基于GIS+BIM的智慧管廊綜合業務平臺研究與應用

王偉珍， 萬長恩， 高志權

（1. 北京云星宇交通科技股份有限公司；2. 北京市高速公路智能交通工程技術研究中心）

1 引言

我國的城市綜合管廊建設，經歷了概念階段、爭議階段、快速發展階段、趕超和創新階段以及當前的有序推進階段[1]。“十四五”時期是管廊運營管理的關鍵時期[2]，隨著管廊建設的規模越來越大，對建成管廊的智慧化運營管理就顯得尤為重要，而智慧管廊管理平臺將在整個管理中起到關鍵作用。目前對管廊各關鍵技術的研究較多，但管廊的監控、運維和運營還相對獨立，存在相關數據一致性等交互和整合的成本。本文介紹一種集管廊監控、運維、運營于一體的智慧管廊綜合業務平臺，該平臺以GIS+BIM為基礎，結合物聯網、AI分析、微服務等主流技術，融合管廊相關資產設施的靜態信息及動態信息，實現管廊實時化監控、實景化展示、集中化標準化精細化管理，提升運營管理效能。

2 管廊綜合業務平臺架構

管廊綜合業務平臺整體系統分為感知設備層、傳輸層、基礎設施層、平臺應用層，其中平臺應用層分為平臺基礎服務層、數據層、業務服務層和展示層，如圖1所示。感知層、傳輸層和平臺應用層根據需要均結合應用了物聯網技術；平臺基礎服務層和業務服務層的各服務采用微服務架構按照業務進行劃分，保證了系統的可靠性、可擴展性和先進性。其中GIS引擎包含二維GIS引擎以及BIM模型的發布引擎。管廊BIM模型數據含有豐富的管廊建筑信息，在應用到平臺端時，需要進行BIM模型的輕量化處理[3]。另外，需要進行模型的編碼，實現模型與業務數據的關聯。

圖1 系統整體架構

3 平臺主要業務功能

智慧管廊綜合業務平臺從監控、運營、運維的角度，對相關的功能模塊從數據層面進行集成，實現管廊監控、運維、運營工作的無縫對接，一體化服務。用戶通過一個賬戶登錄，即可根據訪問權限，獲取到相應管廊各方面的信息。權限包括設置可訪問的管廊、可訪問的功能模塊以及可進行的操作。

3.1 運行監控及應急指揮

對管廊內部設備的監控是管廊正常運行的保障。而運行監控模塊用于從整體和局部多維度、多方式對管廊及其中的設備運行情況進行監控管理，見圖2所示。包括從宏觀角度了解管廊及其周圍環境的二維GIS地圖方式；根據管廊分區展現的二維平面圖方式；以及管廊的BIM模型三維場景方式。在三維漫游模式下，可按照設定的路線進行自動漫游，在漫游的過程中對關注的設備自動識別，并停留顯示設備的基礎信息及實時運行數據。

圖2 多維度監控展示

針對監控中的各種異常或事件，平臺支持靈活的報警配置及預案執行流程配置，以應對不同的管理方式及處置流程。報警主要分為氣體濃度超標等分析類報警；入侵報警等設備監測報警；以及設備故障告警等。除了感知類設備外，系統通過AI分析對管廊內部重點區域的視頻進行實時分析，包括識別是否佩戴安全帽等安全隱患，并給出報警提示；AI分析的引入，可以一定程度上減輕監控人員視頻巡視的工作，大大提高了監管效率，減少了監管盲區。

平臺通過預案制定各類事件的聯動策略，確保在發現事件的第一時間，能夠進行有效的聯動處理。根據報警事件的類型、可能的危害及影響程度，設置不同的預案環節。一般性的報警，如氣體濃度超標，處置環節較少，可設置自動或手動聯動風機直至濃度達到標準。而對于發生的安全事件，需要進行多方的聯動及資源調度處理。這就需要平臺能夠與相關單位進行數據的對接，形成統一的應急指揮調度體系。

3.2 運維管理

該功能模塊用于對管廊進行定期巡檢運維任務管理及任務分配、排班以及巡檢、維修任務的執行審批管理。

根據管廊監管維護的實際需要，建立班組相應的上班制度，并根據設置自動生成班組排班。在制定完巡檢任務后，根據巡檢任務周期及排班可把任務按計劃自動分配到各班組。班組成員可在手機APP上查看巡檢任務，并按時提交巡檢結果。對于需要維修的設備自動創建維修單進行派發。維修人員接到派單后，查看需要維修的內容，同時，維修單中包含對該類型故障的作業指導，維修人員對設備維修完成提交工單后，進入工單的審核階段，相關監控管理人員確認設備可正常運行后結束整個工單。通過巡檢日歷，可直觀查看各日期的巡檢任務及完成情況，以及巡檢的各項細節內容。

3.3 運營管理

該模塊主要是對運營過程中涉及的組織機構、人員、資產、供應商、入廊單位、與入廊單位以及供應商等相關的合同、審批、考核等方面的管理，做到標準化統一化管理。入廊單位可通過在線填報入廊申請的方式，進行入廊的審批。

平臺通過對管廊內部各類資產設施建立臺賬，包括管廊信息、設備、備品備件、廢舊設備等，實現對管廊機電設備安裝、維修、更換、報廢實行全生命周期管理。如圖3以機電設備為例，列出了可關聯的關于監控、運維、運營的各類信息數據。此處特定位置的設備的編碼不會進行變化，以設備編碼為關聯數據，一個設備可關聯多個資產（見圖3）。

圖3 資產全生命周期數據信息

綜合管廊運營管理過程中涉及政府主管部門、入廊管線權屬單位、政府相關部門等眾多單位[2]，要理順多方關系。目前已有城市綜合管廊運營服務規范推薦標準[4]發布，運營管理也會在探索實踐中不斷規范化、科學化。

3.4 統計分析

該模塊針對運行、運維、運營的現狀，對其中涉及的關乎安全、任務執行情況、入廊情況、合同執行情況等重要信息進行匯聚及統計分析。

針對運行監控中的監控數據，包括環境監測數據、設備運行工況數據、報警等事件發生情況的查詢分析；運維中的巡檢任務的執行情況、人員任務執行情況、維護維修情況的查詢及統計分析；運營中產生的各類數據，包括入廊單位、入廊管線情況、合同執行情況等方面的查詢分析。為運維、管控提供科學決策支撐。

另外，經過一段時間的運營，可結合大數據分析技術，對多維數據進行分析建模，對設備運行情況、廊內環境健康狀況進行預測評估，輔助管理。

4 結語

智慧管廊綜合業務平臺支持多管廊監控管理，既可應用于項目級綜合管廊，也可應用于城市級綜合管廊。該平臺的應用將使得監控、運維、運營實現一體化管控，數據充分共享和融合，可以極大地簡化資源整合，避免后期對接造成的重復建設。基于GIS+BIM的多維度監管方式，既有利于監管人員盡快熟悉業務環境，也有利于從全生命周期角度對管廊進行監管，方便運維、運營及與相關方進行協作，將使得管廊的監管效率得到極大提升。