基于物联网和数字孪生的综合交通客运枢纽智能运维技术研究

文｜陈大海

综合交通客运枢纽是一个综合性场所，承载多种交通方式的换乘衔接，聚集客流，大量的智能化设备设施，给枢纽的运维管理带来很大挑战。本文主要研究如何利用物联网和数字孪生技术实现枢纽空间和设备设施的数字化、模型化和互联互通，打造一个与物理空间保持实时同步的高仿真的数字枢纽映射体，为枢纽高效、便捷、智能的运维管理提供服务。

一、引言

综合交通客运枢纽（以下简称“综合枢纽”）是衔接铁路、公路、民航等城市对外交通方式和轨道交通、出租车、网约车、城市公交等城市内交通方式的一个重要节点，具有运输组织管理、中转衔接和安全应急保障的大型公共基础设施。因客流量聚集，综合枢纽带来的经济效益越来越明显，除交通运输的基础性功能外，正形成集购物、休闲娱乐、商务办公、特色旅游等多功能于一体的城市旗舰综合体。

随着国民经济的快速发展，综合枢纽的建设对节能、高效、方便和安全管理等提出更高要求，将物联网、数字孪生等新技术应用于综合枢纽的管理中，将会为枢纽运维带来巨大变革。

<1)，且各件产品是否为不合格品相互独立．

二、综合枢纽运行维护管理现状

当前随着我国交通强国战略的推进，依托高铁站和机场等交通设施打造“站城一体、功能互联”的枢纽城市综合体，实现枢纽与城市的有机结合，实现交通出行和交通换乘的高效便捷、无缝衔接，同时融入了商务办公、社区生活等多业态，枢纽的运维管理难度也面临空前的挑战。

综合枢纽以交通运输和换乘为核心功能，以综合集约、多业态共存为特色，为满足枢纽智慧化运行要求，建设了大量的智能化设备设施。智能设备的运维难度不断增大，主要表现在设备预警和问题发现不及时、出现故障定位不准确、运维人力和物资分布分散、运维巡检难度大、设备故障关联影响等问题亟待解决。基于物联网和数字孪生技术相结合的运维体系将为枢纽的智慧运维提供支撑。

三、物联网和数字孪生技术在综合枢纽运维管理中的应用

物联网以传感设备为基础，按接口协议将设备实物与网络连接，进行数据交换和通信，实现智慧化的识别、追踪、监管等功能。利用物联网技术进行设备数据采集，对枢纽区域内的人、车、交通、运营管理业务等数据信息进行多维度的采集，从而实现对综合枢纽智慧化运维管理业务的数据整合、关联分析以及指令下达等能力的支撑。

数字孪生是由物体实体与之对应的数字模型及模型之间通信功能构成，由软件和系统数字孪生体等数字实体与管理部门形成的工作域，通过传感器实现数字模型与物理实体之间状态的同步，共同构成物理实体和数字模型的映射体。数字孪生技术的应用融合了BIM（建筑信息模型）和GIS（地理信息系统），将多领域、多物理量、多尺度、多概率的模拟过程，利用物理模型、设备传感器、运行业务等数据进行整合实现，在虚拟空间中完成映射，实现对真实基础设施的虚拟化和数字化管理与共享。BIM技术是用来对枢纽建筑空间和设备的物理特征和功能信息进行数字化承载和可视化表达，GIS技术用来表达枢纽的数据结构、空间分析和地理信息，因此，基于BIM和GIS技术相融合，可实现综合枢纽建筑空间、设施设备等精细化构建的高度集成共享和可视化运维管理，提供枢纽运维管理的高标准要求和全生命周期管理的重要技术支持。

数字孪生过程示意图

本文将研究利用物联网和数字孪生技术，实现综合枢纽运维对象的感知数据的可视化管理，对各对象的运维管理过程进行融合集成，实现枢纽空间、设备、运维人员之间的互联互通。通过枢纽设备管理与状态监测、日常巡检与故障告警处理等，提升运维管理的智能管控能力；推进枢纽运维管理向数字化、智慧化转变，通过历史和实时状态数据分析，推演变化趋势。

基于物联网技术实现枢纽设备数据的采集和传输，包括监控、门禁、停车和反向寻车监测、电梯运行状态监测、能耗仪表等设备，以及消防、环境感知、数据中心机房、建筑机电设备等。实现可感知设备的实时数据采集、汇聚和共享，为枢纽运维信息化应用提供数据服务。

基于数字孪生技术实现枢纽物理空间和设施设备的模型化、数字化，通过BIM将空间和设备进行数字化，同时结合GIS将数字模型和地理空间相结合，为枢纽各类设备设施提供精准定位，提供枢纽空间和设备的可视化管理。

空间和设备基本信息管理。运用BIM技术规范化管理枢纽所有建筑空间，包括空间基本信息及设备设施信息，租赁空间的租赁状态、租户、租赁期限等，并通过不同颜色在BIM模型中渲染空间的实时状态；基于BIM中的设备数字化模型，构建枢纽设备设施模型并管理其基本信息，包括设备型号、规格、生产厂商、设备供应商、供货时间、质保期、设备位置、设备状态、巡检和维护记录，提供所有设备快速查询和基于三维空间中的精准定位，采用不同颜色渲染设备状态变化，当出现设备故障时进行告警提示。

设备设施日常运维管理。各类智能化设备运行过程中通过标准的物联网协议实时监控运行状态，为设备设施的日常巡检保养、故障维修提供决策。通过数字孪生运维管理平台快速生成巡检线路，下发至巡检维护工作人员，巡检人员在终端将巡检信息实时回传至平台中，结合日常监测设备状态变化和巡检问题，平台可实时优化运维路线并推送重点巡检事项至前端运维工作人员，在设备发送故障告警前进行运维，避免故障发生。

设备故障预警及维修管理。基于枢纽数字孪生运维管理平台实现设备状态的实施监测，当出现超过告警阈值时触发设备运维和知识库，发送运维工单至运维终端，并在数字孪生环境中模拟故障位置、周边资源、关联设备，推送最优路线、运维时间、所需资源、操作指南，运维结束，收集故障信息、维护过程、关联设备、反馈信息等。

枢纽运维调度和决策分析。当出现严重设备故障时，枢纽运营指挥中心通过数字孪生运维管理平台快速模拟故障运维预案执行效果，调度现场技术人员、远程专家、运维物资配送等协调联动，实时跟踪故障修复效果，同时借助数字孪生运维管理平台实现运维过程的再现和结果复盘，总结分析和优化运维预案。

此外，枢纽数字孪生运维管理还可对水电气能耗管理，实现分功能区域的能源消耗数据分析，为能源决策提供支持，如智能照明控制等；基于数字孪生运维可实现对枢纽垂直交通设施进行实时监控，监控设备运维效率和设备故障情况；基于数字孪生运维实现枢纽停车区域的管理，为枢纽停车引导和停车管理提供可视化的决策分析。

四、结束语

本文研究了物联网技术和基于BIM+GIS的数字孪生技术在综合枢纽运维中的应用，侧重于枢纽空间和设备设施类资产的实时化、可视化运维管理，为运维人员提供故障精准定位、路线和资源推送服务，为管理决策提供运维调度的可视化、过程总结分析和预案优化，提高枢纽的运维效率。同时可进一步研究利用综合枢纽数字孪生技术结合室内定位服务进行枢纽内工作人员的实时位置跟踪、枢纽应急管理与人员疏散等。