基于BIM/GIS的綜合管廊智能運維管理系統(tǒng)設(shè)計

薛 標(biāo) 邵偉芳 林 章 尤文敏

（1.浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 311231；2.中國計量大學(xué)，浙江杭州 311231）

目前，國內(nèi)實施的地下綜合管廊是將市政、電力、通信、燃?xì)狻⒐┧潘崃Φ雀鞣N管線集于一體[1-2]，在城市道路的地下空間建造一個集約化的隧道。隨著全國城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五”規(guī)劃的落實，我國已建成布局合理、設(shè)施配套、功能完備、安全高效的綜合管廊市政基礎(chǔ)設(shè)施體系，地下綜合管廊超過8 000 km。目前已建成運營的地下管廊大多借鑒傳統(tǒng)物業(yè)管理系統(tǒng)對綜合管廊進(jìn)行運維管理，管理方式在應(yīng)急指揮調(diào)度、后期資料查閱、巡檢結(jié)果反饋等諸多方面存在缺乏統(tǒng)籌、耗時耗工、反饋滯后等問題。應(yīng)引入BIM、GIS技術(shù)搭建集狀態(tài)監(jiān)測、故障報警、快速響應(yīng)、輔助策略生成于一體的智慧化運維管理系統(tǒng)平臺，明確管線運維公司、管線權(quán)屬單位及當(dāng)?shù)卣氊?zé)，利用云計算、大數(shù)據(jù)分析等信息技術(shù)對管廊實施安全高效運維管理，共同做好地下管廊設(shè)施設(shè)備的維護(hù)管理。

1 基于BIM/GIS的綜合管廊智能運維管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

基于BIM/GIS的綜合管廊智能運維管理平臺利用BIM模型、GIS等技術(shù)對綜合管廊進(jìn)行全面監(jiān)控管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示三維化、資產(chǎn)管理信息化、應(yīng)急響應(yīng)智能化、運維管理智慧化。

從應(yīng)用層面劃分主要包括管理平臺、移動App以及模型管理軟件三個部分。三個部分基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)，滿足數(shù)據(jù)共享要求，具備項目中必要的設(shè)備控制、設(shè)備查詢、設(shè)備管理以及設(shè)備聯(lián)動控制功能。綜合管廊智能運維管理系統(tǒng)基于云計算、物聯(lián)網(wǎng)、BIM/GIS及大數(shù)據(jù)技術(shù)，系統(tǒng)用B/S方式進(jìn)行軟件部署，軟件架構(gòu)具有開放性、直觀性、可視化的特點，提供完整規(guī)范的開發(fā)接口，滿足主流平臺和跨平臺快速應(yīng)用開發(fā)的需求。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 綜合管廊智能運維管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

2 基于BIM/GIS的綜合管廊智能運維管理體系構(gòu)建

基于BIM+GIS技術(shù)的監(jiān)管平臺涉及數(shù)據(jù)采集、空間定位、信息查詢、統(tǒng)計分析、狀態(tài)監(jiān)測、維護(hù)維修和智能控制等實時監(jiān)測，動態(tài)管理，屬于一體化平臺。綜合管廊智能運維管理體系根據(jù)管廊日常業(yè)務(wù)及應(yīng)急狀態(tài)實施五級管理體系，即巡檢值班人員、值班主管、運維主任、運維經(jīng)理和運維總負(fù)責(zé)人。管廊運維管理期間事件分為一般事件和應(yīng)急事件，一般事件指日常運維期間發(fā)生的監(jiān)測指標(biāo)預(yù)警、設(shè)備故障等事件，應(yīng)急事件指火災(zāi)、入侵、洪水等大型、特大型自然或人為事件。預(yù)警級別依據(jù)突發(fā)事件可能造成的危害程度、緊急程度和發(fā)展態(tài)勢，一般劃分為四級，即Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級和Ⅳ級。管廊發(fā)生應(yīng)急事件時，系統(tǒng)按事先設(shè)定的分級分別響應(yīng)處置，按照管理體系權(quán)限逐級處理。

應(yīng)急事件響應(yīng)示意表如表1所示。

表1 管廊應(yīng)急事件響應(yīng)示意

管廊管理系統(tǒng)發(fā)生Ⅳ級應(yīng)急事件報警信息時，由值班主管予以確認(rèn)處理；系統(tǒng)發(fā)出為Ⅲ級應(yīng)急事件報警信息時，執(zhí)行逐級上報的管理體系，由值班主任進(jìn)行確認(rèn)處理；系統(tǒng)發(fā)出Ⅱ級應(yīng)急事件報警信息時，執(zhí)行逐級上報的管理體系，由運維經(jīng)理進(jìn)行確認(rèn)處理；系統(tǒng)發(fā)出Ⅰ級應(yīng)急事件報警信息時，由運維公司總負(fù)責(zé)人按照預(yù)案組織處理，自動將通知推送到相關(guān)利益單位，將事件信息抄送至Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ處理部門進(jìn)行初期處置，啟動最高級別預(yù)警通知，各部門、單位移動端、大屏監(jiān)控端自動進(jìn)入最高緊急狀態(tài)并提供應(yīng)急指南。

3 基于BIM/GIS的綜合管廊智能運維管理平臺模塊設(shè)計

綜合監(jiān)控模塊通過數(shù)據(jù)采集與系統(tǒng)集成等手段，對環(huán)控、安防、通訊、消防等子系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行實時狀態(tài)的監(jiān)測與控制、信息查詢、統(tǒng)計分析、維護(hù)維修，確保管廊內(nèi)管線及通風(fēng)、照明、排水、防火、通信等設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，迅速反應(yīng)處理，使管理人員可以隨時掌握所有情況。

（1）環(huán)境與設(shè)備監(jiān)測。

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)測將綜合管廊內(nèi)環(huán)境和設(shè)備的參數(shù)、狀態(tài)實時傳到監(jiān)控中心，便于值班人員及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境和設(shè)備問題，排除故障以及對警情及時處理，保證管廊正常運行。

（2）設(shè)備監(jiān)控。

設(shè)備監(jiān)控模塊利用BIM/GIS技術(shù)，在通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、照明設(shè)備三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行實時顯示、報警功能、聯(lián)動控制等。根據(jù)不同模式控制風(fēng)機、照明（指定間隔時間開關(guān)）。實現(xiàn)出入口（井蓋）開啟狀態(tài)監(jiān)控、位置定位、非法拆除警告等功能，將井蓋、吊裝口及通風(fēng)口狀態(tài)監(jiān)測與系統(tǒng)BIM/GIS模型關(guān)聯(lián)，通過點擊模型查詢各對象的實時狀態(tài)是否正常。通過模型實現(xiàn)對井蓋的遠(yuǎn)程開關(guān)管控，井蓋開啟、擾動時間達(dá)預(yù)警值（根據(jù)權(quán)限設(shè)置）或遭遇非法暴力破壞，發(fā)出報警。系統(tǒng)發(fā)出警報時，可聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)、定位系統(tǒng)，發(fā)送通知至移動端提醒。

（3）門禁管理。

管理出入門禁系統(tǒng)授權(quán)及非正常情況下報警，實現(xiàn)基于BIM/GIS模型與門禁系統(tǒng)聯(lián)動，點擊模型對應(yīng)門禁系統(tǒng)可展示相應(yīng)的門禁系統(tǒng)運行狀態(tài)，顯示當(dāng)前門禁出入人員記錄（只能記錄刷卡次數(shù)）。門禁系統(tǒng)多次驗證不通過或未被允許自動打開時，門禁系統(tǒng)可發(fā)出警報。實現(xiàn)門禁系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動，發(fā)生報警時，根據(jù)報警位置，自動啟用相應(yīng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對指定位置進(jìn)行跟蹤視頻監(jiān)控；將報警信息推送給管廊運維單位和管廊巡檢人員。

（4）視頻監(jiān)控。

采用BIM/GIS技術(shù)，將視頻監(jiān)控設(shè)備與BIM模型關(guān)聯(lián)，在三維模型上顯示視頻監(jiān)控分布。通過點擊模型能夠調(diào)用現(xiàn)場視頻監(jiān)控實時畫面，支持調(diào)用30 d以內(nèi)視頻記錄，具備按照時間篩選功能，實現(xiàn)歷史事件和視頻的關(guān)聯(lián)調(diào)用，選定點擊時播放；與其他系統(tǒng)聯(lián)動控制。實現(xiàn)分屏顯示管理，支持將指定設(shè)備圖像放大至全屏，可自由縮小。

（5）人員定位。

精確定位工作人員、非法入侵人員的位置，將人員實時位置與BIM/GIS三維模型關(guān)聯(lián)并定位顯示。確認(rèn)為非法入侵時，聯(lián)動管廊內(nèi)部廣播系統(tǒng)進(jìn)行警告提醒，聯(lián)動視頻監(jiān)控進(jìn)行定位。

（6）消防聯(lián)動。

統(tǒng)一管理信息平臺系統(tǒng)接收并顯示FAS系統(tǒng)發(fā)送的感溫光纖、防火門、電氣火災(zāi)、可燃報警等信息。

（7）能耗監(jiān)測。

聯(lián)管廊設(shè)備電力儀表與系統(tǒng)模型，實時顯示各設(shè)備的儀表數(shù)據(jù)；通過點擊模型的儀表對象實時顯示儀表數(shù)據(jù)，可根據(jù)用戶需求以圖表形式展示指定時間內(nèi)耗電量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為大數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。通過對每種設(shè)備開關(guān)記錄時長的統(tǒng)計，結(jié)合設(shè)備功耗，統(tǒng)計設(shè)備的總能耗指標(biāo)。

4 基于BIM/GIS的綜合管廊智能運維管理權(quán)限管理設(shè)計

實現(xiàn)對進(jìn)入管廊人員的授權(quán)管理，即不同的人有不同的權(quán)限，具體人員權(quán)限應(yīng)與管廊運維公司管理辦法相對應(yīng)，實現(xiàn)依據(jù)角色不同對門禁、出入口等設(shè)置不同權(quán)限。根據(jù)規(guī)劃巡檢路徑及檢查點，確定正常巡檢工作范圍。根據(jù)管廊運維公司需求對指定人員臨時開啟某一區(qū)域的授權(quán)以及緊急情況下聯(lián)動門禁、內(nèi)部廣播等系統(tǒng)。

管理權(quán)限如表2所示。

表2 管理權(quán)限

5 基于BIM/GIS的綜合管廊智能運維管理平臺案例應(yīng)用

世園會地下綜合管廊分為園區(qū)內(nèi)綜合管廊和園區(qū)外綜合管廊，總長度約7.1 km。綜合管廊分三艙，即電力艙、水信艙及燃?xì)馀摚y(tǒng)一納入熱力、燃?xì)狻⒔o水、再生水、電力、電信等市政能源管道，實現(xiàn)了園區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高效集約，提高了園區(qū)綜合承載能力與運營可靠性。內(nèi)外管廊安裝攝像頭、溫度、濕度等共1 078個探測設(shè)備，一旦管廊發(fā)生信息突變能夠及時反應(yīng)和應(yīng)對，保障管廊運維安全。采用了基于BIM/GIS的綜合管廊智能運維管理平臺，實現(xiàn)對管廊內(nèi)環(huán)境的實時監(jiān)測，在第一時間發(fā)現(xiàn)環(huán)境異常情況并采取措施。該綜合管廊運維過程中，為突破以往平面化管理，系統(tǒng)設(shè)計過程中采用BIM技術(shù)對管廊進(jìn)行建模[3-4]，實現(xiàn)管理從二維到三維、宏觀到微觀的立體化、可視化管理。運維過程中引入大數(shù)據(jù)、專家系統(tǒng)進(jìn)行運維管理的預(yù)判，將管理前置，減少運維的成本；引入GIS系統(tǒng)，使管廊內(nèi)各個部件均具有地理屬性，發(fā)生緊急情況時可以迅速定位[5]，減小突發(fā)情況對運維安全管理的影響，提高綜合管廊運維管理的水平和能力。系統(tǒng)實現(xiàn)了自動分配巡檢人員、巡檢任務(wù)，可以與手機App聯(lián)動配合，通過GIS定位系統(tǒng)為運維人員即時分配相應(yīng)分區(qū)的巡檢任務(wù)，保障日常巡檢工作高效有序。