地下綜合管廊健康監(jiān)測管控系統(tǒng)

劉 貴

(廈門市市政工程設(shè)計院有限公司 福建廈門 361006)

0 引言

城市綜合管廊近年來發(fā)展十分迅猛，但是,管廊可視化、集成化、智慧化水平較低，缺少一套高效管控系統(tǒng)[1]。

目前，在綜合管廊高效運營維護方面，國內(nèi)研究尚處于起步階段。本文研究的目的在于能夠制定出一套綜合管廊健康監(jiān)測管控系統(tǒng)，好比一個“醫(yī)生”，從管廊還在設(shè)計時開始，一直到管廊施工、交付、運營，在此過程中，當(dāng)管廊“生病”了，能夠及時發(fā)現(xiàn)管廊的病因，也就是管廊管理和運營維護過程中存在的問題，通過一些前沿技術(shù)，去“治療”綜合管廊存在的問題，實現(xiàn)對綜合管廊全生命周期的健康監(jiān)測管控。研究成果有助于推進綜合管廊智慧化建設(shè)進程，提高管廊運營維護水平，降低勞動強度和人力、物力成本。

1 需求分析

分析國內(nèi)綜合管廊建設(shè)普遍情況，管廊在規(guī)劃、建設(shè)、運營維護階段還存在以下問題需要通過有效的信息化手段解決。本研究以廈門集美新城綜合管廊為案例，從該管廊在運營維護過程中遇到的問題進行梳理。主要存在以下幾個問題：

(1)業(yè)務(wù)部門獨立、管理對象多樣

廈門集美新城綜合管廊2010年開工建設(shè)，2016年正式投入運營，全長7.85 km，入廊管線包含通信、電力、給水、中水、雨污水，管廊現(xiàn)場如圖1所示。此條管廊的管理對象包含數(shù)據(jù)普查成果、規(guī)劃設(shè)計方案、施工進度報告、竣工驗收成果、入廊管線、管廊廊體、各類附屬設(shè)施等多項內(nèi)容，不同管理對象之間又無法做到相互獨立、協(xié)同運作、聯(lián)動控制、資源互補。

圖1 廈門集美新城綜合管廊內(nèi)部實景圖

(2)數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、應(yīng)用獨立，缺乏共享

廈門集美新城綜合管廊運營維護過程中還遇到多種類型數(shù)據(jù)，包括企業(yè)經(jīng)營數(shù)據(jù)、管廊基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、傳感監(jiān)測數(shù)據(jù)、巡檢數(shù)據(jù)以及其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；這些具有多源、異構(gòu)、動態(tài)、分散的各類數(shù)據(jù)[2]，技術(shù)集成難度大，也是需要解決的最重要的數(shù)據(jù)問題，而且缺少一個與各管線單位及第三方單位的信息數(shù)據(jù)共享機制。

(3)安全要求嚴(yán)格

綜合管廊作為城市百年工程，如何保障管廊安全運行是本研究最基礎(chǔ)的初衷。不僅要將管廊被動安全提升到主動安全，還要考慮過程和結(jié)果管理并重[3]。

(4)與管理運營結(jié)合

廈門集美新城在管理運營上存在幾個問題：①管理分散獨立；②簡單的規(guī)范辦法；③分析決策能力智能化水平較低。缺少一套輔助管廊經(jīng)營實現(xiàn)管廊高效率、低成本和體驗佳的管控系統(tǒng)，缺少一套能夠智能化決策的輔助方案[4]。

以上這些問題不僅存在于廈門集美新城綜合管廊，而且在廈門其他管廊和全國其他城市的管廊也存在同樣問題。

2 總體方案

根據(jù)綜合管廊規(guī)劃、建設(shè)、運營維護不同階段建設(shè)管理需求，歸納總結(jié)出了一套綜合管廊全生命周期健康監(jiān)測管控系統(tǒng)解決方案。本方案充分考慮了用戶對管廊運營維護階段的差異化需求，以GIS技術(shù)為主導(dǎo)，結(jié)合物聯(lián)傳感、高精度定位、虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)挖掘分析等技術(shù)，充分整合前期規(guī)劃設(shè)計數(shù)據(jù)、企業(yè)經(jīng)營數(shù)據(jù)、管廊基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、傳感監(jiān)測數(shù)據(jù)、巡檢數(shù)據(jù)以及其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)資源，圍繞綜合管廊的“經(jīng)營、安全、維護”這三大核心業(yè)務(wù)內(nèi)容，提供數(shù)據(jù)處理和建庫、數(shù)據(jù)接口開發(fā)、數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)發(fā)、智能巡檢APP等[5]，為綜合管廊運營維護管理各項工作的開展提供強有力的技術(shù)支撐。

在綜合管廊全生命周期管理和全面集成基礎(chǔ)上，筆者根據(jù)現(xiàn)有項目經(jīng)驗和國內(nèi)綜合運營維護階段對信息化管理的普遍需求，提出了能夠涵蓋不同城市、不同類型管廊運營維護階段全生命周期滿足通用需求的管理綜合管廊“165”健康監(jiān)測管控體系。

綜合管廊“165”健康監(jiān)測管控體系中“1”主要指一個綜合管廊控制中心，好比醫(yī)生的手術(shù)刀，也可以比作人的大腦，負(fù)責(zé)管廊內(nèi)所有相關(guān)的人、財、物、業(yè)務(wù)的全面綜合管理和智能化管控。“6”主要指綜合集成、管控、智能運營維護、應(yīng)急救援、經(jīng)營管理、三維展示六大重要業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，分別來實現(xiàn)以下功能：①管廊環(huán)境溫濕度等監(jiān)測、專業(yè)管線狀態(tài)監(jiān)測、管廊內(nèi)部設(shè)備運行監(jiān)測；②管廊內(nèi)的所有設(shè)備進行遠(yuǎn)程控制和相關(guān)設(shè)備間的相互聯(lián)動；③管廊設(shè)備、資產(chǎn)、巡檢、門禁、系統(tǒng)等運營維護管理應(yīng)用；④管廊入廊管線審批、收費、分析、檔案資料等管理應(yīng)用；⑤管廊應(yīng)急制度、隱患事故、應(yīng)急預(yù)案及應(yīng)急處置等管理；⑥基于三維地圖進行管廊三維展示，提供多角度、多空間的可視化管理。“5”主要指5大類基礎(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過對管廊數(shù)據(jù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化來保障管廊信息化建設(shè)的可持續(xù)性發(fā)展。總體架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 總體架構(gòu)圖

3 綜合管廊健康監(jiān)測管控系統(tǒng)設(shè)計

綜合管廊健康監(jiān)測管控系統(tǒng)主要面向管廊管理需求搭建，可實現(xiàn)城市綜合管廊相關(guān)的人、財、物、業(yè)務(wù)的全面綜合管理和智慧化管控。本系統(tǒng)的設(shè)計可以從綜合管廊的運行監(jiān)控、管線入廊運營管理、設(shè)備運營維護養(yǎng)護、事故應(yīng)急處置、三維展示等角度實現(xiàn)對地下綜合管廊的全生命周期健康監(jiān)測管控。具有智慧化管理、一體化管控、高效率運營維護的特點，面向管廊運營單位提供管廊管理運營維護支撐服務(wù)。

(1)控制中心

建立專用管理控制中心，并配備UPS、服務(wù)器、存儲器、LED大屏幕、交換機等設(shè)施作為硬件支撐。

(2)綜合集成與管控系統(tǒng)

依托物聯(lián)傳感技術(shù)，通過集成各類物聯(lián)傳感設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備聯(lián)動控制、人員定位、安防等集成管理，對接各類監(jiān)控監(jiān)管系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等，實現(xiàn)人員和管廊內(nèi)管線和環(huán)境狀態(tài)信息的實時監(jiān)控，科學(xué)養(yǎng)護。

基于物聯(lián)網(wǎng)+GIS技術(shù)，對管廊運營維護的外部環(huán)境、設(shè)備設(shè)施、能耗、管廊結(jié)構(gòu)及管線對象進行監(jiān)測或監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)測/監(jiān)控對象分為環(huán)境監(jiān)測、設(shè)備監(jiān)控、能耗監(jiān)控、結(jié)構(gòu)監(jiān)測、專業(yè)管線監(jiān)測等功能。同時應(yīng)預(yù)留專業(yè)管線接口，跟入廊管線單位聯(lián)動，便于遠(yuǎn)期二次開發(fā)。

(3)智能運營維護系統(tǒng)

智能運營維護系統(tǒng)主要包含設(shè)備管理、人員出入管廊管理、管線管理、日常巡查管理、移動端APP 5個模塊，實現(xiàn)管廊內(nèi)巡檢管理和維護管理業(yè)務(wù)集中管理，通過梳理管廊內(nèi)巡檢內(nèi)容，制定管廊日常巡檢、周期巡檢、路面巡檢計劃，及時跟蹤和督促巡檢工作進度，分類上傳、匯總巡檢異常情況。系統(tǒng)提供管廊運行狀態(tài)展示、運行管理、維護管理、人員管理、綜合管理等應(yīng)用。

預(yù)留機器人巡檢系統(tǒng)接口，綜合管廊智能巡檢機器人，如圖3所示，可代替人完成繁重單調(diào)的綜合管廊日常巡檢工作，不僅大幅節(jié)約管廊運營的人力成本投入，智能化數(shù)據(jù)分析更是實現(xiàn)了巡檢質(zhì)量大幅提升。

圖3 機器人巡檢

(4)經(jīng)營管理系統(tǒng)

以管線管理為核心立體展開，通過對廊內(nèi)管線、入廊合同、檔案管理等數(shù)據(jù)的集成、管理與更新，實現(xiàn)了一體化管理，同時根據(jù)不同城市管線入廊業(yè)務(wù)需求，制定一套入廊管線入廊審批-合同管理-收費管理-檔案管理的全業(yè)務(wù)流程化管理系統(tǒng)，提供入廊管線的各類查詢統(tǒng)計、入廊路徑分析、入廊維護、監(jiān)測管理、入廊審批、繳費、施工與巡檢管理等管廊管線業(yè)務(wù)管理。

還提供安全培訓(xùn)服務(wù)，形成人員培訓(xùn)檔案，按照年份、培訓(xùn)等級進行劃分，記錄員工安全教育培訓(xùn)表，形成人員培訓(xùn)花名冊，可以統(tǒng)計培訓(xùn)學(xué)時，監(jiān)督相關(guān)人員完成在線培訓(xùn)，可查看人員培訓(xùn)情況。

(5)應(yīng)急救援系統(tǒng)

整合管廊的GIS信息、傳感器、設(shè)備信息及相關(guān)巡檢信息等數(shù)據(jù)的資源，在三維的虛擬場景中，模擬應(yīng)急事件，并調(diào)閱各種應(yīng)急資源信息和實時數(shù)據(jù)，匯總后再進行空間分析，分析出來的結(jié)果提供決策輔助，在線進行標(biāo)繪，指揮調(diào)度，為管廊內(nèi)部的突發(fā)應(yīng)急事件提供事前預(yù)警、事中應(yīng)急聯(lián)動以及事后處置的全過程管理。

(6)BIM+GIS三維展示系統(tǒng)

為用戶提供多角度、多層面管廊空間展示，實現(xiàn)查詢、統(tǒng)計管廊內(nèi)部的各類管網(wǎng)及附屬設(shè)施的分布情況；可基于三維地圖進行場景三維展示、設(shè)備展示、設(shè)施查詢管理、管廊位置展示、管線查詢管理、管線巡線維護以及管廊斷面分析等三維可視化操作[6-8]，如圖4所示。

圖4 BIM+GIS應(yīng)用

(7)五大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

五大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含廊內(nèi)管線數(shù)據(jù)、廊體健康數(shù)據(jù)、附屬設(shè)施數(shù)據(jù)、日常管養(yǎng)數(shù)據(jù)、應(yīng)急處置數(shù)據(jù)，如圖5所示。

圖5 五大類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語

廈門集美新城綜合管廊在2017-2020年進行了多次智能化提升改造，也將本研究的成果綜合管廊健康監(jiān)測管控系統(tǒng)運用到提升改造當(dāng)中，根據(jù)目前運營情況，本研究的成果符合運營維護需求，在管線單位入廊管理、規(guī)劃設(shè)計資料歸檔、巡檢、廊體數(shù)據(jù)聯(lián)動、附屬設(shè)備管養(yǎng)、管理人員培訓(xùn)、突發(fā)事件應(yīng)急決策等方面都更加靈活和便捷，很大程度提升了運營維護單位的運營維護水平，降低了運營成本，真正做到綜合管廊有效管控和全生命周期的健康監(jiān)測。