城市地下基礎設施一體化綜合管理平臺設計實踐

文｜廣州市南沙新區明珠灣開發建設管理局 肖寧；上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司 孫培翔 劉藝

1 引言

近年來各地已規劃或已建的地下車庫聯絡道、地下綜合管廊、軌道交通建設、地下商業街、停車場等地下系統增長迅猛，引起了人們對于地下空間建設及管理的穩定性、長期經濟價值和協調發展等問題的關注[1,7]。基于5G、物聯網、人工智能、大數據、云計算等信息技術應用深化地下空間建設及基礎設施管控，實時掌握地下基礎設施運行狀況，開展相關設施的運營安全監測與預警應用，提升城市地下基礎設施數字化、智能化水平成為各省市開展地下設施規劃建設管理的趨勢及要求[8-9]。2021年1月，住房和城鄉建設部印發《關于加強城市地下基礎設施建設的指導意見》，提出要運用信息化技術開展城市地下市政基礎設施運行管理方式創新，結合城市地下市政基礎設施日常管理工作情況，打造綜合管理平臺，同時擴展完善監控、仿真、預警等功能，提升地下基礎設施運行管理效率和事故監測預警能力，滿足地下基礎設施規劃建設、運行服務、應急防災等工作需要。

目前的地下基礎設施建設運營存在平臺分散建設、管理和運營資源協同困難、智慧化程度不高、管養業務傳統等問題[3]。傳統地下基礎設施平臺“一隧一平臺、一廊一平臺”的分散建設模式，存在多個監控中心重復建設，多套信息系統協同困難、耦合風險大，多支管養隊伍管理成本高等問題，如圖1所示。傳統的機電監控系統存在功能單一，自動化智能化程度較低、無法實現自動化響應和智能化分析，決策分析和智慧調度支撐不足，欠缺對數據的整合和挖掘分析等問題。隨著信息技術的發展、管養業務、政府監管要求的提升，復合型地下基礎設施集約化建設管理、集中式運營的“統一運營管控模式”對于提升運維管養效率、節約投資、強化監管水平的意義凸顯。

圖1a) 分散管控模式

圖1b) 統一運營管控模式

2 項目背景

南沙明珠灣橫瀝島尖面積約為2km2，位于粵港澳大灣區核心區域，是由廣州市、南沙區與國際金融論壇聯合打造的國內首個國際金融島，是世界地標性城市空間。明珠灣橫瀝島地下空間工程規模大，功能復合性強：地下空間總長約2km，總開發規模約7.8 萬m2；地下車庫聯絡道首尾相連形成一閉合環路，單向三車道規模，主線全長約2.66km；設計范圍內含綜合管廊4 條，總長約4.9km。

3 設計目標

以提升南沙新區橫瀝島尖地下基礎設施管控科學化、精細化、智能化水平為方向，以地下基礎設施信息感知“一張網”、信息服務“一個腦”、地下展示“一張圖”為總體要求，以廣州南沙新區橫瀝島尖地下環路、綜合管廊、地下空間等基礎設施建設為依托，按照“統籌推進、集約共享、標準有序、安全可控”的建設原則，基于統一標準規范體系開展地下空間監控系統、地下環路管控系統、地下綜合管廊監控與報警系統設計，在此基礎上重點打造“一屏全域感知、一體聯動控制、一網高效處置” 的地下基礎設施綜合管理體系，包括：1）一中心：建設基于橫瀝地下基礎設施的數據資源中心，匯聚、整合橫瀝業務系統業務數據和物聯感知數據；2）一大腦：打造整個智慧地下基礎設施的平臺中樞；3）一平臺：建立地下基地運營管理服務平臺，支撐全局監測預警、設備集中管控、一體化管養、事件統一指揮、公眾智能化服務等業務。

4 系統平臺設計

綜合管理平臺架構分為四層，包括基礎層、數據層、智慧地下大腦（核心層）、綜合管理平臺（應用層）。其中基礎層構建智慧地下空間云底座，提供云承載服務。數據層主要采用多樣化的數據采集手段、強大的多源異構數據融合技術以及先進的數據挖掘分析等手段構建智慧地下空間一池融通的數據資源中心。核心層基于業務中臺、數據中臺、技術中臺、公共支撐能力等核心中樞部件，為前端應用更新迭代提供強大中樞支撐。應用層集成地下空間弱電系統和智能化系統，打造地下基礎設施統一綜合管理平臺，深化監測可視展示、系統集成、綜合運管等應用，同時對接起步區城市建設運管平臺，提升地上地下治理能力。

圖2 橫瀝島尖地下空間工程

圖3 總體架構

圖4 應用層運維與應急管理

4.1 基礎設施層設計

基礎設施層包括云基礎平臺和感知接入平臺。云基礎設施包括IaaS 層服務和PaaS 層服務。感知接入平臺是由各類感知設備組成的感知體系，一是通過物聯網關接入各類機電設備的數據，對機電設備的狀態、報警等信息進行集中處理，二是通過5G、物聯網等設施采集感知橫瀝島尖智慧地下空間基礎信息，實現對地下基地環境、車輛、人員等管理服務對象的充分感知。

4.2 數據層設計

數據層基于橫瀝地下基礎設施的數據資源中心，匯聚現有橫瀝業務系統基礎和業務數據，將分散、獨立運行的數據和系統進行整合。同時通過物聯網感知采集設備進行實時現場采集，對產生的數據進行匯集、清洗、轉換、加載、分析和綜合利用，形成規范、統一、精確、標準的統一數據，為各類地下空間應用和相關智慧化應用提供準確、唯一的數據來源，盡量避免數據的不一致性。從而提升的數據質量和數據管控力度，并為相關管理機構提供跨系統的交叉決策分析支持。

4.3 智慧地下大腦設計

地下空間智慧大腦是整個橫瀝島尖地下空間的運轉中樞，是實現“可看，可用，會思考”的核心組件，是幫助隧道管理者提高運營管理水平、將驅動隧道管理走向精細化，實現“一圖全面感知橫瀝家底、一鍵全局輔助決策、一體綜合運營管理服務、上下立體運行聯動”的永動機。主要的核心組件包括業務中臺、數據中臺、技術中臺和公共支撐能力。

4.4 綜合管理平臺設計（應用層）

應用層主要由綜合展示、設備設施管理、運維與應急管理、智慧服務及部分組成。

綜合展示平臺是對整個系統所需顯示的地下基礎設施運行狀態的動態監管，實時對各種采集到的信息進行動態可視化顯示和分析，能夠靈活清晰的顯示地下道路全方位信息，便于運維管理人員及時做出管控決策。設備設施管理平臺主要對地下空間基礎設施的數量、類型、分布情況、告警情況、設備新增數量、設備故障情況、設備維護情況、地下管廊健康分布情況、感知設備監控情況等進行展示和統計。運維管養與應急管理平臺主要設置基礎數據分析、系統聯動展示、應急預案管理、模擬演練、日常運維管理、應急事件仿真推演分析六個關鍵功能，提供基于地下基礎設施運行管理數據、基礎空間數據的三維可視化智能分析應用。智慧化服務提供多樣化的智能化服務，利用“粵系列”小程序入口和公眾號等業務觸達手段，向公眾和企業提供與地下基地密切相關的智慧交通、智慧安全和智慧生活類服務，提升地下基地的整體安全和公眾服務水平。

5 結語

橫瀝島尖地下基礎設施以信息感知“一張網”、信息服務“一個腦”、地下展示“一張圖”的總體要求，以數據融合驅動、業務流程再造和管理模式創新為保障，建立地下空間基礎設施綜合運行管理平臺。向上對接南沙新區智慧城市綜合管理平臺，向下集成地下空間監控系統、地下環路管控系統、綜合管廊監控系統，全面打造“一屏全域感知、一體聯動控制、一網高效處置”的地下空間基礎設施綜合管理體系。進一步推動地下空間基礎設施管理決策科學化、地下空間治理精準化，為開展后期南沙智慧地下基礎設施建設奠定基礎，也為國內地下基礎設施項目提供了參考經驗。

此外，橫瀝島尖智慧地下基礎設施綜合管理平臺的建成將產生可觀社會效益，主要體現在以下三個方面：第一，應用BIM+GIS 技術，基于信息系統集成融合，通過數據的全面采集及數據融合，實現深化應用，有效提升地下基礎設施運行管理能力。第二，采用監控智慧化管理、數據報表統計分析、電子化應急預案等技術，全面提升應急管理水平，提升運行管理效率和事故監測預警能力，滿足地下基礎設施規劃建設、運行服務、應急防災等工作需要。第三，推進地下基礎設施運行管理模式創新，有效提升整個城市治理現代化水平，為明珠灣區打造國際金融集聚區提供重要支撐。