環(huán) 偉

（中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100024）

為解決日趨緊張的城市地上空間問題，實(shí)現(xiàn)電力、通信、燃?xì)狻⒔o水、熱力、排水等兩種以上市政管線的集約化管理，綜合管廊成為城市基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的新模式。雖然綜合管廊能夠有效解決“拉鏈馬路”問題，避免不同市政施工隊(duì)伍因溝通及設(shè)計(jì)問題而造成的地下不同管線之間的碰撞問題，但由于傳統(tǒng)地下綜合管廊內(nèi)部的復(fù)雜化、集中化及不可視化等因素，給日常安全運(yùn)維管理帶來問題，也對廊內(nèi)監(jiān)測及防災(zāi)能力提出了極大的挑戰(zhàn)。而在城市綜合管廊運(yùn)維階段一旦發(fā)生故障或者災(zāi)害事故，就會(huì)產(chǎn)生一系列的連鎖效應(yīng)，甚至威脅整個(gè)城市的公共安全，給人民的生活造成重大影響。BIM技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)C合管廊實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理，從管廊全生命周期的角度，精細(xì)化管廊建設(shè)過程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，防患于未然，從源頭降低管廊運(yùn)維階段的安全隱患；且BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)可視化的運(yùn)維管理，精確定位到管廊的每個(gè)部位，不僅提高了運(yùn)維管理的效率，還可減少錯(cuò)誤和風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)。

圖1 地下綜合管廊運(yùn)維系統(tǒng)

1 地下綜合管廊現(xiàn)行運(yùn)維管理模式

1.1 綜合管廊運(yùn)維系統(tǒng)

參照國家現(xiàn)行的有關(guān)綜合管廊的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，地下綜合管廊運(yùn)維系統(tǒng)主要組成如圖1所示。

從圖1可以看出，綜合管廊的運(yùn)維系統(tǒng)主要包括：綜合管廊的運(yùn)維系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)。

（1）運(yùn)維系統(tǒng)

主要包含環(huán)境監(jiān)控、視頻監(jiān)控、入侵監(jiān)測、門禁管理、電子巡查、應(yīng)急通信、無線與人員定位系統(tǒng)。

（2）消防監(jiān)控系統(tǒng)

主要包含火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、消防聯(lián)動(dòng)控制、防火門控制系統(tǒng)。

（3）數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)

主要包含電纜本體檢測、燃?xì)夤艿罊z測、液位監(jiān)測、溫度監(jiān)測、濕度監(jiān)測、熱力管道檢測、水管液漏檢測、氣體檢測等系統(tǒng)。

（4）結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)

沉降監(jiān)測以及塌方監(jiān)測系統(tǒng)。

1.2 傳統(tǒng)運(yùn)維管理模式下存在的問題

在考察國內(nèi)外城市地下綜合管廊運(yùn)維管理現(xiàn)狀及調(diào)研分析管廊運(yùn)維事故的原因后，筆者認(rèn)為傳統(tǒng)運(yùn)維管理模式主要存在以下問題：

（1）廊內(nèi)敷設(shè)的城市綜合管匯管理，信息化程度比較低，傳統(tǒng)管理模式是通過人工定期現(xiàn)場巡查，不能及時(shí)精確追蹤到地下管線的工作情況，導(dǎo)致不能對地下管線進(jìn)行及時(shí)維護(hù)和更新，從而造成地下管線破裂、泄露、爆炸等安全事故。

（2）地下管廊綜合管理平臺不能實(shí)現(xiàn)多部門及時(shí)共享信息，導(dǎo)致信息在傳遞過程中時(shí)效性和真實(shí)性產(chǎn)生誤差，無法滿足政府進(jìn)行社會(huì)管理和公共服務(wù)的需要。

（3）對地下管線數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)大多數(shù)未能實(shí)現(xiàn)3D化存儲(chǔ)，不能形象的表達(dá)出地下綜合管廊內(nèi)管線空間的拓?fù)潢P(guān)系，事故排查效率低，運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)性高。

（4）地下管線的應(yīng)急管理能力差，輔助決策水平低［1］。

（5）地下管線管理體制復(fù)雜，涉及中央和地方兩個(gè)層面、30多個(gè)職能和權(quán)屬部門，存在職能、行業(yè)及權(quán)屬這三種交叉管理體系［2-5］。

據(jù)業(yè)內(nèi)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國每年會(huì)有數(shù)以十億元計(jì)的直接經(jīng)濟(jì)損失是因?yàn)榈叵鹿芾葍?nèi)管線發(fā)生事故造成的，2009～2013年，通過媒體報(bào)道的影響較大的安全事故總計(jì)75例。在這75例安全事故中，因?yàn)榈叵鹿芫€事故而導(dǎo)致死傷的案例總計(jì)27起，而這27起事故中，總計(jì)的死亡人數(shù)高達(dá)117人。通過對案例的總結(jié)和分析發(fā)現(xiàn)，造成地下管線安全事故的原因主要有：

①材料質(zhì)量達(dá)不到國家安全標(biāo)準(zhǔn)，施工質(zhì)量不符合設(shè)計(jì)驗(yàn)收要求；②在綜合管廊的建造、維修或者第三方管理過程中，施工隊(duì)伍專業(yè)化程度低，經(jīng)驗(yàn)少，不按標(biāo)準(zhǔn)施工等因素導(dǎo)致的機(jī)械損傷；③施工過程中的不當(dāng)操作或失誤操作；④管廊的廊體結(jié)構(gòu)及內(nèi)部管線連接處產(chǎn)生的腐蝕、徐變和開裂；⑤未按時(shí)檢修廊內(nèi)的故障設(shè)備；⑥地震、山體滑坡等自然環(huán)境不可抗力因素的影響。

通過對現(xiàn)行綜合管廊運(yùn)維管理模式的研究表明，當(dāng)管廊內(nèi)發(fā)生緊急事故時(shí)，無法依靠傳統(tǒng)的人工巡查管理模式來進(jìn)行快速、準(zhǔn)確處理。因此，為增加綜合管廊運(yùn)維管理的安全性，提高綜合管廊運(yùn)維管理的效率，需要實(shí)現(xiàn)綜合管廊的可視化運(yùn)維管理、智能化監(jiān)控以及統(tǒng)一管理平臺管理。

2 BIM技術(shù)在綜合管廊安全運(yùn)維管理的應(yīng)用

2.1 可視化管理

通過對我國已建成的綜合管廊進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，對廊內(nèi)管線的管理大多數(shù)還是采用二維平面的管理系統(tǒng)進(jìn)行管理，不能將廊內(nèi)各管線生動(dòng)形象的展示出來。而BIM技術(shù)能夠通過建立管廊內(nèi)部精細(xì)化的模型，很好的實(shí)現(xiàn)管廊內(nèi)部的可視化管理。

BIM技術(shù)能夠應(yīng)用于管廊項(xiàng)目的全生命周期中［6］。通過參與工程設(shè)計(jì)、建設(shè)，將工程設(shè)計(jì)及建設(shè)信息通過BIM技術(shù)的3D建模及時(shí)間管理的4D管理系統(tǒng)［13］收集并存儲(chǔ)于BIM兼容數(shù)據(jù)庫中，有助于后期開展綜合管廊的運(yùn)維管理工作［7］。隨著BIM技術(shù)的市場化，有關(guān)BIM技術(shù)的研究、應(yīng)用也從最初的工民建領(lǐng)域拓展至市政領(lǐng)域［8］。而關(guān)于BIM技術(shù)應(yīng)用在基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)［12］已于2013年由Building SMART組織推出。在通過問卷調(diào)查了有關(guān)綜合管廊運(yùn)維管理階段的工作人員后，發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)的可視化和數(shù)據(jù)集成功能有利于提高管廊運(yùn)維效率，降低運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)，減少運(yùn)維成本。

2.2 智能監(jiān)控

綜合管廊是建設(shè)在城市地下空間，不同于地表的明敷，其工作運(yùn)行的環(huán)境相對比較惡劣，但綜合管廊對于城市的基本生活保障及安全運(yùn)行又是極其重要的，因此，能夠及時(shí)監(jiān)察了解到綜合管廊內(nèi)的環(huán)境及各管線的運(yùn)行情況是管廊后期運(yùn)維管理的重中之重。為了能夠?qū)崟r(shí)對地下管線運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，運(yùn)維管理系統(tǒng)應(yīng)包括：標(biāo)識、網(wǎng)絡(luò)、電力、照明、有害氣體監(jiān)測、重要位置視頻監(jiān)控、安防、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、積水排干等系統(tǒng)。

通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，把地下管廊所有建筑物及管線的信息完全數(shù)字化，生成信息模型；同時(shí)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過預(yù)先布置好的傳感器將廊內(nèi)各種管匯的運(yùn)行數(shù)據(jù)收集起來，生成動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。將信息模型與動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合在一起，建立能夠?qū)崟r(shí)更新儲(chǔ)存地下管廊綜合數(shù)據(jù)庫。對廊內(nèi)各個(gè)部位實(shí)時(shí)監(jiān)測，提高運(yùn)維管理效率，降低維修人員入廊的危險(xiǎn)系數(shù)。

當(dāng)管線運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)傳感器會(huì)根據(jù)故障現(xiàn)象，自動(dòng)顯示出故障管線位置、維修路徑及相關(guān)維修的信息（維修人員的聯(lián)系電話、維修解決方案等）。這不僅加快了故障排除的響應(yīng)時(shí)間，避免了因故障排除不及時(shí)而導(dǎo)致的更大的安全事故，還大大降低了管廊后期運(yùn)維成本，提高了運(yùn)維效率。

隨著機(jī)器人技術(shù)水平的發(fā)展及管廊建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化程度的提高，在綜合管廊的運(yùn)維過程中，可以在廊內(nèi)放置巡檢機(jī)器人，通過機(jī)器人在廊內(nèi)指定路線自動(dòng)巡檢方式進(jìn)行廊內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)測與檢查，減少了人員進(jìn)出管廊檢查的頻率，降低了管廊在運(yùn)維過程中發(fā)生人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)。如根據(jù)需要，可以在廊頂設(shè)置機(jī)器人，通過巡檢機(jī)器人來采集廊內(nèi)各管匯的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，并通過無線，上傳至數(shù)據(jù)庫，再由數(shù)據(jù)中心的工作人員對其進(jìn)行處理；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可以由路線巡檢機(jī)器人在第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行滅火。這種運(yùn)維模式下，可極大的提高管廊運(yùn)維的智能化水平，大大降低維護(hù)過程中因不了解廊內(nèi)情況，盲目入廊造成的人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，這也是未來信息化時(shí)代，綜合管廊運(yùn)維管理的必然趨勢。

2.3 管理平臺

綜合管廊的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工過程中不同的管理平臺之間普遍存在“信息孤島”現(xiàn)象，導(dǎo)致后期信息在傳遞過程中失去了失效性及真實(shí)性等問題，亟需建立綜合管廊數(shù)字化綜合管理平臺，對綜合管廊進(jìn)行數(shù)字化集成并交付，在后期運(yùn)維管理過程中，可以直接利用交付的竣工模型進(jìn)行運(yùn)維，從而提高管廊運(yùn)維管理的信息化和數(shù)字化程度。

利用BIM技術(shù)結(jié)合GIS技術(shù)開發(fā)的可視化管理平臺可以很好的將這些信息進(jìn)行綜合管理，在運(yùn)維的過程中，運(yùn)維工程師可通過BIM模型快速查閱廊內(nèi)任意構(gòu)件的相關(guān)信息，包括：管線的幾何參數(shù)、生產(chǎn)廠家、保修電話及維護(hù)人員等。在結(jié)束當(dāng)前維護(hù)作業(yè)后，將相關(guān)的維修信息更新到BIM模型中，為以后的運(yùn)維工程師提供參照，同時(shí)，還可以根據(jù)管線的運(yùn)行情況，為廊內(nèi)的所有管線設(shè)置檢修的計(jì)劃，當(dāng)臨近檢修時(shí)間節(jié)點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)將給負(fù)責(zé)運(yùn)維的管理人員發(fā)出維護(hù)通知，再由運(yùn)維管理人員安排專人對管廊內(nèi)的設(shè)備及各個(gè)管線進(jìn)行更新維護(hù)，從而保障后期運(yùn)營的順利。

目前有關(guān)綜合管廊運(yùn)維管理領(lǐng)域的研究相對較少，還沒有完全適用于管廊智能化運(yùn)營的管理平臺，依托于BIM建立的可視化綜合管理平臺只是相較于目前市場現(xiàn)有的管理平臺，更加適用于管廊的運(yùn)維管理領(lǐng)域。

3 結(jié)語

隨著我國第一批試點(diǎn)綜合管廊的建成，管廊已日漸被人們所關(guān)注，業(yè)內(nèi)也對管廊設(shè)計(jì)和建設(shè)施工有了一定的經(jīng)驗(yàn)和研究，但管廊后期的運(yùn)維管理還處在嘗試摸索階段，沒有豐富的理論依據(jù)和經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。因此，本文通過調(diào)研分析國內(nèi)外現(xiàn)行的管廊運(yùn)維管理模式，初步探索發(fā)現(xiàn)，將BIM技術(shù)應(yīng)用到綜合管廊的運(yùn)維管理階段，與現(xiàn)行的運(yùn)維管理模式相比，不僅使原有的“黑盒子”透明化、可視化，還大大增強(qiáng)了管廊日常運(yùn)維的安全性，提高了運(yùn)維效率，節(jié)省了成本；同時(shí)，BIM技術(shù)的應(yīng)用，可將運(yùn)維管理前置到管廊工程的設(shè)計(jì)階段，為管廊投資方獲得最大收益提供可靠保證。對于即將到來的信息化新時(shí)代，信息化程度的高低將決定著傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的活力。

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