淺談綜合管廊智慧運維管理平台應用研究

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定 201801

摘要：為(wei) 提升綜合管廊運維管理水平，實現管理的數字化轉型，采用綜合監測係統、BIM+GIS 可視化係統、智能機器人巡檢、結構安全監測等技術，搭建實時監控、應急管理、數據分析等多功能為(wei) 一體(ti) 的智慧管廊運維管理平 台，為(wei) 綜合管廊運維單位提供數字化運維管理工具。

關(guan) 鍵詞：綜合管廊；數字化；智慧運維；管理平台

0 引言

隨著我國地下綜合管廊建設推廣，管廊智慧運維 平台係統功能也愈加完善。李芊等基於(yu) BIM技術設計了一種智慧管廊運維管理係統，具體(ti) 分析了應用三維可視化在管廊運維管理領域的優(you) 勢；朱雪明對上海世博會(hui) 世博園區綜合管廊智能監控係統架構和係 統組成進行了介紹並對係統實現的基本數據采集內(nei) 容和基本係統聯動功能要點做了總結；李朝棟等基於(yu) 沈陽某綜合管廊工程背景和GB/T 51274—2017《城鎮綜合管廊監控與(yu) 報警係統工程技術標準》的要求，設計了各子係統相互關(guan) 聯的運維管理係統；針對BIM+GIS 智慧管廊運維管理平台的可視化效果展開研究，通過Unity3D 軟件優(you) 化，使得BIM+GIS 的運維管理平台的可視化功能具有實際的應用價(jia) 值。綜合 管廊智慧管理平台是綜合管廊建設的重要組成部分， 是運維單位的工具，雖然平台係統功能不斷 完善，但是目前仍存在一些需要解決(jue) 的問題：

1）BIM、GIS、SCADA 等係統數據關(guan) 聯不充分， 跨係統聯動場景開發不足，各子係統的雖有基本數據 關(guan) 聯，但數據融合有待進一步加深；

2）巡檢雖然利用了巡更係統、手機端巡檢等方式，但是還需要人員經常入廊，針對平台結合機器人的自動巡檢方式還有待提升；

3）運營管理數據分析利用不足，導致無法進行有效的自動預警，日常的報表分析仍需要投入人力、物力。

針對以上管廊運維管理平台存在的問題，本文以 北方某城市綜合管廊項目的平台建設為(wei) 背景，對平台 架構和功能進行設計。

1總體(ti) 設計思路

智慧管廊運維管理平台總體(ti) 架構采用“管、控、營"一體(ti) 化的設計理念，從(cong) 平台架構設計、廊內(nei) 各項數 據收集、數據分析和各專(zhuan) 業(ye) 智能聯動等多個(ge) 方麵考 慮；解決(jue) 地下綜合管廊運營運維過程中因管線產(chan) 權單 位數量多、管線種類多且複雜導致的各專(zhuan) 業(ye) 幹擾性 強，難以及時有效溝、通協、調解決(jue) 的難題；同時設置 多級管理架構，實現對綜合管廊內(nei) 部設備的遠程管理 與(yu) 聯動控製。

智慧管廊運維管理平台總體(ti) 架構為(wei) 五級體(ti) 係，自下而上依次為(wei) 設備執行層、傳(chuan) 輸層、數據層、應用 層和展示層。設備執行層是平台體(ti) 係架構的核心， 是廊內(nei) 監控數據采集過程中*關(guan) 鍵的環節，通過該 層設置的各類攝像頭、傳(chuan) 感器以及探測儀(yi) 器實現綜合管廊全領域內(nei) 環境和設備的全過程監控；利用傳(chuan) 輸層和數據層的傳(chuan) 輸和存儲(chu) 功能將海量數據提供給上層業(ye) 務係統進行大數據分析、實時控製、展示和應用。見圖1

圖1智慧管廊運維管理平台總體(ti) 架構

2關(guan) 鍵技術功能

統一管理平台以BIM+GIS 係統為(wei) 基礎，融合聯動安全防範係統、環境與(yu) 設備監控係統、火災自動報警係統、通信係統、應急係統、數據分析係統等，實現平台數據的深度融合和係統聯動。

2.1 BIM+GIS係統

平台信息可視化實現基於(yu) 地理信息係統的綜合信息門戶、三維 BIM 的一體(ti) 化監控、融合 SCADA 的信息采集數據以及視頻信息。以“一張圖"模式展示所有環境與(yu) 設備監測信息、預警與(yu) 報警信息、安防信息等，為(wei) 綜合監控平台提供統一的、基於(yu) BIM+GIS+ SCADA 的人機交互界麵。

BIM+GIS 技術實現管廊空間以及設施設備三維呈現，可確定地下管廊正確分布位置，實現管廊所有出入口、通風口、投料口管廊內(nei) 附屬設施的正確定位和查詢，既可總覽全局關(guan) 鍵參數，又可從(cong) 主要參數逐級導航到設備詳細參數。見圖2 和圖3。

圖2 管廊GIS 係統展現

圖3 管廊BIM係統展現

運維人員可方便地實現地下廊體(ti) 可視化監控，減 少入廊巡視頻次，提高運維效率。

2.2 綜合監控係統

智慧運維管理平台的綜合監控係統涵蓋了GB/T 51274—2017 要求的管廊內(nei) 設置環境與(yu) 設備監控係統、安全防範係統、通信係統、預警與(yu) 報警係統並增加 了結構健康監測係統和機器人巡檢係統。各係統的傳(chuan) 感設備及執行設備均按照防火分區設置。

2.2.1 環境與(yu) 設備監控係統

包括環境檢測、通風設備和排水設備監控、照明監控和配電監控。環境檢測包括廊內(nei) 溫度、濕度、氧氣濃度、集水坑水位、硫化氫氣體(ti) 監測。係統可根據需要對風機、水泵、照明進行遠程啟停並對電力係統參數進行監控。管廊內(nei) 部各專(zhuan) 業(ye) 設備實時狀態能夠在監控中心大屏上顯示，同時在控製係統操作界麵以 數據報表的形式體(ti) 現。係統能夠顯示設備目前的運行狀態，當設備發生故障時，傳(chuan) 感器及時發出故障信號，管理人員通過攝像頭身處監控室便能夠了解設備 故障發生時間和地點以及故障原因，方便及時、準確地指導設備進行維修和保養(yang) 。

2.2.2 安全防範係統

為(wei) 保障管廊內(nei) 設施安全，有針對性地設置有效安全防範措施並在監控中心設置相應顯示、記錄和控製 設備，當有外人非法入侵管廊時報警，控製中心采取相應措施。安防係統包括門禁、防入侵、電子井蓋、電子巡更係統等。

2.2.3 通信係統

為(wei) 實現綜合管廊內(nei) 各區間巡檢維修人員之間及與(yu) 控製中心值班人員之間內(nei) 部無障礙溝通，配備獨立 的內(nei) 部語音通信係統，每個(ge) 防火分區每艙設置通信點；同時綜合管廊內(nei) 部實施無線網絡覆蓋，實現監控中心對管廊內(nei) 無線通信主要設備運行狀態和入廊巡檢維修人員狀況的實時監測，滿足巡檢維修人 員日常工作通信需求。

2.2.4 預警與(yu) 報警係統

主要針對電力艙室設置火災自動報警係統。監控中心消防控製室設置中心火災報警控製櫃，櫃內(nei) 設 火災報警聯動主機、防火門監控主機及消防電源監控 主機，通過監控與(yu) 報警統一管理平台進行軟硬件整合，實現對火災報警係統的監控。在綜合管廊內(nei) 設置 感溫、感煙探測器及消防區域控製器，同時配合設置現場報警按鈕，構成綜合管廊內(nei) 火災自動報警係統。

2.2.5 結構健康監測係統

由於(yu) 本項目距離地鐵施工地段較近，為(wei) 避免地鐵施工及運行對管廊結構產(chan) 生影響，設置了結構健康監測係統，采用壓差式沉降儀(yi) 、傾(qing) 角測量儀(yi) 、三軸測振儀(yi) 等設 備，實時監測廊體(ti) 結構的沉降、傾(qing) 斜及振動信息。綜合 管廊振動及沉降監測係統監測管廊受力情況，保證結構安全承載；對整個(ge) 結構狀態進行連續的、實時的、在線的 健康狀態監測和評估，對結構的安全性作出實時、準確 的評價(jia) ，很大地延拓傳(chuan) 統人工檢測內(nei) 容，實現預測維修， 提高養(yang) 護維修的管理水平，保障管廊結構的可靠性、安 全性和耐久性，避免潛在的災難性事件發生。

2.2.6 智能機器人巡檢係統

機器人本體(ti) 搭載紅外熱成像儀(yi) 、攝像機、氣體(ti) 傳(chuan) 感器等設備，可針對電力艙、綜合艙等艙室進行智能巡檢，可識別環境溫度及氣體(ti) 變化等事故情況並將事故信號上傳(chuan) 至統一管理平台，方便管理人員針對巡檢 信息進行處理。

結合機器人的功能特點，開發了自動巡檢模式： 通過平台巡檢管理模塊定義(yi) 巡檢內(nei) 容、巡檢路程、巡 檢時間、巡檢條目，定時觸發機器人按照平台預設進 行巡檢；機器人巡檢過程中的視頻信息、位置信息和 報警信息，能夠同步顯示在統一管理平台的 BIM 和GIS 界麵上，相關(guan) 數據與(yu) 巡檢管理模塊聯通，生成巡檢記錄和巡檢報告，同時巡檢時發生的告警信息與(yu) 平台 告警管理模塊聯動，生成告警記錄，推送給運維人員。 自動巡檢功能很大降低了人員入廊巡檢頻次，提高了 巡檢管理精細化程度。

2.2.7 綜合監控係統聯動

運行過程中可實現監控與(yu) 報警係統各子係統本係統和跨係統聯動控製，可實現係統預設自動調度聯 動、人員監控中心手動調度聯動，還可以通過設置權限實現管廊內(nei) 人員手動調度聯動。本功能模塊向設備下發聯動指令、記錄聯動日誌、提供聯動界麵通知等，主要實現告警聯動設備跟蹤與(yu) 處置、人員活動時設備節能聯動的功能。各係統聯動控製和調度場景較多，典型聯動控製策略如下。

1）當某段防火區氧氣含量、溫度、濕度、有毒有害氣體(ti) 濃度超過或低於(yu) 各自設定閾值時，檢測儀(yi) 表發出報警信號，同時綜合監控平台自動啟動該區段的通風設備， 強製換氣，保障工作人員和綜合管廊內(nei) 設施的安全。

2）在管廊集水坑內(nei) 設置液位計，現場水泵控製箱根據液位報警信號自動啟動水泵，強製排水，保障集水坑積水液位保持在警戒液位之下；當集水坑內(nei) 液位 超過超高液位時，向監控中心報警，同時聯動攝像機監控確認，以便工作人員采取其他措施處理事故。在燃 氣艙設置防爆型液位計，根據液位高低控製水泵啟停。

3）當非法人員由外部公共區域通過投料口進入管廊內(nei) 部時，入侵報警係統可以聯動視頻監控係統，將攝像機現場圖像切換到監控中心的大屏幕顯示器上。

4）當有人進入管廊內(nei) 部巡檢時，出入口控製係統，可聯動照明控製係統，將現場區域的照明燈打開。

5）視頻監控與(yu) 火災自動報警係統的聯動。火災報警係統出現火警信號時，該區域攝像機信號切換 到控製室監視器上，觀察火情大小、是否報；同時進行 記錄，方便事後以報警事件為(wei) 條件的查詢和回放。

6）機器人係統與(yu) BIM+GIS 係統聯動，機器人拍攝畫麵呈現於(yu) BIM或GIS界麵上，數據和畫麵同步，在巡檢和應急處置的場景下，可快速搜集數據，展現現場狀態。

2.3 應急管理係統

包括隱患管理、應急預案管理、應急指揮處置、應 急保障管理，依據運維單位的應急管理體(ti) 製，實現平台 化管理。平台典型應急管理應用功能實現：現場接收 到應急事件報警時，地理信息係統+BIM 平台自動顯示報警地點並發出報警提示；獲取事件或報警信息後，自動調取事件周邊攝像機圖像，自動切換至監控中心大 屏以便及時了解事件詳情，在展示平台自動顯示事件 發生點周邊可控製的設備；應急模塊自動生成相關(guan) 預 警、告示、提醒等相關(guan) 信息並在管理員確認後發布，及 時發布預警信息以防止事態擴大；發現事件後要求可 自動顯示事件發生點附加的應急資源，包括應急人員 和車輛、醫院；事件處理過程要求能夠全程監控，可將 過程通過係統反映到總監控中心。對於(yu) 重大事件，可 將地理信息係統地圖、監控視頻和數據等切換顯示至 視頻會(hui) 商係統，便於(yu) 應急事件的應急會(hui) 商和指揮調度。

2.4 數據分析

實現對管廊環境參數、設備參數、事故告警、入廊 人員活動等信息的匯總統計並與(yu) 曆史同期水平進行對比分析。

2.4.1統計分析功能

1）告警統計。實現分年、月、日、時段分析；告警類別分析；分級別分析；分艙室、分設備、分管線分析； 分告警處理時長分析；分監控員分析；告警趨勢分析； 告警同比環比分析。

2）環境趨勢分析。分年、月、日、時段分析；分艙室分析；分防火分區分析；分傳(chuan) 感器分析；環境參數 趨勢分析；環境參數同比環比分析。

3）設備維護及能耗分析。按照分年、月、日、時段分析；按照不同艙室進行分析；按照不同設備類型進行分析；實現能耗趨勢分析、設備維護信息及健康度分析。

4）入廊活動分析。實現分年、月、日、時段分析；分艙室分析；分防火分區分析；分單位、組織、人員分析；分入廊作業(ye) 分析；入廊時長分段分析；結合人員安全告警分析。

2.4.2輔助決(jue) 策功能

對基礎數據和運維過程信息數據進行采集處理情況下，對海量運維過程信息、能耗信息、設備養(yang) 護信 息進行處理，輸出運維決(jue) 策評估和建議。針對設備能 耗分析、人員入廊活動分析等數據，配置相關(guan) 預警規則，設置運維決(jue) 策建議，製定多種節能運維措施，為(wei) 管 理單位在低碳運行、安全運行方麵提供輔助決(jue) 策。

隨著運維數據的不斷積累，實現數據和經驗沉澱，持續對平台決(jue) 策功能迭代更新。

3 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平台

3.1平台概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平台集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控製、環境監測於(yu) 一體(ti) ，為(wei) 建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體(ti) 係提供數據支持，從(cong) 數據采集、通信網絡、係統架構、聯動控製和綜合數據服務等方麵的設計，解決(jue) 了綜合管廊在管理過程中存在內(nei) 部幹擾性強、使用單位多及協調複雜的根本問題，大大提高了係統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的使用和恢複效率。

3.2平台組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理係統是一個(ge) 深度集成的自動化平台，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控係統、變電所環境監控係統、智能馬達監控係統、電氣火災監控係統、消防設備電源係統、防火門監控係統、智能照明係統、消防應急照明和疏散指示係統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個(ge) 平台即可全局、整體(ti) 的對管廊用電和用電安全進行進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

3.3平台拓撲

3.4平台子係統

3.4.1電力監控

電力監控主要針對10/0.4kV地麵或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀(yi) 表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀(yi) 表，用於(yu) 測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電係統開關(guan) 櫃、變壓器微機保護測控裝置、發電機控製櫃、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

3.4.2環境監測

環境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體(ti) 濃度、門禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內(nei) 的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方係統完成管廊環境綜合監控。

3.4.3電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理係統針對配電係統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳(chuan) 感器、溫度傳(chuan) 感器，消防設備電源傳(chuan) 感器、防火門狀態傳(chuan) 感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，並且對UPS的蓄電池溫度、內(nei) 阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

3.5相關(guan) 平台部署硬件選型清單

3.5.1電力監控及配電室環境監控係統

4 結語

       通過BIM+GIS、機器人、結構檢測等關(guan) 鍵技術的應用，結合數據分析功能和輔助決(jue) 策功能，切實保障了運維人員人身安全和管廊運行安全，減輕了人員工 作量，提升了運維管理準確度，提高了管廊綜合應急響應速度、提升了安全運營能力，實現了綜合管廊運營期間規範化和智能化管理的目標。該平台在工程實踐中的成功應用，為(wei) 其他同類地下綜合管廊運營運 維管理提供參考和借鑒。

參考文獻

【1】魏華傑.綜合管廊智慧管理平台應用研究.

【2】李 芊，許高強，韋海民.基於(yu) BIM 的綜合管廊運維管理係統研究[J].地下空間與(yu) 工程學報

【3】安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2022.05

作者簡介：簡婷，女，現任職於(yu) 韦德1946网址，主要從(cong) 事智慧管廊監控研究發展。