数字化智慧管廊运维平台研究与应用

曾辉

摘 要：随着综合管廊建设的推进，全国各中大型城市积极投入到综合管廊的建设中，城市管廊规模越来越庞大。综合管廊空间断面设计复杂，纳入管线种类多，在运营过程中具有施工组织复杂、工程量大、项目工程管理难度大等特点，在工程进度、成本、安全、质量等综合管理方面均存在困难，传统管理模式已无法满足综合管廊快速发展的需求。因此需要建立有效的机制和手段来进行管理。

关键词：数字化;运维平台;应用

近年来，随着国家政策的引导，广大专家学者积极投入到综合管廊运维管理研究中来，形成了一系列的综合管廊信息化管理手段。通过对智慧管廊运营系统进行研究，结合其特点进行分析，对机器人巡检技术在管廊中的应用进行了初步研究。张立新等根据综合管廊全生命周期的管控要求，对BIM技术在管廊中的全生命周期的应用进行了研究。

一、我国综合管廊研究现状

与传统市政管线布设方式相比，综合管廊有效缓解了架空线网密集、直埋管线检修所产生的“马路拉链”问题，可实现市政工程管线的集成化、规模化管理，增强城市的抗风险能力。因其特有优势，近些年来在我国得到了快速发展，并计划用10年时间建成较为完善的城市地下管线体系。为此，2015—2016年，国家共设25个综合管廊试点城市，探索综合管廊在建设及管理方面的先进技术，为综合管廊的在全国的推进积累经验。

二、综合管廊智能化运维系统构建

1.平台层搭建

平台层将利用数据层的信息，为应用层提供数据处理、阈值预警和三维动态模拟病害的服务。

（1）数据处理。利用BIM技术建立管廊模型并添加管廊微观信息，通过云计算将大量数据进行集中处理与诊断，形成一个数据中心操作环境，同时将不同的数据规范化、标准化，将资源进行整合，并分析方案进行数据分类和方案报备，为用户提供一个客观、系统、可视化的数据库。

（2）阈值预警。管廊事故的发生，必然有一个从量变到质变的过程，会借助具体的特征表现出来，为此，选用阈值预警作为系统的监控机制。使用大數据技术，对历史数据进行切实有效的分析，得到管廊正常运行的各项数据指标范围，结合相关规范规定设定阈值进行分级预警。若监测数据在阈值范围内浮动则可判定管廊处于正常状态，当监测数据在阈值范围之外时，系统自动生成预警信息并传送至指定联系人。

2.数据层搭建

将管廊数据化是构建综合管廊智能化运维系统的基础，为确保数据真实可靠，采用传感器采集、机器人巡检、人工巡查3种方式结合构建系统数据层。

（1）传感器采集。传感器位于系统终端，负责各类基础数据的采集，其性能对整个系统至关重要。主要选用光纤传感、智能传感两种方式。

光纤传感器凭借其测试精度高、耐腐蚀性能优良以及抗电磁干扰的能力强等优点广泛应用于地下工程的检测系统中。智能传感器在传感监测的基础上还能在其内部对原始数据进行加工处理，且可通过标准接口实现与外界的数据交换，具有自诊断、自校准、数值处理、双向通信以及信息存储和记忆功能。

（2）机器人巡检。作为新兴智能化巡检模式逐步被应用于城市地下基础设施的养护，巡检系统由巡检机器人、巡检轨道、充电系统以及网络通信和信息存储管理系统组成，可对管廊内的给排水管线、燃气管线、电力管线、通信管线进行自动巡检。

3.应用层搭建

应用层负责为管廊用户提供辅助决策及闭合式的流程管理。

（1）信息传送。相关专业技术负责人可下载手机APP客户端，通过登录自己的账号查看权限范围内的数据，当系统所设置的阈值警报发生，平台会自动将报警信息和定位发送给指定技术负责人手机端，便于管理人员及时开展后续处置工作。

（2）预案管理。管廊的应用层为用户提供预案帮助，根据系统记录的历史处理方案及解决效果，建立管廊常规事件预案库。当常规事件发生时，预案管理系统自动匹配最优处理手段并迅速采取措施。例如：当管廊传感系统监测到廊内温度超过系统规定的上限时，风控装置自动开启。该系统实现常规事件的自动化处理。

（3）专家辅助决策。事故处置对效率及效果要求极高，因此，系统设有专家辅助决策库，分类储存大量管廊病害防治案例，根据事故详细情况调用相关处理办法以供技术管理人员参考，便于做出快速反应。并对后期效果进行跟踪管理，分析处置方法的优缺点，同步更新数据库，实现管廊的闭合式养护管理。

三、平台关键技术

1.高精度无线定位技术

根据城市地下综合管廊的运维管理环境，需要对地上、地下、廊内不同位置的工作人员进行定位及轨迹追踪，同时在日常巡检、应急救援、执行任务等情景下都需要对相关人员进行精确定位。建设数字化智慧管廊运维平台采用高精度无线定位系统，用于入廊人员的安全保障和位置追踪，通过该定位系统可在控制中心的屏幕上显示出当前人员的位置和行进轨迹，并且可以根据人员位置合理调度巡检、抢险等任务的安排。此外，在发生危险或紧急事件时，控制中心可以与人员携带的标签进行联动，通过警报声或振动提示人员进行撤离。

2.机器人自动巡检技术

机器人环境适应能力强，在恶劣环境下能正常工作，可深入危情现场，能够有效地配合巡检工作。通过将高清摄像头、红外成像、无线传感器等设备集成于智能巡检机器人，再制定定期巡检、应急响应巡检等不同的巡检模式，实现对廊内各类设施、设备的全覆盖检测。由机器人替代部分人工巡检充当特殊环境下的先行探检，增强了人员和管廊的安全系数，有效提高管廊的运行效率，大大减少管廊灾害和事故的发生。具体的形式有：在巡检机器人上设置各类型气体监测传感器，实现气体质量分数动态监测，当检测到管廊内某种气体含量超过安全限值时，巡检机器人将立即上传报警信息至综合监控平台，并发出声光报警信号。

3.BIM+ GIS融合应用

管廊在设计、施工、运营维护等各个阶段均使用BIM 技术和 GIS 技术，并将二者进行有机结合。通过此方式，将管廊全生命周期的数据资料进行集成和管理，为不同决策者在不同阶段，不同需求提供数据和技术支持。GIS技术具有整体功能的作用，可以将综合管廊内的大量空间信息（如出线口以及特殊节点等地理位置、机电设备、控制设备等各专业相关设备的数量、类别、地理位置分布等）进行属性掌握，实时监控各种设备的运行状态，高效的管理带有地理信息复杂数据，为综合管廊运营维护的辅助决策提供具有空间信息功能的依据。BIM 技术具有很强的呈现功能，将BIM呈现的管廊属性赋予 GIS，可通过三维可视化的方式进行呈现，让人有一种身临其镜的感觉，使运维管理方及管廊作业人员更好的对管廊地理空間进行认知。该模块解决了基于空间位置的设施管理，通过对象一比一的复原，形成所见即所得的管理模式。

四、结束语

平台基于智慧化、人性化、便捷物联、高度信息安全的思路，结合物联网、BIM+GIS、智能识别、大数据分析、深度学习、异构运算、可视化等先进技术，可实现对管廊各类信息和运行状态全方位实时监测、应急处置、科学决策，精细化管理等，可解决管廊传统运维过程中的各种困难，使管廊信息化管理更进一步。通过该平台的建设，可预见此平台后期在江南中心绿道武九线综合管廊应用后，对降低现场和管理人员的劳动强度，提高工作效率、及时发现运维过程中的安全隐患都能发挥出积极的效果，为管廊安全、高效运行提供保障。

参考文献：

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[2] 杨党锋.基于iS3的综合管廊施工智慧管理系统应用[J].水利规划与设计，2018（2）：151-154.

[3] 毕天平，孙强，佟琳，等.南运河管廊智慧运维管理平台研究[J].建筑经济，2019（3）：37-41.

（中冶长天国际工程有限责任公司  湖南   长沙  410100）