基于物聯網和數字孿生的綜合交通客運樞紐智能運維技術研究

文｜陳大海

綜合交通客運樞紐是一個綜合性場所，承載多種交通方式的換乘銜接，聚集客流，大量的智能化設備設施，給樞紐的運維管理帶來很大挑戰。本文主要研究如何利用物聯網和數字孿生技術實現樞紐空間和設備設施的數字化、模型化和互聯互通，打造一個與物理空間保持實時同步的高仿真的數字樞紐映射體，為樞紐高效、便捷、智能的運維管理提供服務。

一、引言

綜合交通客運樞紐（以下簡稱“綜合樞紐”）是銜接鐵路、公路、民航等城市對外交通方式和軌道交通、出租車、網約車、城市公交等城市內交通方式的一個重要節點，具有運輸組織管理、中轉銜接和安全應急保障的大型公共基礎設施。因客流量聚集，綜合樞紐帶來的經濟效益越來越明顯，除交通運輸的基礎性功能外，正形成集購物、休閑娛樂、商務辦公、特色旅游等多功能于一體的城市旗艦綜合體。

隨著國民經濟的快速發展，綜合樞紐的建設對節能、高效、方便和安全管理等提出更高要求，將物聯網、數字孿生等新技術應用于綜合樞紐的管理中，將會為樞紐運維帶來巨大變革。

<1)，且各件產品是否為不合格品相互獨立．

二、綜合樞紐運行維護管理現狀

當前隨著我國交通強國戰略的推進，依托高鐵站和機場等交通設施打造“站城一體、功能互聯”的樞紐城市綜合體，實現樞紐與城市的有機結合，實現交通出行和交通換乘的高效便捷、無縫銜接，同時融入了商務辦公、社區生活等多業態，樞紐的運維管理難度也面臨空前的挑戰。

綜合樞紐以交通運輸和換乘為核心功能，以綜合集約、多業態共存為特色，為滿足樞紐智慧化運行要求，建設了大量的智能化設備設施。智能設備的運維難度不斷增大，主要表現在設備預警和問題發現不及時、出現故障定位不準確、運維人力和物資分布分散、運維巡檢難度大、設備故障關聯影響等問題亟待解決。基于物聯網和數字孿生技術相結合的運維體系將為樞紐的智慧運維提供支撐。

三、物聯網和數字孿生技術在綜合樞紐運維管理中的應用

物聯網以傳感設備為基礎，按接口協議將設備實物與網絡連接，進行數據交換和通信，實現智慧化的識別、追蹤、監管等功能。利用物聯網技術進行設備數據采集，對樞紐區域內的人、車、交通、運營管理業務等數據信息進行多維度的采集，從而實現對綜合樞紐智慧化運維管理業務的數據整合、關聯分析以及指令下達等能力的支撐。

數字孿生是由物體實體與之對應的數字模型及模型之間通信功能構成，由軟件和系統數字孿生體等數字實體與管理部門形成的工作域，通過傳感器實現數字模型與物理實體之間狀態的同步，共同構成物理實體和數字模型的映射體。數字孿生技術的應用融合了BIM（建筑信息模型）和GIS（地理信息系統），將多領域、多物理量、多尺度、多概率的模擬過程，利用物理模型、設備傳感器、運行業務等數據進行整合實現，在虛擬空間中完成映射，實現對真實基礎設施的虛擬化和數字化管理與共享。BIM技術是用來對樞紐建筑空間和設備的物理特征和功能信息進行數字化承載和可視化表達，GIS技術用來表達樞紐的數據結構、空間分析和地理信息，因此，基于BIM和GIS技術相融合，可實現綜合樞紐建筑空間、設施設備等精細化構建的高度集成共享和可視化運維管理，提供樞紐運維管理的高標準要求和全生命周期管理的重要技術支持。

數字孿生過程示意圖

本文將研究利用物聯網和數字孿生技術，實現綜合樞紐運維對象的感知數據的可視化管理，對各對象的運維管理過程進行融合集成，實現樞紐空間、設備、運維人員之間的互聯互通。通過樞紐設備管理與狀態監測、日常巡檢與故障告警處理等，提升運維管理的智能管控能力；推進樞紐運維管理向數字化、智慧化轉變，通過歷史和實時狀態數據分析，推演變化趨勢。

基于物聯網技術實現樞紐設備數據的采集和傳輸，包括監控、門禁、停車和反向尋車監測、電梯運行狀態監測、能耗儀表等設備，以及消防、環境感知、數據中心機房、建筑機電設備等。實現可感知設備的實時數據采集、匯聚和共享，為樞紐運維信息化應用提供數據服務。

基于數字孿生技術實現樞紐物理空間和設施設備的模型化、數字化，通過BIM將空間和設備進行數字化，同時結合GIS將數字模型和地理空間相結合，為樞紐各類設備設施提供精準定位，提供樞紐空間和設備的可視化管理。

空間和設備基本信息管理。運用BIM技術規范化管理樞紐所有建筑空間，包括空間基本信息及設備設施信息，租賃空間的租賃狀態、租戶、租賃期限等，并通過不同顏色在BIM模型中渲染空間的實時狀態；基于BIM中的設備數字化模型，構建樞紐設備設施模型并管理其基本信息，包括設備型號、規格、生產廠商、設備供應商、供貨時間、質保期、設備位置、設備狀態、巡檢和維護記錄，提供所有設備快速查詢和基于三維空間中的精準定位，采用不同顏色渲染設備狀態變化，當出現設備故障時進行告警提示。

設備設施日常運維管理。各類智能化設備運行過程中通過標準的物聯網協議實時監控運行狀態，為設備設施的日常巡檢保養、故障維修提供決策。通過數字孿生運維管理平臺快速生成巡檢線路，下發至巡檢維護工作人員，巡檢人員在終端將巡檢信息實時回傳至平臺中，結合日常監測設備狀態變化和巡檢問題，平臺可實時優化運維路線并推送重點巡檢事項至前端運維工作人員，在設備發送故障告警前進行運維，避免故障發生。

設備故障預警及維修管理?；跇屑~數字孿生運維管理平臺實現設備狀態的實施監測，當出現超過告警閾值時觸發設備運維和知識庫，發送運維工單至運維終端，并在數字孿生環境中模擬故障位置、周邊資源、關聯設備，推送最優路線、運維時間、所需資源、操作指南，運維結束，收集故障信息、維護過程、關聯設備、反饋信息等。

樞紐運維調度和決策分析。當出現嚴重設備故障時，樞紐運營指揮中心通過數字孿生運維管理平臺快速模擬故障運維預案執行效果，調度現場技術人員、遠程專家、運維物資配送等協調聯動，實時跟蹤故障修復效果，同時借助數字孿生運維管理平臺實現運維過程的再現和結果復盤，總結分析和優化運維預案。

此外，樞紐數字孿生運維管理還可對水電氣能耗管理，實現分功能區域的能源消耗數據分析，為能源決策提供支持，如智能照明控制等；基于數字孿生運維可實現對樞紐垂直交通設施進行實時監控，監控設備運維效率和設備故障情況；基于數字孿生運維實現樞紐停車區域的管理，為樞紐停車引導和停車管理提供可視化的決策分析。

四、結束語

本文研究了物聯網技術和基于BIM+GIS的數字孿生技術在綜合樞紐運維中的應用，側重于樞紐空間和設備設施類資產的實時化、可視化運維管理，為運維人員提供故障精準定位、路線和資源推送服務，為管理決策提供運維調度的可視化、過程總結分析和預案優化，提高樞紐的運維效率。同時可進一步研究利用綜合樞紐數字孿生技術結合室內定位服務進行樞紐內工作人員的實時位置跟蹤、樞紐應急管理與人員疏散等。