地下综合管廊健康监测管控系统

刘 贵

(厦门市市政工程设计院有限公司 福建厦门 361006)

0 引言

城市综合管廊近年来发展十分迅猛，但是,管廊可视化、集成化、智慧化水平较低，缺少一套高效管控系统[1]。

目前，在综合管廊高效运营维护方面，国内研究尚处于起步阶段。本文研究的目的在于能够制定出一套综合管廊健康监测管控系统，好比一个“医生”，从管廊还在设计时开始，一直到管廊施工、交付、运营，在此过程中，当管廊“生病”了，能够及时发现管廊的病因，也就是管廊管理和运营维护过程中存在的问题，通过一些前沿技术，去“治疗”综合管廊存在的问题，实现对综合管廊全生命周期的健康监测管控。研究成果有助于推进综合管廊智慧化建设进程，提高管廊运营维护水平，降低劳动强度和人力、物力成本。

1 需求分析

分析国内综合管廊建设普遍情况，管廊在规划、建设、运营维护阶段还存在以下问题需要通过有效的信息化手段解决。本研究以厦门集美新城综合管廊为案例，从该管廊在运营维护过程中遇到的问题进行梳理。主要存在以下几个问题：

(1)业务部门独立、管理对象多样

厦门集美新城综合管廊2010年开工建设，2016年正式投入运营，全长7.85 km，入廊管线包含通信、电力、给水、中水、雨污水，管廊现场如图1所示。此条管廊的管理对象包含数据普查成果、规划设计方案、施工进度报告、竣工验收成果、入廊管线、管廊廊体、各类附属设施等多项内容，不同管理对象之间又无法做到相互独立、协同运作、联动控制、资源互补。

图1 厦门集美新城综合管廊内部实景图

(2)数据类型复杂、应用独立，缺乏共享

厦门集美新城综合管廊运营维护过程中还遇到多种类型数据，包括企业经营数据、管廊基础空间数据、视频监控数据、传感监测数据、巡检数据以及其他业务数据；这些具有多源、异构、动态、分散的各类数据[2]，技术集成难度大，也是需要解决的最重要的数据问题，而且缺少一个与各管线单位及第三方单位的信息数据共享机制。

(3)安全要求严格

综合管廊作为城市百年工程，如何保障管廊安全运行是本研究最基础的初衷。不仅要将管廊被动安全提升到主动安全，还要考虑过程和结果管理并重[3]。

(4)与管理运营结合

厦门集美新城在管理运营上存在几个问题：①管理分散独立；②简单的规范办法；③分析决策能力智能化水平较低。缺少一套辅助管廊经营实现管廊高效率、低成本和体验佳的管控系统，缺少一套能够智能化决策的辅助方案[4]。

以上这些问题不仅存在于厦门集美新城综合管廊，而且在厦门其他管廊和全国其他城市的管廊也存在同样问题。

2 总体方案

根据综合管廊规划、建设、运营维护不同阶段建设管理需求，归纳总结出了一套综合管廊全生命周期健康监测管控系统解决方案。本方案充分考虑了用户对管廊运营维护阶段的差异化需求，以GIS技术为主导，结合物联传感、高精度定位、虚拟现实、大数据挖掘分析等技术，充分整合前期规划设计数据、企业经营数据、管廊基础空间数据、视频监控数据、传感监测数据、巡检数据以及其他业务数据等数据资源，围绕综合管廊的“经营、安全、维护”这三大核心业务内容，提供数据处理和建库、数据接口开发、数据采集及转发、智能巡检APP等[5]，为综合管廊运营维护管理各项工作的开展提供强有力的技术支撑。

在综合管廊全生命周期管理和全面集成基础上，笔者根据现有项目经验和国内综合运营维护阶段对信息化管理的普遍需求，提出了能够涵盖不同城市、不同类型管廊运营维护阶段全生命周期满足通用需求的管理综合管廊“165”健康监测管控体系。

综合管廊“165”健康监测管控体系中“1”主要指一个综合管廊控制中心，好比医生的手术刀，也可以比作人的大脑，负责管廊内所有相关的人、财、物、业务的全面综合管理和智能化管控。“6”主要指综合集成、管控、智能运营维护、应急救援、经营管理、三维展示六大重要业务子系统，分别来实现以下功能：①管廊环境温湿度等监测、专业管线状态监测、管廊内部设备运行监测；②管廊内的所有设备进行远程控制和相关设备间的相互联动；③管廊设备、资产、巡检、门禁、系统等运营维护管理应用；④管廊入廊管线审批、收费、分析、档案资料等管理应用；⑤管廊应急制度、隐患事故、应急预案及应急处置等管理；⑥基于三维地图进行管廊三维展示，提供多角度、多空间的可视化管理。“5”主要指5大类基础业务数据，通过对管廊数据的规范化、标准化来保障管廊信息化建设的可持续性发展。总体架构图如图2所示。

图2 总体架构图

3 综合管廊健康监测管控系统设计

综合管廊健康监测管控系统主要面向管廊管理需求搭建，可实现城市综合管廊相关的人、财、物、业务的全面综合管理和智慧化管控。本系统的设计可以从综合管廊的运行监控、管线入廊运营管理、设备运营维护养护、事故应急处置、三维展示等角度实现对地下综合管廊的全生命周期健康监测管控。具有智慧化管理、一体化管控、高效率运营维护的特点，面向管廊运营单位提供管廊管理运营维护支撑服务。

(1)控制中心

建立专用管理控制中心，并配备UPS、服务器、存储器、LED大屏幕、交换机等设施作为硬件支撑。

(2)综合集成与管控系统

依托物联传感技术，通过集成各类物联传感设备，实现设备联动控制、人员定位、安防等集成管理，对接各类监控监管系统、人员定位系统、消防系统、视频系统等，实现人员和管廊内管线和环境状态信息的实时监控，科学养护。

基于物联网+GIS技术，对管廊运营维护的外部环境、设备设施、能耗、管廊结构及管线对象进行监测或监控，根据监测/监控对象分为环境监测、设备监控、能耗监控、结构监测、专业管线监测等功能。同时应预留专业管线接口，跟入廊管线单位联动，便于远期二次开发。

(3)智能运营维护系统

智能运营维护系统主要包含设备管理、人员出入管廊管理、管线管理、日常巡查管理、移动端APP 5个模块，实现管廊内巡检管理和维护管理业务集中管理，通过梳理管廊内巡检内容，制定管廊日常巡检、周期巡检、路面巡检计划，及时跟踪和督促巡检工作进度，分类上传、汇总巡检异常情况。系统提供管廊运行状态展示、运行管理、维护管理、人员管理、综合管理等应用。

预留机器人巡检系统接口，综合管廊智能巡检机器人，如图3所示，可代替人完成繁重单调的综合管廊日常巡检工作，不仅大幅节约管廊运营的人力成本投入，智能化数据分析更是实现了巡检质量大幅提升。

图3 机器人巡检

(4)经营管理系统

以管线管理为核心立体展开，通过对廊内管线、入廊合同、档案管理等数据的集成、管理与更新，实现了一体化管理，同时根据不同城市管线入廊业务需求，制定一套入廊管线入廊审批-合同管理-收费管理-档案管理的全业务流程化管理系统，提供入廊管线的各类查询统计、入廊路径分析、入廊维护、监测管理、入廊审批、缴费、施工与巡检管理等管廊管线业务管理。

还提供安全培训服务，形成人员培训档案，按照年份、培训等级进行划分，记录员工安全教育培训表，形成人员培训花名册，可以统计培训学时，监督相关人员完成在线培训，可查看人员培训情况。

(5)应急救援系统

整合管廊的GIS信息、传感器、设备信息及相关巡检信息等数据的资源，在三维的虚拟场景中，模拟应急事件，并调阅各种应急资源信息和实时数据，汇总后再进行空间分析，分析出来的结果提供决策辅助，在线进行标绘，指挥调度，为管廊内部的突发应急事件提供事前预警、事中应急联动以及事后处置的全过程管理。

(6)BIM+GIS三维展示系统

为用户提供多角度、多层面管廊空间展示，实现查询、统计管廊内部的各类管网及附属设施的分布情况；可基于三维地图进行场景三维展示、设备展示、设施查询管理、管廊位置展示、管线查询管理、管线巡线维护以及管廊断面分析等三维可视化操作[6-8]，如图4所示。

图4 BIM+GIS应用

(7)五大类基础数据

五大类基础数据包含廊内管线数据、廊体健康数据、附属设施数据、日常管养数据、应急处置数据，如图5所示。

图5 五大类基础数据

4 结语

厦门集美新城综合管廊在2017-2020年进行了多次智能化提升改造，也将本研究的成果综合管廊健康监测管控系统运用到提升改造当中，根据目前运营情况，本研究的成果符合运营维护需求，在管线单位入廊管理、规划设计资料归档、巡检、廊体数据联动、附属设备管养、管理人员培训、突发事件应急决策等方面都更加灵活和便捷，很大程度提升了运营维护单位的运营维护水平，降低了运营成本，真正做到综合管廊有效管控和全生命周期的健康监测。