王璐 劉姝楠

摘 要：地下綜合管廊作為城市的“地下網(wǎng)絡(luò)”，它的智慧化管理和運(yùn)營(yíng)是建設(shè)“智慧城市”的基礎(chǔ)，對(duì)其利用“智慧化”手段實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)的數(shù)字化管理，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)生命周期的管控，已越來越受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。本文主要結(jié)合滇中新區(qū)哨關(guān)路智慧管廊建設(shè)實(shí)際，對(duì)智慧管廊建設(shè)實(shí)施方案進(jìn)行探討，旨在為同類施工項(xiàng)目提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：智慧管廊;智能管控平臺(tái);系統(tǒng)分級(jí)

0 引言

智慧管廊建設(shè)總體思路是通過對(duì)管廊電氣、火災(zāi)報(bào)警、安防、通訊、環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控等系統(tǒng)進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)施工，基于以上硬件實(shí)施，構(gòu)建智慧管廊綜合業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，同時(shí)基于大量的數(shù)據(jù)，平臺(tái)利用GIS、BIM、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)以及AR、VR和機(jī)器人等先進(jìn)的裝備，實(shí)現(xiàn)綜合管廊從數(shù)字化到智能化，再到智慧化的轉(zhuǎn)變。從而實(shí)現(xiàn)管廊的“管理可視化、維撿自動(dòng)化、應(yīng)急智能化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、分析全局化、管控精準(zhǔn)化”。

1 管廊建設(shè)目標(biāo)

2015 年9 月7 日，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《國(guó)務(wù)院關(guān)于同意設(shè)立云南滇中新區(qū)的批復(fù)》的文件，將滇中新區(qū)確定為我國(guó)面向南亞東南亞附屬中心的重要支點(diǎn)、云南橋頭堡建設(shè)重要經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極、西部地區(qū)新興城鎮(zhèn)化綜合試驗(yàn)區(qū)和改革創(chuàng)新先行區(qū)。

滇中新區(qū)智慧化綜合管廊建設(shè)以未來智慧城市發(fā)展為目標(biāo)，構(gòu)建建設(shè)、運(yùn)維、培訓(xùn)、服務(wù)的完整體系，實(shí)現(xiàn)一體化的分析決策和綜合管控，保障運(yùn)營(yíng)維護(hù)的安全便捷，打造功能實(shí)用、穩(wěn)定可靠、技術(shù)先進(jìn)的智慧管廊示范工程，推動(dòng)云南滇中新區(qū)智慧城市的建設(shè)。管廊主要實(shí)現(xiàn)功能包括：

（1）對(duì)管廊的內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)控，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳至監(jiān)控中心，為管廊本體、入廊管線、設(shè)備、人員提供適宜的運(yùn)行環(huán)境和安全保障。

（2）對(duì)綜合管廊出入口、通風(fēng)口、逃生口、吊裝口、井蓋等進(jìn)行監(jiān)控，防止非法入侵和偷竊、破壞行為的發(fā)生。

（3）集成三維GIS、BIM 技術(shù)，達(dá)到綜合管廊的三維可視化監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)整個(gè)管廊系統(tǒng)的漫游瀏覽、分區(qū)顯示、動(dòng)畫導(dǎo)航、空間測(cè)量、設(shè)備動(dòng)態(tài)信息顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、設(shè)備信息查詢、監(jiān)控畫面調(diào)取、車輛人員定位等功能。

（4）綜合管廊的運(yùn)維管理可實(shí)現(xiàn)人員、資產(chǎn)、成本和檔案等多種管理功能，對(duì)人員、設(shè)備實(shí)施有序、高效管理。

（5）應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)通過緊急告警與人員安全系統(tǒng)、應(yīng)急預(yù)案管理、應(yīng)急任務(wù)分配、應(yīng)急車輛管理、應(yīng)急人員與車輛定位跟蹤等功能，對(duì)緊急事故進(jìn)行及時(shí)處理。

（6）通過AR、VR 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)事故的模擬，并在系統(tǒng)中對(duì)工作人員進(jìn)行事故應(yīng)急演練和模擬培訓(xùn)，提高運(yùn)維和管理人員的技術(shù)水平。

2 現(xiàn)階段智慧管廊建設(shè)存在的主要問題

2.1 人力投入較多，運(yùn)營(yíng)成本增大

國(guó)內(nèi)的綜合管廊目前多為人工管理模式，造成人員投入量眾大、問題響應(yīng)速度遲緩、管理水平低下，使得運(yùn)營(yíng)成本增大，并且出現(xiàn)責(zé)任不清、事后扯皮等問題。

2.2 過程數(shù)據(jù)缺失

綜合管廊的建設(shè)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)是智慧化管控平臺(tái)的重要組成部分，勘測(cè)、設(shè)計(jì)、采購、施工、設(shè)備和材料檢測(cè)、建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量管理、運(yùn)維管理等過程數(shù)據(jù)的缺失使智慧平臺(tái)的建設(shè)難以形成完整的數(shù)據(jù)體系。

2.3 數(shù)據(jù)孤島

由于參與單位和數(shù)據(jù)種類眾多，而且各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)各自獨(dú)立，未形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，造成信息數(shù)據(jù)孤島。

2.4 智能化管控水平低

綜合管廊的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)設(shè)備落后，使應(yīng)急處理能力相對(duì)薄弱，缺少預(yù)警、預(yù)判和事故應(yīng)急能力，并且由于國(guó)內(nèi)綜合管廊運(yùn)維管理部門的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)文件尚不完善，使智能化管控水平普遍較低。

3 管廊建設(shè)實(shí)施方案

3.1 基礎(chǔ)硬件設(shè)施建設(shè)

哨關(guān)路綜合管廊全長(zhǎng)10.6 km，斷面尺寸6.7×3.6 m，分設(shè)電力艙和管道艙，電力艙內(nèi)布置220 kV、110 kV、10 kV電力線纜，艙室內(nèi)徑為2.6 m×2.9 m;管道艙內(nèi)布置給水、中水及電信線纜，艙室內(nèi)徑為3.0 m×2.9 m。管廊工程范圍包含區(qū)域內(nèi)綜合管廊建設(shè)的機(jī)電工程、消防工程和綜合監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 提出監(jiān)控水平劃分及功能

根據(jù)綜合管廊的監(jiān)控需求，將綜合管廊監(jiān)控大體分為基礎(chǔ)監(jiān)控（2.0 系統(tǒng)）、智能監(jiān)控（3.0 系統(tǒng)）和智慧管控（4.0 系統(tǒng)）三個(gè)等級(jí)，在綜合管廊普通段實(shí)施（2.0 系統(tǒng)），綜合管廊參觀段、監(jiān)控室、展示廳實(shí)施（3.0 系統(tǒng)），并預(yù)留（4.0 系統(tǒng)）接口和擴(kuò)展空間。

3.3 設(shè)置監(jiān)控中心、展示廳和參觀段

3.3.1 展示大廳

（1）總體體驗(yàn)：設(shè)智能電子投影沙盤一套，實(shí)現(xiàn)滇中新區(qū)和滇中新區(qū)管廊建設(shè)的展示。沙盤帶互動(dòng)功能，可實(shí)現(xiàn)智能互動(dòng)。設(shè)一系列電子展板，旨在給參觀者形象直觀的介紹管廊的施工過程、管廊的設(shè)計(jì)模型及新技術(shù)新材料的應(yīng)用等。

（2）虛擬管廊體驗(yàn)：體驗(yàn)區(qū)入口設(shè)人臉識(shí)辨和液晶觸摸屏，對(duì)參觀者進(jìn)行角色分配;體驗(yàn)區(qū)入口設(shè)AR 眼鏡，通過增強(qiáng)顯示技術(shù)，在參觀者的視覺中疊加虛擬的管廊;在體驗(yàn)區(qū)入口設(shè)智能巡檢設(shè)備（PAD），參觀者體驗(yàn)智能巡檢;體驗(yàn)區(qū)前段設(shè)防入侵裝置和攝像機(jī)（帶云臺(tái)），進(jìn)行管廊視頻聯(lián)動(dòng)和安防體驗(yàn);在體驗(yàn)區(qū)設(shè)人員定位系統(tǒng)，進(jìn)行人員安全體驗(yàn);在體驗(yàn)區(qū)設(shè)環(huán)境監(jiān)測(cè)，進(jìn)行環(huán)境安全體驗(yàn);在體驗(yàn)區(qū)設(shè)智能照明，進(jìn)行智能照明節(jié)能體驗(yàn)。

（3）運(yùn)維體驗(yàn)：展示廳設(shè)互動(dòng)觸摸屏一處，實(shí)現(xiàn)綜合管廊3D GIS 展示、模擬巡檢演示、虛擬參觀演示、應(yīng)急預(yù)案演示等，設(shè)VR 管廊虛擬現(xiàn)實(shí)培訓(xùn)站一處。

3.3.2 參觀段

參觀段按滿足3.0 智能時(shí)代的要求設(shè)計(jì)，參觀段設(shè)排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、集中監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)廊體結(jié)構(gòu)檢測(cè)1 套，對(duì)廊體的形變、位移、沉降進(jìn)行檢測(cè);電力倉設(shè)光纖測(cè)溫一套，保障管線安全;水信艙漏水報(bào)警系統(tǒng)一套，對(duì)給水和中水管道就行報(bào)警和預(yù)警。

通過無線AP，實(shí)現(xiàn)通訊和人員定位;設(shè)巡檢機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人輔助巡檢;設(shè)智能巡檢裝備，滿足智能巡檢體驗(yàn);設(shè)AR 眼鏡，滿足遠(yuǎn)程協(xié)助體驗(yàn)。

3.3.3 監(jiān)控中心

結(jié)合國(guó)家對(duì)于綜合管廊建設(shè)的要求和滇中新區(qū)當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)綜合管廊監(jiān)控中心，保障綜合管廊的功能實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用管理的后期運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊的數(shù)字化、信息化、智能化等管理要求。

3.4 研發(fā)綜合管廊智慧管理平臺(tái)

3.4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

綜合管廊智慧平臺(tái)的數(shù)據(jù)分為靜態(tài)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的來源有三個(gè)渠道：一是通過管廊數(shù)據(jù)全生命周期傳導(dǎo)，來自規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的不同階段的數(shù)據(jù);二是設(shè)備和環(huán)境監(jiān)控、安防系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù);三是來自管理系統(tǒng)、手機(jī)、PAD 等的管理數(shù)據(jù)。

基于大量的數(shù)據(jù)，平臺(tái)利用GIS、BIM、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)以及AR、VR 和機(jī)器人等先進(jìn)的裝備，實(shí)現(xiàn)綜合管廊從數(shù)字化到智能化，再到智慧化的轉(zhuǎn)變。

綜合管廊統(tǒng)一管理平臺(tái)軟件的總體架構(gòu)自下而上要包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層，囊括了包括環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)等在內(nèi)的多個(gè)功能模塊。

感知層：是平臺(tái)體系架構(gòu)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、安防、消防、通訊等系統(tǒng)的信息采集。

網(wǎng)絡(luò)層：是整個(gè)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，要采用多個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)，保證數(shù)據(jù)通訊的安全性、快速性和穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)感知層的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)層，完成數(shù)據(jù)的上傳和下發(fā)，傳輸層提供的服務(wù)可分為傳輸連接服務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

數(shù)據(jù)層：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)要包括空間、環(huán)境、設(shè)備、人員、管理等子系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)。開發(fā)中間件實(shí)現(xiàn)不同通訊協(xié)議的系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息在本層匯集，避免信息孤島、IT 黑洞三數(shù)據(jù)。選用技術(shù)先進(jìn)的實(shí)時(shí)、歷史、關(guān)系、空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

平臺(tái)層：是基礎(chǔ)服務(wù)支撐平臺(tái)，為整個(gè)平臺(tái)應(yīng)用提供GIS 和協(xié)同管理的封裝服務(wù)和組件。采用SCADA、GIS 和運(yùn)維管理數(shù)據(jù)共享，深度集成。

應(yīng)用層：將應(yīng)用層的處理結(jié)果通過預(yù)設(shè)的設(shè)備或者軟件展示給管理、運(yùn)維人員，同時(shí)提供人機(jī)操作接口。依托地理信息系統(tǒng)和BIM，建設(shè)二、三維與全景融合的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)二維平面圖、三維動(dòng)態(tài)模型和全景環(huán)境相輔相成的環(huán)境監(jiān)測(cè)信息、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、安全防范與報(bào)警信息實(shí)時(shí)顯示展示系統(tǒng)。通過二維GIS 了解管廊的全局概覽，通過BIM 三維建模，提供管廊、通道、管路、線路、設(shè)備的虛擬再現(xiàn)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)通過全景環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的展示，同時(shí)與控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

3.4.2 主要展示的功能

（1）三維可視化。集成三維GIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)管廊設(shè)備設(shè)施的數(shù)據(jù)記錄和管理，實(shí)現(xiàn)管廊運(yùn)維的虛擬模擬。實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備檔案記錄及維護(hù)的平臺(tái)，將與各類管線的相關(guān)原始信息存入計(jì)算機(jī)信息數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送和監(jiān)視，達(dá)到對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施及設(shè)備的信息化和可視化。實(shí)現(xiàn)整個(gè)管廊系統(tǒng)的漫游瀏覽、分區(qū)顯示、動(dòng)畫導(dǎo)航、空間測(cè)量、設(shè)備動(dòng)態(tài)信息顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、設(shè)備信息查詢、監(jiān)控畫面調(diào)取、車輛人員定位等功能。

（2）運(yùn)維管理。綜合管廊運(yùn)維管理實(shí)現(xiàn)人員管理、資產(chǎn)管理、成本管理和檔案管理四個(gè)部分。實(shí)現(xiàn)人員、設(shè)備的有序高效管理。

（3）應(yīng)急預(yù)案管理。系統(tǒng)包括緊急告警與人員安全系統(tǒng)、應(yīng)急預(yù)案管理、應(yīng)急任務(wù)分配、應(yīng)急車輛管理、應(yīng)急人員與車輛定位跟蹤等。

（4）應(yīng)急演練和模擬培訓(xùn)。通過三維虛擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)事故的模擬，并在事故應(yīng)急演練和在系統(tǒng)中對(duì)工作人員進(jìn)行事故應(yīng)急演練。

（5）數(shù)據(jù)共享和自動(dòng)信息上報(bào)。平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)同政府、管理公司和相關(guān)職能部門的數(shù)據(jù)共享，當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，可以完成自動(dòng)信息上報(bào)。

4 實(shí)施應(yīng)用情況

滇中新區(qū)智慧管廊工程入選住建部“2017年科學(xué)技術(shù)示范工程（信息化類）”，并于通過住建部組織的專家驗(yàn)收，成為國(guó)內(nèi)第一個(gè)智慧管廊示范項(xiàng)目在全國(guó)示范推廣。工程配套建設(shè)完成了國(guó)內(nèi)第一個(gè)大型多媒體智慧管廊展廳，為參觀者提供具有科技感的全新體驗(yàn)。工程的建設(shè)落成吸引了國(guó)內(nèi)行業(yè)人士100余次、超1200人參觀考察，成為滇中新區(qū)、云南省的亮點(diǎn)工程和國(guó)內(nèi)智慧管廊標(biāo)桿工程。

示范工程的輻射效在滇中-昆明-云南地區(qū)逐漸形成：滇中新區(qū)小哨片區(qū)的綜合管廊正在陸續(xù)接入示范工程的平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控管理，昆明市其他區(qū)域也考慮在新建綜合管廊工程中應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)。

5 結(jié)束語

哨關(guān)路智慧管廊建設(shè)結(jié)合滇中新區(qū)的定位及建設(shè)方的需求，同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際建設(shè)情況對(duì)管廊基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)管廊智慧化建設(shè)提出了功能分級(jí)，同時(shí)為滿足管廊智慧化管理需求研發(fā)了智慧管廊管控平臺(tái)，為打造示范、試點(diǎn)工程設(shè)置了管廊控制中心、參觀段、展示廳等。項(xiàng)目取得了預(yù)期的建設(shè)效果，在滿足建設(shè)方基本需求外，作為滇中新區(qū)甚至云南省試點(diǎn)工程取得了很好的示范作用。

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