智慧燈桿全生命周期信息化管理系統設計

文｜上海五零盛同信息科技有限公司 李付偉 朱偉楠；銅陵市市政工程管理處 劉衛軍

1 引言

智慧燈桿、綜合桿作為智慧城市和“萬物互聯”的重要載體和新型基礎設施，通過整合多類資源，實現統籌、集約、共享，越來越受到城市建設者和管理者青睞[1]。智慧燈桿融合了不同權屬單位設施設備，供電網絡、通信網絡也實現了統一，相比傳統路燈管理和維護也復雜很多。隨著信息技術的發展，通過信息化系統輔助管理可以使管理變得更科學、更精確、更高效。

2 背景與問題

2.1 國家政策及國家標準要求

2020年1月3日，住房和城鄉建設部發布了《關于開展人行道凈化和自行車專用道建設工作的意見》（建城〔2020〕3 號），為確保人行通道舒適，將推行“多桿合一”“多箱合一”“多井合一”，集約設置人行道上各類桿體、箱體、地下管線等，逐步將人行道上各類設施有序布置在設施帶中，合桿上設置監控系統，智能化監測系統[2]。

2021年4月6日，住房和城鄉建設部、網信辦等16 部門印發《關于加快發展數字家庭 提高居民品質的指導意見》，提出鼓勵建設智能停車、智能充電、智能燈桿、智能垃圾箱等公共配套設施[3]。

2021年11月26日，國家市場監督管理總局國家標準化管理委員會批準發布《智慧城市 智慧多功能桿 服務功能與運行管理規范》（GB/T 40994 -2021）明確要求：平臺設計與建設應遵循安全穩定、技術先進、經濟合理、可擴展擴充和共享交換的原則，應能滿足運行監控和運行服務的要求，確保安全高效[4]。

智慧燈桿建設是城市更新品質化提升的必然結果，是實現智慧城市重要組成部分，符合國家政策導向和要求，智慧燈桿信息化系統建設是實現城市精細化、智能化、科學化管理的必然選擇。

2.2 管理中存在問題及需求

傳統城市路燈信息化系統主要用于路燈的運維管理，系統每天控制路燈開關及監測路燈及配電設施是否異常，信息化系統監測到設備設施異常，系統給出告警信息，運維人員根據告警信息進行相應的派單維護維修；功能相對單一，邏輯簡單。相對傳統路燈運維管理，智慧燈桿運維管理要復雜的多，智慧路燈在建設管理過程中存在以下問題：

（1）建設過程無跟蹤

目前多數智慧燈桿項目采用建管分離機制，僅靠項目建設完工后竣工圖進行項目運維移交，圖紙多以紙質圖紙為主，缺乏對工程建設過程信息化采集以及過程跟蹤，建設過程中管線電纜走向，設施設備進出廠時間、設備規格、廠家、型號、質保期限、安裝人員等信息缺失或不全，給后期運維管理帶來諸多不便。

（2）運維過程缺乏閉環管理

智慧燈桿運維涉及桿體掛載各類設施設備、地下管道、供電電纜、通信電纜、綜合機箱等，設備種類、數量相比傳統路燈維護要復雜的多，目前運維系統缺乏能夠定位故障地點以及原因的信息化監測手段、根據故障等級自動派單的處置手段、運維工單流程的閉環管理、突發事件提前布局的應急預案等。

（3）人、事、物全方位信息化管理

傳統路燈管理信息化多數涉及對事件的管理，隨著城市管理精細化，越來越多的管理部門，采用外購運維服務來完成對公共設施運維。管理方式缺乏對運維人員、工程車輛的信息化管理；缺乏對運維事件、突發事件、應急事件閉環管理及科學考評，缺乏對資產數量、位置、規格、建設年限、使用年限、維修記錄等全生命周期管理。

（4）運營收益不清晰

隨著智慧燈桿建設的深入，數據價值的進一步凸顯，智慧路燈的建設模式勢必從“投資拉動型”向“運營增值型”轉變[5]，如何通過運營增值服務彌補建設投入，關系到智慧燈桿建設可持續性，目前普遍缺乏通過信息化手段提升運營增值服務管理效率，為投資提供科學數據依據。

3 系統設計

3.1 系統設計目標

管理以“資產管理精細化、工作流程標準化、應急處理智能化、決策判斷科學化”為目標，基于GIS+三維+IoT+大數據分析等信息技術搭建智慧燈桿全生命周期信息化系統。通過構建智慧路燈供電監控、網絡監控、空間監控的整體監控體系，告警監控、工單派發的運維管理閉環體系，用電計量、資產租賃、服務外包的運營收費體系，資產管理、庫存管理、工程管理、排班管理、評價管理的管理體系，解決設施監控不及時、資產不清晰、運維服務效率低、運營收益不明確、管理無手段、考評無依據、決策無數據支撐的問題。

3.2 系統架構設計

系統采用“微服務”架構風格，各業務子系統獨立實現其業務功能、獨立開發及獨立部署，業務系統間采用松散耦合的協作服務，同時支持使用HTTPS/REST 等同步協議或AMQP 等異步協議進行通信。系統架構如圖1所示。總體架構涵蓋基礎設施服務層(IaaS)、數據服務層（DaaS）、平臺服務層（PaaS）、應用服務層（SaaS）以及遵循安全體系和管理體系。本文著重對應用服務層功能進行設計。

圖1 系統架構

應用服務層功能分為四大類應用子系統，分別為建設管理類（工程管理、供應商管理、倉庫管理）子系統、運維類（告警管理、工單管理、荷載計算、照明監控、桿體供電監控、物聯網監控、GIS 地理信息管理、應急管理）子系統、管理類（資產管理、排班管理、能耗管理、車輛管理、報表分析）子系統、運營類（收益分析、支出統計、合同管理、客戶管理、租期管理）子系統。

3.3 建設管理類子系統設計

該子系統分為工程管理、倉庫管理和供應商管理三個模塊，構建建設的全生命周期管理，從項目前期管理到維護管理，通過貫穿整個工程項目重要節點的流程管理，讓智慧燈桿建設有流程，讓建設質量有保證。

（1）工程管理模塊

工程管理模塊有項目全生命周期展示、工程實際進度與計劃進度對比查看，直觀看出每個建設工程進度，計劃超期與提前量，便于工程計劃動態調整；可對項目建議書、可研報告、初步設計、施工圖、招投標文件、合同等全流程文件錄入存檔，讓項目過程資料文件信息化存儲，方便后續查閱；同時對規劃許可、圖審信息、質量報監、安全報監、施工許可等施工過程中許可進行線上審批留檔，簡化項目施工過程中評審流程；質檢員通過系統可對項目質量進行評分和評價以及發出整改要求，施工單位根據整改要求進行質量整改，質檢員可對整改結果進行審核，形成閉環流程，對歷史巡查計劃以及巡查情況進行統計分析，便于對共性問題提前預防。

（2）倉庫管理模塊

通過圖形化界面對當前倉庫、貨架上的材料的分布情況進行動態展示。可通過模糊搜索方式搜索某一材料在倉庫中的分布情況。可以查看某一貨架上存放的材料的詳細信息，為材料領用出庫及入庫等進行指導。庫存多樣化統計報表，對倉庫庫存、出入庫情況進行統計分析，形成各類報表輔助管理人員管理及了解倉儲變化情況。例如庫存余額表可展示目前倉庫中所有各類材料剩余數量及分布情況；庫存匯總表可展示某一段時間范圍內所有材料的出入庫數量及金額情況，還包括庫存明細表、庫存數量匯總表等多樣化統計分析表，通過倉庫管理模塊讓工程材料管理出庫入庫環環相扣，物料流轉可視可控，各類廢料物盡其用，物料登記筆筆分明，成本核算滴水不漏。

（3）供應商管理模塊

通過對供應商的全過程評估管理，為企業建立合格供應商庫，并且自動關聯合作單位基本信息、歷史合作情況、履約情況、評估等信息。通過不斷的積累和更新，實現企業與供應商之間的合作關系，從單次合作關系升級到戰略合作聯盟關系，降低企業項目運作風險。根據供應商設備長期使用情況的反饋，建立評價機制，對供應商進行評價，為后期采購提供參考。

3.4 運維管理類子系統

運維管理類子系統是對已建工程進行全流程運維信息化管理，包含現場設施設備、供電、網絡等實時監控管理、告警管理、工單派發等三個模塊，通過運維管理系統維護閉環建設，實現多種手段主被動獲取事件報警信息、建立案件工單、匹配任務派遣、及時處理反饋、事后處理核查、工單結案，達到快速響應故障報修，全過程監管故障處理進展，提高運維效率、降低運維成本。

（1）監控管理模塊

監控管理模塊結合前端智慧燈桿智能控制器、回路監控終端等前端感知設備，實現對智慧燈桿掛載設備遠程運行狀態監控，對回路供電電壓、電流、功率、漏電等供電狀態監控，對桿體傾斜、溫度、濕度、積水、門禁等環境狀態監控，對網絡流量、通斷等網絡狀態監控，對服務器磁盤、內存、CUP 使用率、底層服務狀態進行實時監控；實現現場設施設備、網絡、機房設備、軟件服務等系統全過程、全范圍實時監控。

（2）告警管理模塊

告警管理模塊負責對所有硬件設施異常、網絡異常、服務異常等告警信息分類、分級管理，為用戶提供各類告警統計分析數據，為每類告警配置告警等級、處理時限、關聯維護班組及人員，根據配置信息自動通過微信、短信、APP、工單形式推送給相應管理人員。

（3）工單管理模塊

工單管理模塊是對用戶所轄維護的日常業務工作進行管理。通過工單管理子系統，實現設施故障報修的全業務流程化受理、處理管理，應用工作流引擎和工作流程技術，建立運維管理工作流程中信息收集、案件建立、任務派遣、處理反饋、處理核查、結案共 6 個階段的流程閉環智能化管理，形成每個階段工作記錄和流轉軌跡，實現工單等流程管理規范化，全面提高管理部門的辦公效率。使得維護部門日常業務工作流程標準化、管理科學化，大大增加了工作效率。系統還支持查詢統計功能，為維護部門的績效考核提供了依據，提高了管理者的管理水平。

3.5 日常管理類子系統

日常管理類子系統是對建設、運維、運營過程中的人、事、物進行管理，包含排班管理、資產管理、車倆管理、能耗管理、數據決策分析管理等五個模塊。

（1）排班管理

排班管理模塊對管理人員、值班人員、維護人員按區域、工作崗位進行合理排班，出現應急事件、故障維修、巡檢計劃、工單等任務時，根據當天排班情況自動關聯相關人員，讓事件與人進行一對一關聯，責任到人，避免出現責任不清情況出現。

（2）資產管理

資產管理模塊主要實現對燈桿配裝設備、網絡設備、供電設備、管道、電纜、光纜、機房、綜合機箱等全域資產管理的信息化，實現資產規格、型號、位置、權屬單位、安裝使用日期等信息的全生命周期、全過程管理，實現對資產之間供電關系、網絡關系、空間安裝關系的關聯關系管理；實現根據分組、區域、資產類型、資產狀態、安裝時間、質保期等維度統計資產數量；現場設備施工人員或設備維護人員，使用手機APP 掃描設備條形碼即可快速查詢設備的基本信息，從而提高設備維護效率。

（3）車倆管理

車輛管理模塊包括車輛信息、車輛調度信息、行駛公里數登記；車輛調度根據需要運維點位置信息和車倆位置信息，實時優化車輛運維工單安排，節約運維時間，提高故障運維效率；實時記錄車輛軌跡，結合通過GIS 地圖反應運維人員業務工作軌跡、駐留點停車時長。管理單位車輛信息登記如：車牌號、品牌、用途（工程車、出勤車、接待等）、車量屬性、年檢等信息。

（4）能耗管理

能耗管理模塊通過在線監測供配電設備能耗動態過程，收集整個過程中大量分散的用電及能耗數據，提供實時及歷史數據分析、對比功能，以發現能源消耗過程和結構中存在的問題，通過優化運行方式和用能結構以及建立合理的能耗評估、管理體系，避免不必要的能源浪費，節約能源，提高能耗效率水平。

（5）數據分析決策管理

數據決策子系統針對智慧燈桿綜合管理平臺資產數據、告警數據、工單運維數據、能耗數據、照明數據、荷載數據等不同業務層面數據進行數據分析，決策者可根據數據需求，自定義報表風格內容，并輸出報表，為運維、管理、投資、運營提供決策的數據支撐。

3.6 運營管理類子系統

智慧燈桿建設需要投入大量資金，需要通過合理運營收益來彌補前期建設投入資金，運營管理子系統通過對智慧燈桿可運營功能模塊進行運營管理、運營合同管理來提高運營收益和運營效率。

（1）運營管理

運營模塊分為收入運營項目和支出運營項目兩大業務，其中收入運營項目包括為城市公共服務提供運維收益、桿體管道設備租賃服務收益、戶外廣告服務收益、充電服務收益、停車運營服務收益、合同能源管理服務收益、大數據運營服務收益等各類收益運營管理；支出類項目包括電費、網絡費用、運維費用等支出管理；可按時間、區域、運營類型統計分析生成各類收益和支出報表數據。直觀展現各類收益和支出對比，為投資決策提供數據支撐。

（2）合同管理

合同管理模塊可根據購買智慧燈桿運營服務類別、期限、數量等信息根據合同范本自動生成服務合同，并對合同審批、合同收款、合同付款、合同變更、合同補充、合同狀態變更與評估等進行線上辦理和審批，覆蓋從合同簽訂、履行、款項收付到履約結束的合同全生命周期。合同到期前，系統自動提醒客戶是否續簽。

4.結論

智慧路燈建設已經成為未來市政道路建設的重點，相對傳統路燈智慧燈桿的建設、運維、管理、運營是一個復雜而且繁瑣的過程，本文從智慧路燈管理存在的問題和需求出發，給出智慧燈桿全生命周期信息化管理系統設計目標、架構和各類子系統功能；功能涵蓋建設業務全過程管理、運維的全流程自動管理、對人、事、物的全要素管理、對運營收益支出全方位管理，建設、運維、管理、運營四位一體信息化系統讓建設有保障、讓監控有手段、讓運維有效率、讓運營有效益、讓管理有辦法、讓考評有依據、讓決策有支撐。