智慧灯杆全生命周期信息化管理系统设计

文｜上海五零盛同信息科技有限公司 李付伟 朱伟楠；铜陵市市政工程管理处 刘卫军

1 引言

智慧灯杆、综合杆作为智慧城市和“万物互联”的重要载体和新型基础设施，通过整合多类资源，实现统筹、集约、共享，越来越受到城市建设者和管理者青睐[1]。智慧灯杆融合了不同权属单位设施设备，供电网络、通信网络也实现了统一，相比传统路灯管理和维护也复杂很多。随着信息技术的发展，通过信息化系统辅助管理可以使管理变得更科学、更精确、更高效。

2 背景与问题

2.1 国家政策及国家标准要求

2020年1月3日，住房和城乡建设部发布了《关于开展人行道净化和自行车专用道建设工作的意见》（建城〔2020〕3 号），为确保人行通道舒适，将推行“多杆合一”“多箱合一”“多井合一”，集约设置人行道上各类杆体、箱体、地下管线等，逐步将人行道上各类设施有序布置在设施带中，合杆上设置监控系统，智能化监测系统[2]。

2021年4月6日，住房和城乡建设部、网信办等16 部门印发《关于加快发展数字家庭 提高居民品质的指导意见》，提出鼓励建设智能停车、智能充电、智能灯杆、智能垃圾箱等公共配套设施[3]。

2021年11月26日，国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会批准发布《智慧城市 智慧多功能杆 服务功能与运行管理规范》（GB/T 40994 -2021）明确要求：平台设计与建设应遵循安全稳定、技术先进、经济合理、可扩展扩充和共享交换的原则，应能满足运行监控和运行服务的要求，确保安全高效[4]。

智慧灯杆建设是城市更新品质化提升的必然结果，是实现智慧城市重要组成部分，符合国家政策导向和要求，智慧灯杆信息化系统建设是实现城市精细化、智能化、科学化管理的必然选择。

2.2 管理中存在问题及需求

传统城市路灯信息化系统主要用于路灯的运维管理，系统每天控制路灯开关及监测路灯及配电设施是否异常，信息化系统监测到设备设施异常，系统给出告警信息，运维人员根据告警信息进行相应的派单维护维修；功能相对单一，逻辑简单。相对传统路灯运维管理，智慧灯杆运维管理要复杂的多，智慧路灯在建设管理过程中存在以下问题：

（1）建设过程无跟踪

目前多数智慧灯杆项目采用建管分离机制，仅靠项目建设完工后竣工图进行项目运维移交，图纸多以纸质图纸为主，缺乏对工程建设过程信息化采集以及过程跟踪，建设过程中管线电缆走向，设施设备进出厂时间、设备规格、厂家、型号、质保期限、安装人员等信息缺失或不全，给后期运维管理带来诸多不便。

（2）运维过程缺乏闭环管理

智慧灯杆运维涉及杆体挂载各类设施设备、地下管道、供电电缆、通信电缆、综合机箱等，设备种类、数量相比传统路灯维护要复杂的多，目前运维系统缺乏能够定位故障地点以及原因的信息化监测手段、根据故障等级自动派单的处置手段、运维工单流程的闭环管理、突发事件提前布局的应急预案等。

（3）人、事、物全方位信息化管理

传统路灯管理信息化多数涉及对事件的管理，随着城市管理精细化，越来越多的管理部门，采用外购运维服务来完成对公共设施运维。管理方式缺乏对运维人员、工程车辆的信息化管理；缺乏对运维事件、突发事件、应急事件闭环管理及科学考评，缺乏对资产数量、位置、规格、建设年限、使用年限、维修记录等全生命周期管理。

（4）运营收益不清晰

随着智慧灯杆建设的深入，数据价值的进一步凸显，智慧路灯的建设模式势必从“投资拉动型”向“运营增值型”转变[5]，如何通过运营增值服务弥补建设投入，关系到智慧灯杆建设可持续性，目前普遍缺乏通过信息化手段提升运营增值服务管理效率，为投资提供科学数据依据。

3 系统设计

3.1 系统设计目标

管理以“资产管理精细化、工作流程标准化、应急处理智能化、决策判断科学化”为目标，基于GIS+三维+IoT+大数据分析等信息技术搭建智慧灯杆全生命周期信息化系统。通过构建智慧路灯供电监控、网络监控、空间监控的整体监控体系，告警监控、工单派发的运维管理闭环体系，用电计量、资产租赁、服务外包的运营收费体系，资产管理、库存管理、工程管理、排班管理、评价管理的管理体系，解决设施监控不及时、资产不清晰、运维服务效率低、运营收益不明确、管理无手段、考评无依据、决策无数据支撑的问题。

3.2 系统架构设计

系统采用“微服务”架构风格，各业务子系统独立实现其业务功能、独立开发及独立部署，业务系统间采用松散耦合的协作服务，同时支持使用HTTPS/REST 等同步协议或AMQP 等异步协议进行通信。系统架构如图1所示。总体架构涵盖基础设施服务层(IaaS)、数据服务层（DaaS）、平台服务层（PaaS）、应用服务层（SaaS）以及遵循安全体系和管理体系。本文着重对应用服务层功能进行设计。

图1 系统架构

应用服务层功能分为四大类应用子系统，分别为建设管理类（工程管理、供应商管理、仓库管理）子系统、运维类（告警管理、工单管理、荷载计算、照明监控、杆体供电监控、物联网监控、GIS 地理信息管理、应急管理）子系统、管理类（资产管理、排班管理、能耗管理、车辆管理、报表分析）子系统、运营类（收益分析、支出统计、合同管理、客户管理、租期管理）子系统。

3.3 建设管理类子系统设计

该子系统分为工程管理、仓库管理和供应商管理三个模块，构建建设的全生命周期管理，从项目前期管理到维护管理，通过贯穿整个工程项目重要节点的流程管理，让智慧灯杆建设有流程，让建设质量有保证。

（1）工程管理模块

工程管理模块有项目全生命周期展示、工程实际进度与计划进度对比查看，直观看出每个建设工程进度，计划超期与提前量，便于工程计划动态调整；可对项目建议书、可研报告、初步设计、施工图、招投标文件、合同等全流程文件录入存档，让项目过程资料文件信息化存储，方便后续查阅；同时对规划许可、图审信息、质量报监、安全报监、施工许可等施工过程中许可进行线上审批留档，简化项目施工过程中评审流程；质检员通过系统可对项目质量进行评分和评价以及发出整改要求，施工单位根据整改要求进行质量整改，质检员可对整改结果进行审核，形成闭环流程，对历史巡查计划以及巡查情况进行统计分析，便于对共性问题提前预防。

（2）仓库管理模块

通过图形化界面对当前仓库、货架上的材料的分布情况进行动态展示。可通过模糊搜索方式搜索某一材料在仓库中的分布情况。可以查看某一货架上存放的材料的详细信息，为材料领用出库及入库等进行指导。库存多样化统计报表，对仓库库存、出入库情况进行统计分析，形成各类报表辅助管理人员管理及了解仓储变化情况。例如库存余额表可展示目前仓库中所有各类材料剩余数量及分布情况；库存汇总表可展示某一段时间范围内所有材料的出入库数量及金额情况，还包括库存明细表、库存数量汇总表等多样化统计分析表，通过仓库管理模块让工程材料管理出库入库环环相扣，物料流转可视可控，各类废料物尽其用，物料登记笔笔分明，成本核算滴水不漏。

（3）供应商管理模块

通过对供应商的全过程评估管理，为企业建立合格供应商库，并且自动关联合作单位基本信息、历史合作情况、履约情况、评估等信息。通过不断的积累和更新，实现企业与供应商之间的合作关系，从单次合作关系升级到战略合作联盟关系，降低企业项目运作风险。根据供应商设备长期使用情况的反馈，建立评价机制，对供应商进行评价，为后期采购提供参考。

3.4 运维管理类子系统

运维管理类子系统是对已建工程进行全流程运维信息化管理，包含现场设施设备、供电、网络等实时监控管理、告警管理、工单派发等三个模块，通过运维管理系统维护闭环建设，实现多种手段主被动获取事件报警信息、建立案件工单、匹配任务派遣、及时处理反馈、事后处理核查、工单结案，达到快速响应故障报修，全过程监管故障处理进展，提高运维效率、降低运维成本。

（1）监控管理模块

监控管理模块结合前端智慧灯杆智能控制器、回路监控终端等前端感知设备，实现对智慧灯杆挂载设备远程运行状态监控，对回路供电电压、电流、功率、漏电等供电状态监控，对杆体倾斜、温度、湿度、积水、门禁等环境状态监控，对网络流量、通断等网络状态监控，对服务器磁盘、内存、CUP 使用率、底层服务状态进行实时监控；实现现场设施设备、网络、机房设备、软件服务等系统全过程、全范围实时监控。

（2）告警管理模块

告警管理模块负责对所有硬件设施异常、网络异常、服务异常等告警信息分类、分级管理，为用户提供各类告警统计分析数据，为每类告警配置告警等级、处理时限、关联维护班组及人员，根据配置信息自动通过微信、短信、APP、工单形式推送给相应管理人员。

（3）工单管理模块

工单管理模块是对用户所辖维护的日常业务工作进行管理。通过工单管理子系统，实现设施故障报修的全业务流程化受理、处理管理，应用工作流引擎和工作流程技术，建立运维管理工作流程中信息收集、案件建立、任务派遣、处理反馈、处理核查、结案共 6 个阶段的流程闭环智能化管理，形成每个阶段工作记录和流转轨迹，实现工单等流程管理规范化，全面提高管理部门的办公效率。使得维护部门日常业务工作流程标准化、管理科学化，大大增加了工作效率。系统还支持查询统计功能，为维护部门的绩效考核提供了依据，提高了管理者的管理水平。

3.5 日常管理类子系统

日常管理类子系统是对建设、运维、运营过程中的人、事、物进行管理，包含排班管理、资产管理、车俩管理、能耗管理、数据决策分析管理等五个模块。

（1）排班管理

排班管理模块对管理人员、值班人员、维护人员按区域、工作岗位进行合理排班，出现应急事件、故障维修、巡检计划、工单等任务时，根据当天排班情况自动关联相关人员，让事件与人进行一对一关联，责任到人，避免出现责任不清情况出现。

（2）资产管理

资产管理模块主要实现对灯杆配装设备、网络设备、供电设备、管道、电缆、光缆、机房、综合机箱等全域资产管理的信息化，实现资产规格、型号、位置、权属单位、安装使用日期等信息的全生命周期、全过程管理，实现对资产之间供电关系、网络关系、空间安装关系的关联关系管理；实现根据分组、区域、资产类型、资产状态、安装时间、质保期等维度统计资产数量；现场设备施工人员或设备维护人员，使用手机APP 扫描设备条形码即可快速查询设备的基本信息，从而提高设备维护效率。

（3）车俩管理

车辆管理模块包括车辆信息、车辆调度信息、行驶公里数登记；车辆调度根据需要运维点位置信息和车俩位置信息，实时优化车辆运维工单安排，节约运维时间，提高故障运维效率；实时记录车辆轨迹，结合通过GIS 地图反应运维人员业务工作轨迹、驻留点停车时长。管理单位车辆信息登记如：车牌号、品牌、用途（工程车、出勤车、接待等）、车量属性、年检等信息。

（4）能耗管理

能耗管理模块通过在线监测供配电设备能耗动态过程，收集整个过程中大量分散的用电及能耗数据，提供实时及历史数据分析、对比功能，以发现能源消耗过程和结构中存在的问题，通过优化运行方式和用能结构以及建立合理的能耗评估、管理体系，避免不必要的能源浪费，节约能源，提高能耗效率水平。

（5）数据分析决策管理

数据决策子系统针对智慧灯杆综合管理平台资产数据、告警数据、工单运维数据、能耗数据、照明数据、荷载数据等不同业务层面数据进行数据分析，决策者可根据数据需求，自定义报表风格内容，并输出报表，为运维、管理、投资、运营提供决策的数据支撑。

3.6 运营管理类子系统

智慧灯杆建设需要投入大量资金，需要通过合理运营收益来弥补前期建设投入资金，运营管理子系统通过对智慧灯杆可运营功能模块进行运营管理、运营合同管理来提高运营收益和运营效率。

（1）运营管理

运营模块分为收入运营项目和支出运营项目两大业务，其中收入运营项目包括为城市公共服务提供运维收益、杆体管道设备租赁服务收益、户外广告服务收益、充电服务收益、停车运营服务收益、合同能源管理服务收益、大数据运营服务收益等各类收益运营管理；支出类项目包括电费、网络费用、运维费用等支出管理；可按时间、区域、运营类型统计分析生成各类收益和支出报表数据。直观展现各类收益和支出对比，为投资决策提供数据支撑。

（2）合同管理

合同管理模块可根据购买智慧灯杆运营服务类别、期限、数量等信息根据合同范本自动生成服务合同，并对合同审批、合同收款、合同付款、合同变更、合同补充、合同状态变更与评估等进行线上办理和审批，覆盖从合同签订、履行、款项收付到履约结束的合同全生命周期。合同到期前，系统自动提醒客户是否续签。

4.结论

智慧路灯建设已经成为未来市政道路建设的重点，相对传统路灯智慧灯杆的建设、运维、管理、运营是一个复杂而且繁琐的过程，本文从智慧路灯管理存在的问题和需求出发，给出智慧灯杆全生命周期信息化管理系统设计目标、架构和各类子系统功能；功能涵盖建设业务全过程管理、运维的全流程自动管理、对人、事、物的全要素管理、对运营收益支出全方位管理，建设、运维、管理、运营四位一体信息化系统让建设有保障、让监控有手段、让运维有效率、让运营有效益、让管理有办法、让考评有依据、让决策有支撑。