基于BIM/GIS的综合管廊智能运维管理系统设计

薛 标 邵伟芳 林 章 尤文敏

（1.浙江建设职业技术学院，浙江杭州 311231；2.中国计量大学，浙江杭州 311231）

目前，国内实施的地下综合管廊是将市政、电力、通信、燃气、供水排水、热力等各种管线集于一体[1-2]，在城市道路的地下空间建造一个集约化的隧道。随着全国城市市政基础设施建设“十三五”规划的落实，我国已建成布局合理、设施配套、功能完备、安全高效的综合管廊市政基础设施体系，地下综合管廊超过8 000 km。目前已建成运营的地下管廊大多借鉴传统物业管理系统对综合管廊进行运维管理，管理方式在应急指挥调度、后期资料查阅、巡检结果反馈等诸多方面存在缺乏统筹、耗时耗工、反馈滞后等问题。应引入BIM、GIS技术搭建集状态监测、故障报警、快速响应、辅助策略生成于一体的智慧化运维管理系统平台，明确管线运维公司、管线权属单位及当地政府职责，利用云计算、大数据分析等信息技术对管廊实施安全高效运维管理，共同做好地下管廊设施设备的维护管理。

1 基于BIM/GIS的综合管廊智能运维管理系统结构模型

基于BIM/GIS的综合管廊智能运维管理平台利用BIM模型、GIS等技术对综合管廊进行全面监控管理，实现数据显示三维化、资产管理信息化、应急响应智能化、运维管理智慧化。

从应用层面划分主要包括管理平台、移动App以及模型管理软件三个部分。三个部分基于统一的数据库实现，满足数据共享要求，具备项目中必要的设备控制、设备查询、设备管理以及设备联动控制功能。综合管廊智能运维管理系统基于云计算、物联网、BIM/GIS及大数据技术，系统用B/S方式进行软件部署，软件架构具有开放性、直观性、可视化的特点，提供完整规范的开发接口，满足主流平台和跨平台快速应用开发的需求。

系统总体结构模型如图1所示。

图1 综合管廊智能运维管理系统结构模型

2 基于BIM/GIS的综合管廊智能运维管理体系构建

基于BIM+GIS技术的监管平台涉及数据采集、空间定位、信息查询、统计分析、状态监测、维护维修和智能控制等实时监测，动态管理，属于一体化平台。综合管廊智能运维管理体系根据管廊日常业务及应急状态实施五级管理体系，即巡检值班人员、值班主管、运维主任、运维经理和运维总负责人。管廊运维管理期间事件分为一般事件和应急事件，一般事件指日常运维期间发生的监测指标预警、设备故障等事件，应急事件指火灾、入侵、洪水等大型、特大型自然或人为事件。预警级别依据突发事件可能造成的危害程度、紧急程度和发展态势，一般划分为四级，即Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级和Ⅳ级。管廊发生应急事件时，系统按事先设定的分级分别响应处置，按照管理体系权限逐级处理。

应急事件响应示意表如表1所示。

表1 管廊应急事件响应示意

管廊管理系统发生Ⅳ级应急事件报警信息时，由值班主管予以确认处理；系统发出为Ⅲ级应急事件报警信息时，执行逐级上报的管理体系，由值班主任进行确认处理；系统发出Ⅱ级应急事件报警信息时，执行逐级上报的管理体系，由运维经理进行确认处理；系统发出Ⅰ级应急事件报警信息时，由运维公司总负责人按照预案组织处理，自动将通知推送到相关利益单位，将事件信息抄送至Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ处理部门进行初期处置，启动最高级别预警通知，各部门、单位移动端、大屏监控端自动进入最高紧急状态并提供应急指南。

3 基于BIM/GIS的综合管廊智能运维管理平台模块设计

综合监控模块通过数据采集与系统集成等手段，对环控、安防、通讯、消防等子系统设备进行实时状态的监测与控制、信息查询、统计分析、维护维修，确保管廊内管线及通风、照明、排水、防火、通信等设备的正常运转，迅速反应处理，使管理人员可以随时掌握所有情况。

（1）环境与设备监测。

环境与设备监测将综合管廊内环境和设备的参数、状态实时传到监控中心，便于值班人员及时发现现场环境和设备问题，排除故障以及对警情及时处理，保证管廊正常运行。

（2）设备监控。

设备监控模块利用BIM/GIS技术，在通风系统、排水系统、照明设备三维模型基础上进行实时显示、报警功能、联动控制等。根据不同模式控制风机、照明（指定间隔时间开关）。实现出入口（井盖）开启状态监控、位置定位、非法拆除警告等功能，将井盖、吊装口及通风口状态监测与系统BIM/GIS模型关联，通过点击模型查询各对象的实时状态是否正常。通过模型实现对井盖的远程开关管控，井盖开启、扰动时间达预警值（根据权限设置）或遭遇非法暴力破坏，发出报警。系统发出警报时，可联动视频监控系统、定位系统，发送通知至移动端提醒。

（3）门禁管理。

管理出入门禁系统授权及非正常情况下报警，实现基于BIM/GIS模型与门禁系统联动，点击模型对应门禁系统可展示相应的门禁系统运行状态，显示当前门禁出入人员记录（只能记录刷卡次数）。门禁系统多次验证不通过或未被允许自动打开时，门禁系统可发出警报。实现门禁系统与视频监控系统的联动，发生报警时，根据报警位置，自动启用相应的视频监控系统，对指定位置进行跟踪视频监控；将报警信息推送给管廊运维单位和管廊巡检人员。

（4）视频监控。

采用BIM/GIS技术，将视频监控设备与BIM模型关联，在三维模型上显示视频监控分布。通过点击模型能够调用现场视频监控实时画面，支持调用30 d以内视频记录，具备按照时间筛选功能，实现历史事件和视频的关联调用，选定点击时播放；与其他系统联动控制。实现分屏显示管理，支持将指定设备图像放大至全屏，可自由缩小。

（5）人员定位。

精确定位工作人员、非法入侵人员的位置，将人员实时位置与BIM/GIS三维模型关联并定位显示。确认为非法入侵时，联动管廊内部广播系统进行警告提醒，联动视频监控进行定位。

（6）消防联动。

统一管理信息平台系统接收并显示FAS系统发送的感温光纤、防火门、电气火灾、可燃报警等信息。

（7）能耗监测。

联管廊设备电力仪表与系统模型，实时显示各设备的仪表数据；通过点击模型的仪表对象实时显示仪表数据，可根据用户需求以图表形式展示指定时间内耗电量统计数据，为大数据分析提供数据基础。通过对每种设备开关记录时长的统计，结合设备功耗，统计设备的总能耗指标。

4 基于BIM/GIS的综合管廊智能运维管理权限管理设计

实现对进入管廊人员的授权管理，即不同的人有不同的权限，具体人员权限应与管廊运维公司管理办法相对应，实现依据角色不同对门禁、出入口等设置不同权限。根据规划巡检路径及检查点，确定正常巡检工作范围。根据管廊运维公司需求对指定人员临时开启某一区域的授权以及紧急情况下联动门禁、内部广播等系统。

管理权限如表2所示。

表2 管理权限

5 基于BIM/GIS的综合管廊智能运维管理平台案例应用

世园会地下综合管廊分为园区内综合管廊和园区外综合管廊，总长度约7.1 km。综合管廊分三舱，即电力舱、水信舱及燃气舱，统一纳入热力、燃气、给水、再生水、电力、电信等市政能源管道，实现了园区市政基础设施建设高效集约，提高了园区综合承载能力与运营可靠性。内外管廊安装摄像头、温度、湿度等共1 078个探测设备，一旦管廊发生信息突变能够及时反应和应对，保障管廊运维安全。采用了基于BIM/GIS的综合管廊智能运维管理平台，实现对管廊内环境的实时监测，在第一时间发现环境异常情况并采取措施。该综合管廊运维过程中，为突破以往平面化管理，系统设计过程中采用BIM技术对管廊进行建模[3-4]，实现管理从二维到三维、宏观到微观的立体化、可视化管理。运维过程中引入大数据、专家系统进行运维管理的预判，将管理前置，减少运维的成本；引入GIS系统，使管廊内各个部件均具有地理属性，发生紧急情况时可以迅速定位[5]，减小突发情况对运维安全管理的影响，提高综合管廊运维管理的水平和能力。系统实现了自动分配巡检人员、巡检任务，可以与手机App联动配合，通过GIS定位系统为运维人员即时分配相应分区的巡检任务，保障日常巡检工作高效有序。