動匹配最優(yōu)處理手段并迅速采取措施。例如：當管廊傳感系統(tǒng)監(jiān)測到廊內溫度超過系統(tǒng)規(guī)定的上限時，風控裝置自動開啟。該系統(tǒng)實現(xiàn)常規(guī)事件的自動化處理。

（3）專家輔助決策。事故處置對效率及效果要求極高，因此，系統(tǒng)設有專家輔助決策庫，分類儲存大量管廊病害防治案例，根據(jù)事故詳細情況調用相關處理辦法以供技術管理人員參考，便于做出快速反應。并對后期效果進行跟蹤管理，分析處置方法的優(yōu)缺點，同步更新數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)管廊的閉合式養(yǎng)護管理。

三、平臺關鍵技術

1.高精度無線定位技術

根據(jù)城市地下綜合管廊的運維管理環(huán)境，需要對地上、地下、廊內不同位置的工作人員進行定位及軌跡追蹤，同時在日常巡檢、應急救援、執(zhí)行任務等情景下都需要對相關人員進行精確定位。建設數(shù)字化智慧管廊運維平臺采用高精度無線定位系統(tǒng)，用于入廊人員的安全保障和位置追蹤，通過該定位系統(tǒng)可在控制中心的屏幕上顯示出當前人員的位置和行進軌跡，并且可以根據(jù)人員位置合理調度巡檢、搶險等任務的安排。此外，在發(fā)生危險或緊急事件時，控制中心可以與人員攜帶的標簽進行聯(lián)動，通過警報聲或振動提示人員進行撤離。

2.機器人自動巡檢技術

機器人環(huán)境適應能力強，在惡劣環(huán)境下能正常工作，可深入危情現(xiàn)場，能夠有效地配合巡檢工作。通過將高清攝像頭、紅外成像、無線傳感器等設備集成于智能巡檢機器人，再制定定期巡檢、應急響應巡檢等不同的巡檢模式，實現(xiàn)對廊內各類設施、設備的全覆蓋檢測。由機器人替代部分人工巡檢充當特殊環(huán)境下的先行探檢，增強了人員和管廊的安全系數(shù)，有效提高管廊的運行效率，大大減少管廊災害和事故的發(fā)生。具體的形式有：在巡檢機器人上設置各類型氣體監(jiān)測傳感器，實現(xiàn)氣體質量分數(shù)動態(tài)監(jiān)測，當檢測到管廊內某種氣體含量超過安全限值時，巡檢機器人將立即上傳報警信息至綜合監(jiān)控平臺，并發(fā)出聲光報警信號。

3.BIM+ GIS融合應用

管廊在設計、施工、運營維護等各個階段均使用BIM 技術和 GIS 技術，并將二者進行有機結合。通過此方式，將管廊全生命周期的數(shù)據(jù)資料進行集成和管理，為不同決策者在不同階段，不同需求提供數(shù)據(jù)和技術支持。GIS技術具有整體功能的作用，可以將綜合管廊內的大量空間信息（如出線口以及特殊節(jié)點等地理位置、機電設備、控制設備等各專業(yè)相關設備的數(shù)量、類別、地理位置分布等）進行屬性掌握，實時監(jiān)控各種設備的運行狀態(tài)，高效的管理帶有地理信息復雜數(shù)據(jù)，為綜合管廊運營維護的輔助決策提供具有空間信息功能的依據(jù)。BIM 技術具有很強的呈現(xiàn)功能，將BIM呈現(xiàn)的管廊屬性賦予 GIS，可通過三維可視化的方式進行呈現(xiàn)，讓人有一種身臨其鏡的感覺，使運維管理方及管廊作業(yè)人員更好的對管廊地理空間進行認知。該模塊解決了基于空間位置的設施管理，通過對象一比一的復原，形成所見即所得的管理模式。

四、結束語

平臺基于智慧化、人性化、便捷物聯(lián)、高度信息安全的思路，結合物聯(lián)網(wǎng)、BIM+GIS、智能識別、大數(shù)據(jù)分析、深度學習、異構運算、可視化等先進技術，可實現(xiàn)對管廊各類信息和運行狀態(tài)全方位實時監(jiān)測、應急處置、科學決策，精細化管理等，可解決管廊傳統(tǒng)運維過程中的各種困難，使管廊信息化管理更進一步。通過該平臺的建設，可預見此平臺后期在江南中心綠道武九線綜合管廊應用后，對降低現(xiàn)場和管理人員的勞動強度，提高工作效率、及時發(fā)現(xiàn)運維過程中的安全隱患都能發(fā)揮出積極的效果，為管廊安全、高效運行提供保障。

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