摘要：智能化是綜合管廊運維管理的發(fā)展方向，但多地先后建設(shè)的綜合管廊運維管理平臺都缺乏體系架構(gòu)的統(tǒng)一標準。本文在分析綜合管廊運維管理平臺體系架構(gòu)的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了一種5層智慧運維管理平臺體系架構(gòu)的建議標準。在物理層分析了綜合管廊的功能需求。在數(shù)據(jù)層梳理并分析了運維數(shù)據(jù)來源的不同生命期和所處位置，提出了一種基于情景分類的高性能數(shù)據(jù)服務(wù)方法。在服務(wù)層提出了一種分段分艙的位置服務(wù)方法。對應(yīng)用層功能進行了梳理、總結(jié)和分析，把核心運維工作分成了運營、維護、安全和施工四大子系統(tǒng)。*終實現(xiàn)了一個基于Web的綜合管廊運維管理原型系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：綜合管廊；智慧運維；運維管理平臺體系架構(gòu)；管廊位置服務(wù)

0 引言

《全國城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五"規(guī)劃》提出，到2020年，綜合管廊建設(shè)達到8640公里，目前已建與在建達到目標?！?020中國城市地下空間發(fā)展藍皮書》統(tǒng)計，根據(jù)全國31個省級行政區(qū)劃單位公布的城市地下綜合管廊建設(shè)規(guī)劃，合計擬建設(shè)城市地下綜合管廊12000公里以上。

綜合管廊是城市的生命線，包含了支持居民生活和工業(yè)的基本公共服務(wù)，需要得到高效的維護。但隨著綜合管廊規(guī)模不斷擴大，里程數(shù)增加，納入的管線種類越來越多，傳統(tǒng)管理模式已無法滿足綜合管廊的運維需求，需要借助科技的力量來減輕運維人員的工作量，智能化是綜合管廊運維管理的重要發(fā)展方向。多地先后都結(jié)合智能化手段建設(shè)了運維管理平臺，但采用的信息技術(shù)、運維數(shù)據(jù)分類、功能模塊劃分、體系架構(gòu)都缺乏統(tǒng)一標準。隨著綜合管廊智慧運維的發(fā)展，亟待建立統(tǒng)一的智慧運維體系架構(gòu)，明確各層的需求、功能、服務(wù)、接口等。

1 管廊運維管理平臺數(shù)據(jù)層

1.1運維數(shù)據(jù)來源

圖2從綜合管廊的各個生命期階段及不同結(jié)構(gòu)部分，分析了綜合管廊運維數(shù)據(jù)的主要來源。

圖2綜合管廊運維數(shù)據(jù)來源分析

其中，管廊BIM建筑模型，主要包含規(guī)劃設(shè)計階段的幾何信息，如模型的空間位置關(guān)系和構(gòu)件尺寸等。管廊BIM結(jié)構(gòu)模型，主要包含建造施工階段的非幾何信息，如結(jié)構(gòu)材質(zhì)、設(shè)備型號等。入廊管線BIM模型，包含鋪設(shè)路徑、管線用途、性質(zhì)、使用單位等。內(nèi)部設(shè)備設(shè)施BIM模型，包含附屬設(shè)施幾何尺寸、材質(zhì)、構(gòu)造、名稱、型號等。完成施工建造后，應(yīng)依據(jù)實際建造情況對設(shè)計階段的BIM模型進行校驗，以提交虛實一致、準確的BIM竣工模型。

3DGIS模型包含管線的起始點、監(jiān)測設(shè)備、安全進出口等的位置。入廊管線BIM模型、內(nèi)部設(shè)備設(shè)施BIM模型、和3DGIS模型，通常在建造施工階段獲取，也可以在之后的運維階段新增。

管廊內(nèi)基礎(chǔ)監(jiān)測信息主要包含環(huán)境類參數(shù)，如溫濕度、氧含量、有毒氣體、可燃氣體濃度等，和介質(zhì)類參數(shù)，如水流量、用氣量、用電量、水壓、氣壓、電纜接頭溫度、積水坑液位等。

運維數(shù)據(jù)主要包含運營、維護、安全、施工四大部分，如設(shè)備和傳感器列表、員工信息、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、供應(yīng)商信息、設(shè)備維護計劃和其他傳統(tǒng)維護管理數(shù)據(jù)等。

數(shù)據(jù)層主要包含BIM模型數(shù)據(jù)庫、GIS數(shù)據(jù)庫、周邊環(huán)境數(shù)據(jù)、實時監(jiān)控數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)庫等。

1.2基于場景的高性能數(shù)據(jù)服務(wù)

綜合管廊運維會產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)類型豐富，需要高性能的數(shù)據(jù)服務(wù)。GrossmannM等從數(shù)據(jù)項的更新頻率及查詢使用兩個角度，對數(shù)據(jù)及其應(yīng)用情景進行了研究。結(jié)合綜合管廊的特征和GrossmannM的數(shù)據(jù)分類方法，可以對綜合管廊運維數(shù)據(jù)進行如圖3所示的分類，根據(jù)其對存儲、讀寫、查詢等的不同需求，從而相應(yīng)的設(shè)置特定的數(shù)據(jù)服務(wù)器提供不同情景的高性能數(shù)據(jù)服務(wù)。

圖3 基于更新頻率和查詢使用的情景分類高性能數(shù)據(jù)服務(wù)

（1）靜態(tài)BIM數(shù)據(jù)。主要包括從前期設(shè)計和施工BIM竣工模型繼承的綜合管廊準確的建筑模型和結(jié)構(gòu)模型、入廊管線模型、廊內(nèi)的內(nèi)部設(shè)備模型。

（2）靜態(tài)位置數(shù)據(jù)。管廊本體結(jié)構(gòu)、入廊管線、附屬設(shè)施的位置坐標數(shù)據(jù)。例如，內(nèi)部管線的起點、接口、終點、所屬單位及周圍環(huán)境、路徑縮略圖等。

（3）靜態(tài)運維數(shù)據(jù)。即運維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，例如，傳感器和設(shè)備列表，入廊管線的鋪設(shè)路徑、管線用途、性質(zhì)、管理單位等。

（4）動態(tài)位置數(shù)據(jù)。移動對象，如巡檢人員、機器人等的動態(tài)位置數(shù)據(jù)。

（5）動態(tài)運維數(shù)據(jù)。例如，值班、巡檢、作業(yè)、檢修、維護、應(yīng)急響應(yīng)等數(shù)據(jù)。

（6）實時監(jiān)測數(shù)據(jù)（歷史和預測數(shù)據(jù)、時序數(shù)據(jù)）。

2 管廊運維管理平臺服務(wù)層

綜合管廊運維管理平臺的服務(wù)層主要包含第三方的服務(wù)，如位置服務(wù)、BIM引擎、3DGIS引擎、工作流引擎等。

位置服務(wù)是綜合管廊運維中常用的基礎(chǔ)服務(wù)，可采取分段分艙的方式提供，包含ID查詢、范圍查詢、*近鄰居查詢等功能，其層級規(guī)模具有高可伸縮性。綜合管廊分段分艙示意圖如圖4所示。

圖4綜合管廊分段分艙示意

圖5綜合管廊分段分艙位置服務(wù)

圖4對應(yīng)的位置服務(wù)如圖5所示，位置服務(wù)由一組層級結(jié)構(gòu)的位置服務(wù)器協(xié)作提供，每個位置服務(wù)器負責一片地理區(qū)域。僅葉子服務(wù)器才負責存儲在其負責區(qū)域中的對象的位置坐標。高層服務(wù)器服務(wù)區(qū)域由其下全部葉子服務(wù)器負責區(qū)域組成，且僅存儲前向指針而不存儲對象坐標。沿著前向指針可以逐級索引到葉子服務(wù)器，從而找到對象的實際位置坐標。葉子服務(wù)器1負責中間分段管廊的中間艙室，葉子服務(wù)器2負責中間分段管廊的右側(cè)艙室。位置服務(wù)器1負責中間分段管廊所有艙室。葉子服務(wù)器3負責右側(cè)分段管廊的中間艙室，位置服務(wù)器2負責右側(cè)分段管廊所有艙室。根服務(wù)器負責全部管廊區(qū)域。

3 管廊運維管理平臺應(yīng)用層

應(yīng)用層的核心功能主要劃分為運營管理（Operations）、維護管理（Maintenance）、安全管理（Security）和施工管理（Engineering）四大子系統(tǒng)。

運營管理子系統(tǒng)主要包含供應(yīng)商管理、安裝公司管理、系統(tǒng)管理、組織機構(gòu)管理、人員管理、資料管理、設(shè)備管線管理、合同管理、成本管理、設(shè)備設(shè)施運行狀態(tài)管理、空間管理、日常巡視檢查、進出管廊監(jiān)管理、值班（日常值守）管理系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)、績效考核管理系統(tǒng)、設(shè)施損壞賠償?shù)取?/p>

維護管理子系統(tǒng)主要包含設(shè)施設(shè)備保潔、養(yǎng)護管理、維修管理、檢測管理、大中修管理、更新改造、安全保護、設(shè)備資產(chǎn)管理、備品備件管理、技術(shù)檔案管理、隱患管理、故障管理等。

安全管理子系統(tǒng)主要包含火災(zāi)和水淹應(yīng)急預案、停電應(yīng)急預案、暴力事件應(yīng)急預案、傳染病應(yīng)變計劃、煙霾（嚴重空氣污染）應(yīng)急計劃、事故報告模式等。

工程管理子系統(tǒng)主要包含保護區(qū)控制區(qū)管理、施工監(jiān)管、管線入廊管理、新管廊接管管理等。

4  原型系統(tǒng)

本文基于BIM+3DGIS技術(shù)，采用AutodeskRevit設(shè)計了綜合管廊BIM模型，并導出為UDBX數(shù)據(jù)源格式，通過SupermapiDesktop軟件生成工作空間與三維場景。將管廊模型、第三方公開的地理地圖信息、該地理位置的數(shù)字高程地形地勢信息、其他輔助構(gòu)件等數(shù)據(jù)有機融合，形成一體化的三維場景，方便了用戶對使用現(xiàn)場環(huán)境有直觀、便捷、高效的理解。原型系統(tǒng)實現(xiàn)了BIM可視化漫游、環(huán)境監(jiān)測、入廊管線監(jiān)測、附屬設(shè)施監(jiān)測、運維管理等功能（圖6）。

圖6基于BIM和3DGIS的綜合管廊智慧運維管理平臺原型系統(tǒng)

5 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

5.1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、高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、使用單位多及協(xié)調(diào)復雜的根本問題，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)備的使用和恢復效率。

5.2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行進行集中監(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、高效、有序的要求。

5.3平臺拓撲

5.4平臺子系統(tǒng)

5.4.1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保護裝置及多功能儀表進行保護和監(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、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。

5.4.2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、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風排煙風機等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

5.4.3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)阻進行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。