智能综合管廊若干支撑技术探讨

闫禹百，申樟虹，郭晓蒙，翁红

（北京市市政工程设计研究总院有限公司）

1 引言

随着新一代信息技术爆发式发展，在信息化、智能化、智慧化的过程中，BIM、GIS、人工智能、机器人等新技术在综合管廊中的应用也与时俱进。管廊智能化在资源以及信息共享和融合方面将从技术和应用层面不断进化。

2 支撑技术

2.1 BIM技术

①BIM(建筑信息模型)对建筑工程项目的各项相关信息数据建立起三维的建筑模型，并进行数字仿真。利用BIM技术可实现三维可视化设计、快速查询和分析综合管廊、管线、设备等的设计、运维、和安全等参数，改善综合管廊全生命周期的建设运营。

BIM可视化设计软件的出现有力地弥补了业主及最终用户因缺乏对传统建筑图纸的理解能力而造成的和设计师之间的交流鸿沟。

对于设计师而言，除了用于前期推敲和阶段展现，大量的设计工作还是要基于传统CAD平台，使用平、立、剖等三视图的方式表达和展现自己的设计成果。这种由于工具原因造成的信息割裂，在遇到项目复杂、工期紧的情况下，非常容易出错。BIM的出现使得设计师不仅拥有了三维可视化的设计工具，所见即所得，更重要的是通过工具的提升，使设计师能使用三维的思考方式来完成建筑设计，同时，也使业主及最终用户真正摆脱技术壁垒的限制，随时知道自己的投资能获得什么。在综合管廊中，BIM对于碰撞的优势在于可以很好的控制管廊节点的设计，同时使得管廊在纵向多交叉穿越时更容易发现问题。

同时BIM与综合监控、运维管理、GIS、物联网融合，可产生众多的基于BIM技术的管理平台，包括管廊数字化竣工交付、逼真的三维展示、三维虚拟仿真场景再造、管廊设备（风机、水泵、灯具等）可视化的集中管控、无纸化管理和维修等。

②协同设计是一种新兴的工程设计方式，它可以使分布在不同地理位置的不同专业的设计人员通过网络的协同展开设计工作。现有的协同设计主要是基于CAD平台，并不能充分实现专业间的信息交流，这是因为CAD的通用文件格式仅仅是对图形的描述，无法加载附加信息，导致专业间的数据不具有关联性。

BIM使得协同不再是简单的文件参照，BIM技术为协同设计提供底层支撑，大幅提升协同设计的技术含量。借助BIM的技术优势，协同的范畴也从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期，需要规划、设计、施工、运营等各方的集体参与，因此具备了更广泛的意义，带来综合效益的大幅提升。

2.2 GIS技术

①GIS(地理信息系统)是对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布进行采集、存储、管理、处理、分析、显示和描述的技术。它以地理空间为基础，采用地理模型分析方法，实时提供多种空间和动态的地理信息，是一种为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。3DGIS（三维地理信息系统），弥补了GIS二维图形界面空间信息抽象难懂的缺陷，可实现综合管廊信息的空间化、可视化、逼真化、主要应用于综合管廊的前期规划、管廊基础开挖计算、廊体及附属设施空间信息展示、入廊管线数据展示、运营维护可视化管理等领域。

②管廊是城市管线的廊道，城市管线最大的问题在于需要在地面做很多标识，比如国防光缆，时间久远的时候，可能面临资料不全，现场找不到管线，施工单位在不知情的情况下存在损坏管线等问题。管廊解决了管线杂乱布放的问题，但是如果加上GIS，相当于形成了管廊的地图，就像百度一样，可以准确定位管线位置，对于管廊的使用、维修、管理都是非常有利的。

2.3 人工智能技术

人工智能是研究、开发用于模拟和扩展人的智能的一种技术科学，与计算机技术的发展有着密切关系。为了延伸人类的各种智能来满足社会发展需要人工智能的各项研究越来越多,人工智能技术的应用也越来越广泛。人工智能技术探索智能的实质，生产以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，可以处理不确定性、不可知性、非线性问题，具备写作、学习、解释和推理等能力。可以利用人工智能相关技术，巡检机器人、智能语音、机器视觉、智能搜索、智能控制、生物特征识别等，对综合管廊进行动态巡检与在线监测，对管廊内的电力、水力、通讯管线设施进行表面外观与实时发热情况等分析，并对燃气泄漏、水管破裂泄漏情况进行综合监测与分析诊断。

2.4 卫星定位导航技术

卫星定位导航系统能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息，目前全球主要的卫星定位导航系统有GPS、GALILEO、GLANASS和北斗。其中GPS由美国陆海空三军联合研制，北斗卫星导航系统是我国自行研制的。卫星导航系统可以全球范围内提供全天侯、高精度、高可靠性的导航、定位、授时等功能。通过卫星定位导航系统，可以精确定位在综合管廊内佩戴导航用户终端设备的人员和设备，为地下管线智能巡检、应急抢修、施工管理等提供精准的人员和设备的位置信息服务。

2.5 机器人技术

①智能机器人巡检系统在综合管廊中应用,作为新型智能化巡检模式,可以有效减轻传统人工巡检人员的负担。通过自适应学习、自主学习等理论方法，智能机器人可以实现高可解释性、强泛化能力、类脑智能计算理论的突破，机器人通过类脑信息的编码、处理、记忆、学习与推理理论，可形成类脑复杂系统及类脑控制等理论与方法，建立大规模类脑智能计算模型和脑启发认知模型，具备复杂动态场景感知与理解、实时精准定位、面向复杂环境的适应性智能导航等能力。利用其自我修复能力、逻辑思维、深度学习、分析能力，智能机器人在综合管廊内执行自动巡检、发现异常警告、自动时行爆管分析、自动应急处理等任务。

②机器人交互技术的发展，使得人类与机器可以进行有效沟通，实现多风格、多语言、多领域的自然语言智能理解和交互应付，机器人将替代人工做管廊日常巡检、隐患排查，并协助进行应急预案制定等工作，提高管廊运营单位的应急响应速度，应急资源调配效率，从而为管廊应急事件处理的快速、科学、有效性提供保证。机器人环境适应能力强，恶劣环境下照常巡检，可深入危情现场，特别是对于燃气舱内相对危险的场所，机器人可以代替人工实现维修维护、巡检等，并将现场情况及时上传到决策中心，配合处理异常，可以最大程度上确保检修人员的安全。智能化巡检，科学化管理，根据要求即可通过系统设置实现巡检，质量和设施的运行状况通过巡检系统即可掌握。

2.6 移动通讯技术

移动通讯技术包括3G（第三代移动通信）、4G（第四代移动通信）、5G（第五代移动通信）技术、5G在时延、传输速率、频率利用率上，都比4G得到了显著的提升。随着通信技术在探索中不断创新，完成自身在技术上的突破，对智能管廊而言，也必将是一次更为智能化、人性化、和现代化的成长。通信技术与智能管廊的结合，将推动两个行业共同发展。5G无线通信技术运用大规模天线、自适应侦测、毫米波等技术，支持高带宽大容量数据传输，提高系统通讯的可靠性，降低系统内传输节点的时延，用于综合管廊系统之间的数据传输，为智能管廊提供优质安全的无线网络支撑。

3 结语

随着现代新技术的发展以及对精细化、智能化管理要求的不断提高，管廊智慧化具有广阔的应用前景。其将在降低管廊建设成本、完善管廊功能、和保护生态等方面发挥作用。