摘要：通過對城市地下綜合管廊智慧化運營管理的論述,，闡述如何通過信息化技術(shù)手段將綜合管廊及其附屬設(shè)施,、廊內(nèi)管線包含周圍環(huán)境中一些模型的參數(shù)和資料，以及設(shè)備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和運算,，實現(xiàn)管廊相關(guān)數(shù)據(jù)從二維數(shù)據(jù),、宏觀及微觀數(shù)據(jù)到三維立體化、可視化轉(zhuǎn)變,，為管廊綜合管控一體化平臺的開發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐,。
關(guān)鍵詞：綜合管廊；智慧化,；BIM+GIS,；運營管理
0引言
2016年，針對中國城市規(guī)劃建設(shè)管理中存在的突出問題，在國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》中明確提及,，到2020年中國要建成一批在國際上具有先進(jìn)水平的地下綜合管廊并投入運營,，要明顯改善反復(fù)開挖地面的問題，要明顯提升管線安全水平以及防災(zāi)抗災(zāi)能力,，逐步消除城市主要街道上空的蜘蛛網(wǎng)式架空線,，要明顯提升城市地面景觀面貌。
近幾年來,，國內(nèi)的地下綜合管廊建設(shè)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展態(tài)勢,。綜合管廊已日漸成為較有效的用來解決城市地下狀況與地下管網(wǎng)問題的方式，得到了業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)可,，也代表著城市基礎(chǔ)設(shè)施未來發(fā)展的必然路徑和全新模式[1],。但是，當(dāng)下對城市地下綜合管廊的研究仍然主要聚焦在開發(fā)利用的規(guī)劃,、設(shè)計和施工階段,，而較少關(guān)注綜合管廊后期的運營管理，特別是在智慧化技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行后期日常維護(hù)運營方面,。
隨著物聯(lián)網(wǎng),、大數(shù)據(jù)、VR,、AI,、虛擬仿真等技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，如何運用數(shù)字化手段通過資源共享和信息互通實現(xiàn)對城市地下綜合管廊的智慧化維護(hù)運營,，對提高管廊運營管理的效率和服務(wù)質(zhì)量都將起到積極的作用,。
1城市地下綜合管廊簡介
城市地下綜合管廊又叫管溝、共同管道,、共同溝（以下簡稱“綜合管廊"）,。它的定義如下：在城市道路下面集中建造很多管線的共同管道，包括電力線,、通信線,、廣播電視線、供水線,、雨水線,、污水線,、中水線,、熱力線、燃?xì)饩€等,。在統(tǒng)一規(guī)劃,、建設(shè)、管理的指導(dǎo)下,，較大化,、較優(yōu)化利用地下空間和資源,。目前綜合管廊根據(jù)所收容的管線性質(zhì)主要劃分為干線管廊、支線管廊,、纜線管廊和干支混合管廊4種類型,。
1.1發(fā)展簡史
綜合管廊建設(shè)已有180余年的發(fā)展歷史。綜合管廊在1833年由法國巴黎興建,，較早興建的這條管廊是以排放雨水和污水為主的重力流管線系統(tǒng),，管網(wǎng)縱橫，排污口,、蓄水池眾多,，后來進(jìn)一步在管廊內(nèi)鋪設(shè)了供水管、煤氣罐,、通訊電纜等市政公用管道,。
1861年，英國在倫敦建設(shè)了一個綜合管廊,，斷面是12m×7.6m的半圓形,，內(nèi)部敷設(shè)了供水管、污水管,、燃?xì)夤?、電力線纜和電信線纜，直到現(xiàn)在,，倫敦市區(qū)的管廊數(shù)量達(dá)20條之多,。
前蘇聯(lián)在莫斯科、列寧格勒,、基輔等地于1933年修建了地下共同溝,。迄今為止，莫斯科地下有130km的綜合管廊,，除煤氣管外,，各種管線均有，只是截面較小,，內(nèi)部通風(fēng)條件也較差,。
日本的綜合管廊建設(shè)較早始于1926年，當(dāng)時在東京市中心的九段地區(qū)干線道路地下建設(shè)了條綜合管廊,，將電力線纜,、電話線路、供水管線,、燃?xì)夤芫€等市政基礎(chǔ)設(shè)施集中敷設(shè)在里面,。目前，日本無論是在綜合管廊的建設(shè)速度上，還是在規(guī)劃能力,、法規(guī)體系建設(shè),、工程技術(shù)等方面都是較先進(jìn)的國家之一。
中國綜合管廊建設(shè)的起步相對國外其他國家較晚,。1958年,，在天安門廣場地下建設(shè)了一條長度為1076m的地下綜合管廊。1993年,，上海浦東新區(qū)張揚路鋪設(shè)了地下管廊,，那是中國意義上第一條現(xiàn)代綜合管廊。
1.2運營管理存在的問題
綜合管廊運營管理中普遍存在廊內(nèi)環(huán)境差,、設(shè)備維護(hù)水平低,、管理技術(shù)落后、管廊安全預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)滯后等問題,，具體如下：①智能化程度不足,。對于較早建成并投入運營的綜合管廊，電子巡檢系統(tǒng),、標(biāo)簽定位系統(tǒng)等子系統(tǒng)未加入建設(shè)清單,。②監(jiān)控單一獨立化。各監(jiān)控系統(tǒng)單獨存在,，如電力,、熱力管線監(jiān)測等都是來自于生產(chǎn)廠家的監(jiān)控系統(tǒng)。廠家持續(xù)致力于自身專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的管線監(jiān)測較多,，但對其他專業(yè)管線監(jiān)控沒有經(jīng)驗,，甚至沒有考慮監(jiān)測設(shè)備，加大了監(jiān)控系統(tǒng)平臺兼容其他管線監(jiān)測系統(tǒng)的難度,。③可視化與精細(xì)化運營管理程度不高,。BIM（BuildingInformationModeling）技術(shù)應(yīng)用不足，只可確定管廊內(nèi)設(shè)備與人員的具體位置,，不可確定空間位置,，導(dǎo)致綜合管廊可視化程度不高；另外,，由于入廊管線產(chǎn)權(quán)單位眾多,，數(shù)據(jù)壁壘現(xiàn)象嚴(yán)重，專業(yè)化運營管理難度大,。④環(huán)境監(jiān)測相關(guān)技術(shù)應(yīng)用不足,。運營中管廊照明系統(tǒng)實行遠(yuǎn)程及實地手動開關(guān)控制，可能會出現(xiàn)監(jiān)控中心值班人員遠(yuǎn)程控制不及時,、管廊出入人員忘記關(guān)燈等現(xiàn)象,，導(dǎo)致電力被浪費,。如何更好地聯(lián)動照明系統(tǒng)與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),，如利用人體感應(yīng)控制,、光照度控制、定時控制技術(shù)等使照明燈自動亮起或熄滅,，是未來管廊運營管理中需要思考的問題,。
2城市智慧管廊綜合管理平臺
將BIM技術(shù)和GIS（GeographicInformat*tem）技術(shù)基于模型管理的思想運用于城市智慧管廊綜合管理平臺中，采用三維立體模式仿真地下綜合管廊,，將綜合管廊及其附屬設(shè)施,、廊內(nèi)管線包含周邊環(huán)境模型信息和設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，把大量,、分散的設(shè)備和傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)的管理數(shù)據(jù),，讓管理人員可以實時查看采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)及周邊環(huán)境圖像，實現(xiàn)對二維數(shù)據(jù),、宏觀及微觀數(shù)據(jù)的三維立體化,、可視化、精細(xì)化,、智慧化管理,，提高綜合管廊運維水平、應(yīng)急能力和經(jīng)營管理水平,，從而助力地下綜合管廊有效運行和快速發(fā)展,。
平臺基于SOA（面向服務(wù)的架構(gòu)）設(shè)計，采用3層結(jié)構(gòu),，即應(yīng)用層,、中間層及數(shù)據(jù)層，如圖1所示,。應(yīng)用層,，即面向?qū)ο蟮膽?yīng)用，包括基于GIS的信息化管理門戶網(wǎng)站,、通風(fēng)管理子系統(tǒng),、供電管理子系統(tǒng)、排水管理子系統(tǒng),、安全防范子系統(tǒng),、通訊應(yīng)用管理子系統(tǒng)、預(yù)警與報警子系統(tǒng),、消防管理子系統(tǒng),、照明管理子系統(tǒng)、地理信息管理子系統(tǒng),、BIM子系統(tǒng)等,。同時,，提供基于B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式的電腦、手機(jī)等客戶端軟件,。
中間層,，即提供各種應(yīng)用服務(wù)支撐，采用標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議,，可供第三方開發(fā),。包括數(shù)據(jù)訪問、消息管理,、安全服務(wù)等基礎(chǔ)性服務(wù),，是整個綜合監(jiān)控平臺的應(yīng)用基礎(chǔ)。
數(shù)據(jù)層,，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的訪問,。而不需要關(guān)注具體的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)解析等操作,，也不需要關(guān)注不同廠家,、不同制式、不同類別終端設(shè)備的物理接口和拓?fù)浞绞健?/p>
圖1城市智慧管廊綜合管理平臺結(jié)構(gòu)
2.1平臺特征
平臺特征充分利用BIM連接管廊全生命周期不同階段的數(shù)據(jù),、過程和資源,，注重微觀領(lǐng)域中管廊內(nèi)部的設(shè)計和實現(xiàn)的特點以及GIS處理和分析宏觀地理環(huán)境中的地理數(shù)據(jù)的能力，通過對BIM技術(shù)和GIS技術(shù)的綜合運用和深度應(yīng)用,，讓管廊的宏觀,、微觀管理功能和可視化功能很好地結(jié)合起來，再將各類數(shù)據(jù)及各個操作流程進(jìn)行整合,，打造集智能控制,、降耗節(jié)能、智慧運營于一體的城市智慧管廊綜合管理平臺,。
平臺具有以下幾方面的特征：①充分利用BIM和基礎(chǔ)地理信息公共平臺提供的各種資源,，使平臺的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、BIM模型在政府部門,、管線權(quán)屬單位和管廊運營公司之間得到統(tǒng)一,。②建立全面覆蓋城市地下綜合管廊的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成統(tǒng)一管理及管線數(shù)據(jù)動態(tài)更新統(tǒng)一管理,；完善地下管線框架體系及地下管線動態(tài)更新機(jī)制,，建設(shè)多種類、多時相,、更新及時的綜合管廊管線管理體系,，提高綜合管廊管線數(shù)據(jù)多層次服務(wù)能力。③建立綜合管廊共享服務(wù)和數(shù)據(jù)交換機(jī)制,，打造一個城市地下管線安全生態(tài)圈,，滿足政府部門,、各個管線權(quán)屬單位、管廊運營公司的在線應(yīng)用需求,，破解城市地下空間“信息孤島"難題,。④提供安全開放的服務(wù)接口，構(gòu)建綜合管廊信息資源開發(fā)和綜合利用的整體,、統(tǒng)一框架,。⑤建立綜合管廊信息化的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系,、政策法規(guī)與管理制度,，建立健全綜合管廊管線動態(tài)更新機(jī)制、共享標(biāo)準(zhǔn)體系和政策制度體系,；實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,、處理、建庫,、發(fā)布,、共享等的標(biāo)準(zhǔn)化和制度化，建立綜合管廊管線信息共享的長效機(jī)制,。⑥通過綜合管廊管線信息共享服務(wù),，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，使得各管線權(quán)屬單位能夠在此基礎(chǔ)上整合自身業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)構(gòu)建滿足自身需要的專題管線運營管理平臺,。
2.2平臺功能框架設(shè)計
2.2.1軟件架構(gòu)
平臺軟件架構(gòu)設(shè)計基于BIM+GIS技術(shù)的綜合運用,，并采用“管+控"的一體化規(guī)劃設(shè)計理念。將平臺中不一樣的應(yīng)用系統(tǒng)中類似的模塊規(guī)劃設(shè)計放在一塊,，讓平臺更可靠,、更好維護(hù)，也讓管廊的承載能力更容易管理,，同時,，又降低了建設(shè)成本、維護(hù)成本等,。
所謂的類似的地方包括統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸平臺,，適配各類物聯(lián)網(wǎng)終端的模塊化接入設(shè)備，構(gòu)建數(shù)據(jù)倉庫,，建立標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式,。城市智慧管廊綜合管理平臺軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。
他
圖2城市智慧管廊綜合管理平臺軟件結(jié)構(gòu)
2.2.2硬件架構(gòu)
平臺將依據(jù)監(jiān)控的具體規(guī)范要求,，在要求的點位安裝各類傳感采集終端,，并對各類采集終端的點位、數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài),、在網(wǎng)狀態(tài)等數(shù)據(jù)等進(jìn)行比對分析,，規(guī)劃處出較合理的采集終端選點,，然后對這個選點、數(shù)終端數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)中心后,，系統(tǒng)軟件平臺會呈現(xiàn)采集現(xiàn)場的實時工作情況,，根據(jù)以往的歷史數(shù)據(jù)，加以比對分析,，為系統(tǒng)預(yù)警研判提供一些更高級算法模型,。城市智慧管廊綜合管理平臺硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
他
圖3城市智慧管廊綜合管理平臺硬件結(jié)構(gòu)
2.2.3實時GIS地圖
基于實時GIS地圖搭建的綜合管廊GIS管理系統(tǒng),，作為整個監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺,，可實時查看管廊本體及廊內(nèi)設(shè)備和周邊附屬設(shè)施的動態(tài)運行數(shù)據(jù)，實實時工況,，為集中調(diào)度和科學(xué)決策提供重要依據(jù),。
2.2.4環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)
作為管廊安全系統(tǒng)的感知神經(jīng)，它是來自自動化控制設(shè)備的監(jiān)測,，可將各種情況實時傳遞給監(jiān)控中心,，讓中心管理及相關(guān)責(zé)任人員隨時掌控各種狀況，保證廊內(nèi)管線及附屬設(shè)施處于正常工作狀態(tài),，如果有突發(fā)事故發(fā)生,，能做到迅速預(yù)警并觸發(fā)相應(yīng)資源處理。
2.2.5BIM視頻漫游
提前設(shè)置BIM漫游路線,，系統(tǒng)自動漫游并且顯示相應(yīng)艙室視頻畫面,。另外，BIM技術(shù)的應(yīng)用支撐下可以達(dá)到以下要求：對管廊重要節(jié)點,、監(jiān)控中心內(nèi)外部結(jié)構(gòu),、裝飾等進(jìn)行三維建模和數(shù)據(jù)仿真分析，用于對設(shè)計效果,、方案優(yōu)化等進(jìn)行提前模擬演練,；進(jìn)行管線碰撞檢查；將設(shè)計圖紙和現(xiàn)場進(jìn)行的勘察資料通過BIM技術(shù)進(jìn)行三維建模,，篩選出樁端持力層,、巖面等關(guān)鍵性工程隱蔽節(jié)點，提前制定施工管控措施,；通過對建筑結(jié)構(gòu),、地下管線的綜合三維模型和專業(yè)軟件的虛擬場景漫游，進(jìn)行可視化能力的技術(shù)交底,，實時評估施工過程中安裝管線的工作狀況和效果,，及時進(jìn)行修正；實時掌握物資價格,、工程進(jìn)度等信息,，以便較優(yōu)化調(diào)配資源,，較大限度保證工程進(jìn)度。
2.2.6異常報警
當(dāng)環(huán)境監(jiān)測異?；蛘甙l(fā)生非法入侵之時,，通過模擬顯示屏顯示出入侵的區(qū)段及進(jìn)出人數(shù)，并實時記錄入侵的時間,、地點,，同時通過報警設(shè)備發(fā)出報警信號，能夠查看提示詳情,，并通過彈出的BIM模型界面,，進(jìn)行相應(yīng)操作。如緊急情況時,，管理人員可啟用一鍵報警,，全廊固定電話響鈴,，廊內(nèi)人員接聽電話,。從而實現(xiàn)面臨突發(fā)事故快速做出應(yīng)急指揮，引導(dǎo)管理人員進(jìn)行科學(xué)決策,、有序處理,。
2.2.7應(yīng)用子系統(tǒng)
根據(jù)不同層級的管理人員所持有賬號分配相應(yīng)權(quán)限，主要包括人員出入廊子系統(tǒng),、設(shè)備健康子系統(tǒng),、日常巡檢子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理子系統(tǒng),、應(yīng)急處置子系統(tǒng)及移動端APP子系統(tǒng),。
人員出入廊子系統(tǒng)：包含門禁卡開辦、外來人員,、權(quán)屬單位人員,、運維人員管及管線出入廊5個部分。從管線的前期入廊進(jìn)場施工,、中期入廊和后期巡檢維護(hù)維修,，都可以在這個系統(tǒng)上實現(xiàn)線上辦理。
設(shè)備健康子系統(tǒng)：包含設(shè)備養(yǎng)護(hù),、維修,、添加、檢測標(biāo)定,、替換記錄,、備品備件及統(tǒng)計分析7個部分。對初次進(jìn)場設(shè)備的名稱,、型號,、參數(shù),、點位等按照統(tǒng)一編號規(guī)則編號，并與BIM和GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián),。
日常巡檢子系統(tǒng)：包含2個部分,，即巡檢區(qū)域和巡檢記錄，巡檢區(qū)域的分區(qū)是按照巡檢工作的任務(wù)要求,，結(jié)合線路連貫性的要求,，在地圖上基于GIS功能劃分的，防止繞路或重復(fù)巡檢造成人力物力浪費,。
系統(tǒng)管理子系統(tǒng)：系統(tǒng)包含登錄賬號管理,、日志、排班,、記錄查詢和警情匯總5個部分,。
應(yīng)急處置子系統(tǒng)：系統(tǒng)包含演練、記錄,、信號復(fù)位,、會商和聯(lián)絡(luò)薄5個部分。
移動端APP子系統(tǒng)：如有工作人員入廊作業(yè),，可借助手機(jī)等移動終端對人員進(jìn)行定位,、通信，也可以實現(xiàn)接收任務(wù),、上報結(jié)果及門禁開啟等功能,。
2.2.8交接班提示
基于實時工作記錄錄入、手機(jī)掃描交接班等,，系統(tǒng)自動創(chuàng)建新工作記錄構(gòu)建交接班全過程閉環(huán)管理,，從而讓數(shù)據(jù)完整沉淀、責(zé)任明確到人,。同時,，平臺能醒目顯示交接班時的未盡事宜或重要通知，以保障交接班時間安全運營,。
2.2.9值班監(jiān)督
通過設(shè)置值班“打卡"功能,，如通過每隔3min“打卡"與否判斷值班人員是否在崗，作為對值班人員的考核依據(jù),。同時,，支持利用視頻監(jiān)察系統(tǒng)結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻分析技術(shù)，對于檢測到值班人員的離崗睡崗,，系統(tǒng)將自動計入視頻監(jiān)察記錄中,，包括離崗人員、離崗時間、睡崗人員,、睡崗時間,，都會進(jìn)行詳細(xì)的記錄；并且視頻進(jìn)行留痕保存,，當(dāng)值班人員有疑義時可查看離崗,、睡崗時的監(jiān)控錄像，進(jìn)行視頻的調(diào)取和查看,。
3 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺
3.1平臺概述
AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控,、能源管理、電氣安全,、照明控制,、環(huán)境監(jiān)測于一體，為建立可靠,、安全,、有效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集,、通信網(wǎng)絡(luò),、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計,，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng),、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性,，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率,。
3.2平臺組成
安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺,，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng),、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng),、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng),、防火門監(jiān)控系統(tǒng),、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng),。用戶可通過瀏覽器,、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局,、整體的對管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控,、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足管廊用電可靠,、安全,、穩(wěn)定、有效,、有序的要求,。
3.3平臺拓?fù)?/p>
3.4平臺子系統(tǒng)
3.4.1電力監(jiān)控
電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控,，對0.4kV出線配置多功能計量儀表,，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜,、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置,、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS,、UPS,，包括遙控、遙信,、遙測,、遙調(diào)、事故報警及記錄等,。
3.4.2環(huán)境監(jiān)測
環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度,、煙感溫感、積水浸水,、可燃?xì)怏w濃度,、門禁、視頻,、空調(diào),、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警,，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控,。
3.4.3電氣安全
AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器,，消防設(shè)備電源傳感器,、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示,，并且對UPS的蓄電池溫度,、內(nèi)阻進(jìn)行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光,、短信,、APP及時預(yù)警,。
3.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單
3.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
安科瑞侯文莉
