基于BIM 技術的綜合管廊信息化運維管理

魏亞興

（合肥市綜合管廊投資運營有限公司，安徽合肥 230091）

0 引言

近年來，我國居民對供電、供水、供暖以及通信等公共設施的需求日益增長，基礎設施的建設和維護面臨挑戰。 地上空間、資源的不足與居民日益增長的需求產生矛盾，因而基礎設施建設逐漸向地下空間發展，充分調用地下資源，將基礎設施轉移到地下集中設置，釋放地表空間，以緩解矛盾，為未來城市基礎設施建設提供了新的發展方向。

建筑信息模型（BIM）的興起為建筑業發展帶來了巨大的機遇。 2022 年，住建部在《“十四五”住房和城鄉建設科技發展規劃》中提出，研究基于BIM 的跨建設階段管理流程和數據融合標準，研發貫通工程建設全過程的數字化管理平臺，推進BIM 技術在勘察、設計、制造、施工、運維全生命周期的集成與深入應用。 利用BIM 技術，結合物聯網、大數據等信息化技術，對綜合管廊工程在運維過程中協同監管和可視化管理， 能夠為綜合管廊的智慧運維管理提供較為完善的一體化解決方案，從而達到可靠監管、智慧運維、降本增效的管理目標。

1 地下綜合管廊現狀分析

早期城市管網的建設分散于不同的企業， 由各企業對城市基礎設施管網進行建設。 因而早期對市政基礎設施進行建設時，各方僅從各自的角度對其進行鋪設，未能從多方面對其進行統一規劃和綜合利用。 此外，大部分鋪設通過直埋的形式鋪設于市政道路下方， 這就導致后期隨著城市規模發展以及城市居民對市政管線需求的增加，對市政管線進行擴容、維修、更新時，需要對城市道路進行反復開挖修復，使得道路上的補丁隨處可見，成為了“拉鏈”馬路。

地下管線多頭管理、重復建設、技術低下、應急管理能力差、輔助決策水平低[1]等一系列問題，使得工程安全隱患不斷暴露出來，不僅對居民的生活產生不利影響，也給國家帶來了巨大的經濟損失。統計數據表明，每年全國由于施工而導致的城市管網事故造成的直接經濟損失50 億，間接經濟損失高達400 億。此外，基礎設施擴建、改建也造成大量問題，從而導致社會資源浪費，社會矛盾突出。為此，有必要進一步解決城市基礎設施發展現存問題，探索基礎設施建設新模式。

2 BIM 技術在綜合管廊信息化管理中的應用

2.1 總體架構

基于BIM 技術的綜合管廊信息化運維管理系統架構主要包括支撐層、服務層、業務層、表現層，并與外部多系統互聯互通，系統總體架構如圖1 所示。

圖1 系統總體架構

2.2 BIM 可視化技術應用

將管廊在規劃設計和施工階段的數據和資料與管廊的BIM模型相鏈接，并在運維管理中根據實際情況更新管廊模型有關數據，實現對管廊全生命周期的有效管理[2]。BIM 的可視化技術可以實現以數字信息模型為載體[3]，將機電各專業的數據信息，以及管廊實際運維需要的各類信息進行一體化整合， 基于此信息模型，可以為管廊運維管理提供新的載體。 準確完整的模型數據是有效利用BIM 技術進行運維管理的基礎[4]，將BIM 信息模型與實際建筑（含機電設備等）、人三者進行連接，使綜合管廊運維更加直觀化、模塊化、集成化，可進一步提高運維效率，合理安排班組巡檢頻次，有效降低運維成本。

2.3 基于BIM 的綜合管廊運維管理平臺

綜合管廊運維管理平臺是基于物聯網、BIM/GIS 及大數據技術[5]，針對管廊智慧化運維建設的系統平臺，應用層包括基礎數據管理系統、智能監控系統、運維管理系統、運營管理系統、安全與應急管理系統、信息管理系統、地理信息監控管理系統、移動端系統等8 個子系統，基于統一數據庫實現，滿足數據共享和再利用的要求[6]，同時監控系統部分與管廊內相應的機電設備具備遠程和聯動控制功能。

2.4 信息化管理設計

采用監控大屏、WEB 端、移動端對管廊運維和巡檢進行實時監控和管理。 監控大屏作為統一監控、調度、指揮的神經中樞，與綜合監控、預警報警等系統實現聯動，供運維班組對管廊實時運行狀況進行有效監管；Web 客戶端通過瀏覽器訪問和系統運行，進行運營管理、安全應急管理、巡檢排班等日常工作；移動端以工作機為載體，可實現廊內智能化巡檢工作，及時上報運行隱患事件，提升運維響應度和處理及時率。

3 綜合管廊信息化管理實例

3.1 項目概述

合肥山海關路 （重慶路至黑龍江路）綜合管廊，總投資3309.7 萬元，單艙，管廊全長0.78km。

3.2 數據對接

山海關路管廊各機電專業包含消防、環控、門禁、視頻、通信、無線覆蓋、火災自動報警等，通過MODBUS 協議，接收和反饋PLC 設備的狀態、反饋信號等，存入InfluxDB 實時數據庫， 并通過設備編碼作為唯一關鍵字段與BIM 模型中的設備進行綁定，實現BIM 模型中的狀態查看及遠程控制。

山海關路管廊共有各類設施設備近500 個，通過二維平面布置圖表示其位置及設備狀態，運維人員可借由二三維聯動，多視角多維度，實時查看廊內運行情況

3.3 可視化展示

平臺結合GIS 地理信息系統和三維BIM 技術， 進行BIM 模型輕量化處理， 實現管廊從宏觀地理位置定位和工程結構展示，到微觀風機、水泵等機電設備設施、入廊管線的擬真展示；并通過數據與模型綁定，提供綜合管廊三維模擬現實、資產查詢、設備遠控及狀態實時反饋、三維漫游、（半）透明模式展示等功能。 BIM 模型遠程控制如圖2 所示。

圖2 BIM模型遠程控制

3.4 虛擬巡檢管理

基于BIM 技術，可根據廊內巡檢線路信息（如綜合艙一分區至三分區），自動開展虛擬巡檢任務，確定巡檢設備的運行狀態，生成巡檢報告。

利用巡檢報告，將需要維護的巡檢設備的工單發送給相應的運維人員。 通過虛擬巡檢，可以讓運維人員更加清晰地了解綜合管廊當前運行安全和健康狀況，同時配合廊內攝像機輔助，及時發現運維過程中的問題，并及時采取措施解決。 這樣一方面有助于降低運維人員勞動強度，另一方面可以保證綜合管廊監測的準確性和實時性， 并且工單自動生成與派發可使得工作更加便捷。此外，工單附帶相關精確問題或故障，運維人員根據工單內容能夠精準定位問題所在，并及時對所涉及的問題進行解決，使得綜合管廊能夠安全健康運行。 虛擬巡檢還可用于管廊新進運維人員的培訓作業，加速提高運維人員的廊內認知度，提升巡檢體驗。

3.5 應急演練管理

在管廊運維過程中，如遇到火災事故等緊急情況，運維人員可通過BIM 模型找尋最近出入口進行虛擬逃生演練。傳統的應急演練均是事先編制預案，按照方案進行場地準備、人員培訓，開展演練活動，這種模式可能會出現不可預見的風險因素，不利于演練活動的開展。 利用BIM 技術可模擬性的特點，搭建管廊運維現場的應急演練場景，設定疏散人員的初始位置和逃生路徑，形成三維動態的模擬方案，便于查找演練方案的不足，及時調整應急預案，使得應急演練預案更具有實操性，應急演練管理模擬如圖3所示。

圖3 應急演練管理

3.6 入廊管線管理

基于BIM 空間管理，可較為精確計算已入廊管線數量及可入廊管線空間信息，并形成入廊管線管理。 通過設定出入廊位置，在BIM 模型中全景展示入廊管線敷設路徑，以此提前規劃入廊管線報審及指導施工作業。 待管線入廊后，即可在BIM 模型中查看相關入廊信息，更新巡檢作業內容，形成閉環管理。

4 結語

應用BIM 與大數據技術的集成管廊運維模式， 將BIM 技術的應用從綜合管廊的設計、建設延伸到運維階段，進而可實現基于BIM 技術的全生命周期管理。

綜合管廊BIM 模型整體為線型結構， 且內部專業分工復雜，系統集成度高，展示效果還有待優化。 通過完善三維引擎，從BIM信息提取、BIM 模型輕量化、 數據存儲索引和三維可視化等關鍵技術方面進行優化。 可通過模型簡化、場景空間劃分、增加繪制對象的內存池和進行圖元合并等方式對模型進行輕量化處理，從而實現流暢展示的目的；可從性能、表現方式、二次開發接口等多個方向上進行優化。

基于BIM 的綜合管廊信息化運維管理以BIM 模型為數據載體，集成監控、資產、巡檢、入廊管線四類信息，可建立一個可以實時監測和預警管廊內外狀態信息的智能化系統。 本文以合肥市管廊項目作為應用實例，實現了管廊全生命周期管理，提高了管理效率、降低了管理成本和事故發生風險，推動了城市綜合管廊智能化發展，為保障城市正常運行提供了重要參考。