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手段將綜合管廊及其附屬設施、廊內(nei) 管線包含周圍環境中一些模型的參數和資料，以及設備運行狀態的數據進行采集和運算，實現管廊相關(guan) 數據從(cong) 二維數據、宏觀及微觀數據到三維立體(ti) 化、可視化轉變，為(wei) 管廊綜合管控一體(ti) 化平台的開發提供理論依據和技術支撐。

關(guan) 鍵詞：綜合管廊；智慧化；BIM+GIS；運營管理

0引言

2016年，針對中國城市規劃建設管理中存在的突出問題，在國務院發布的《關(guan) 於(yu) 進一步加強城市規劃建設管理工作的若幹意見》中明確提及，到2020年中國要建成一批在國際上具有先進水平的地下綜合管廊並投入運營，要明顯改善反複開挖地麵的問題，要明顯提升管線安全水平以及防災抗災能力，逐步消除城市主要街道上空的蜘蛛網式架空線，要明顯提升城市地麵景觀麵貌。

近幾年來，國內(nei) 的地下綜合管廊建設呈現蓬勃發展態勢。綜合管廊已日漸成為(wei) 較有效的用來解決(jue) 城市地下狀況與(yu) 地下管網問題的方式，得到了業(ye) 內(nei) 的普遍認可，也代表著城市基礎設施未來發展的必然路徑和全新模式[1]。但是，當下對城市地下綜合管廊的研究仍然主要聚焦在開發利用的規劃、設計和施工階段，而較少關(guan) 注綜合管廊後期的運營管理，特別是在智慧化技術應用進行後期日常維護運營方麵。

隨著物聯網、大數據、VR、AI、虛擬仿真等技術的出現和不斷發展，如何運用數字化手段通過資源共享和信息互通實現對城市地下綜合管廊的智慧化維護運營，對提高管廊運營管理的效率和服務質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(yi) 如下：在城市道路下麵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、汙水線、中水線、熱力線、燃氣線等。在統一規劃、建設、管理的指導下，較大化、較優(you) 化利用地下空間和資源。目前綜合管廊根據所收容的管線性質主要劃分為(wei) 幹線管廊、支線管廊、纜線管廊和幹支混合管廊4種類型。

1.1發展簡史

綜合管廊建設已有180餘(yu) 年的發展曆史。綜合管廊在1833年由法國巴黎興(xing) 建，較早興(xing) 建的這條管廊是以排放雨水和汙水為(wei) 主的重力流管線係統，管網縱橫，排汙口、蓄水池眾(zhong) 多，後來進一步在管廊內(nei) 鋪設了供水管、煤氣罐、通訊電纜等市政公用管道。

1861年，英國在倫(lun) 敦建設了一個(ge) 綜合管廊，斷麵是12m×7.6m的半圓形，內(nei) 部敷設了供水管、汙水管、燃氣管、電力線纜和電信線纜，直到現在，倫(lun) 敦市區的管廊數量達20條之多。

前蘇聯在莫斯科、列寧格勒、基輔等地於(yu) 1933年修建了地下共同溝。迄今為(wei) 止，莫斯科地下有130km的綜合管廊，除煤氣管外，各種管線均有，隻是截麵較小，內(nei) 部通風條件也較差。

日本的綜合管廊建設較早始於(yu) 1926年，當時在東(dong) 京市中心的九段地區幹線道路地下建設了條綜合管廊，將電力線纜、電話線路、供水管線、燃氣管線等市政基礎設施集中敷設在裏麵。目前，日本無論是在綜合管廊的建設速度上，還是在規劃能力、法規體(ti) 係建設、工程技術等方麵都是較先進的國家之一。

中國綜合管廊建設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了一條長度為(wei) 1076m的地下綜合管廊。1993年，上海浦東(dong) 新區張揚路鋪設了地下管廊，那是中國意義(yi) 上第一條現代綜合管廊。

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(nei) 環境差、設備維護水平低、管理技術落後、管廊安全預警和應急響應滯後等問題，具體(ti) 如下：①智能化程度不足。對於(yu) 較早建成並投入運營的綜合管廊，電子巡檢係統、標簽定位係統等子係統未加入建設清單。②監控單一獨立化。各監控係統單獨存在，如電力、熱力管線監測等都是來自於(yu) 生產(chan) 廠家的監控係統。廠家持續致力於(yu) 自身專(zhuan) 業(ye) 領域內(nei) 的管線監測較多，但對其他專(zhuan) 業(ye) 管線監控沒有經驗，甚至沒有考慮監測設備，加大了監控係統平台兼容其他管線監測係統的難度。③可視化與(yu) 精細化運營管理程度不高。BIM（BuildingInformationModeling）技術應用不足，隻可確定管廊內(nei) 設備與(yu) 人員的具體(ti) 位置，不可確定空間位置，導致綜合管廊可視化程度不高；另外，由於(yu) 入廊管線產(chan) 權單位眾(zhong) 多，數據壁壘現象嚴(yan) 重，專(zhuan) 業(ye) 化運營管理難度大。④環境監測相關(guan) 技術應用不足。運營中管廊照明係統實行遠程及實地手動開關(guan) 控製，可能會(hui) 出現監控中心值班人員遠程控製不及時、管廊出入人員忘記關(guan) 燈等現象，導致電力被浪費。如何更好地聯動照明係統與(yu) 環境監控係統，如利用人體(ti) 感應控製、光照度控製、定時控製技術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台

將BIM技術和GIS（GeographicInformat*tem）技術基於(yu) 模型管理的思想運用於(yu) 城市智慧管廊綜合管理平台中，采用三維立體(ti) 模式仿真地下綜合管廊，將綜合管廊及其附屬設施、廊內(nei) 管線包含周邊環境模型信息和設備運行狀態數據進行集成，把大量、分散的設備和傳(chuan) 感器數據轉換為(wei) 係統的管理數據，讓管理人員可以實時查看采集到的監測數據及周邊環境圖像，實現對二維數據、宏觀及微觀數據的三維立體(ti) 化、可視化、精細化、智慧化管理，提高綜合管廊運維水平、應急能力和經營管理水平，從(cong) 而助力地下綜合管廊有效運行和快速發展。

平台基於(yu) SOA（麵向服務的架構）設計，采用3層結構，即應用層、中間層及數據層，如圖1所示。應用層，即麵向對象的應用，包括基於(yu) GIS的信息化管理門戶網站、通風管理子係統、供電管理子係統、排水管理子係統、安全防範子係統、通訊應用管理子係統、預警與(yu) 報警子係統、消防管理子係統、照明管理子係統、地理信息管理子係統、BIM子係統等。同時，提供基於(yu) B/S（瀏覽器/服務器）模式的電腦、手機等客戶端軟件。

中間層，即提供各種應用服務支撐，采用標準接口協議，可供第三方開發。包括數據訪問、消息管理、安全服務等基礎性服務，是整個(ge) 綜合監控平台的應用基礎。

數據層，負責數據庫的訪問。而不需要關(guan) 注具體(ti) 的數據采集、數據傳(chuan) 輸和數據解析等操作，也不需要關(guan) 注不同廠家、不同製式、不同類別終端設備的物理接口和拓撲方式。

圖1城市智慧管廊綜合管理平台結構

2.1平台特征

平台特征充分利用BIM連接管廊全生命周期不同階段的數據、過程和資源，注重微觀領域中管廊內(nei) 部的設計和實現的特點以及GIS處理和分析宏觀地理環境中的地理數據的能力，通過對BIM技術和GIS技術的綜合運用和深度應用，讓管廊的宏觀、微觀管理功能和可視化功能很好地結合起來，再將各類數據及各個(ge) 操作流程進行整合，打造集智能控製、降耗節能、智慧運營於(yu) 一體(ti) 的城市智慧管廊綜合管理平台。

平台具有以下幾方麵的特征：①充分利用BIM和基礎地理信息公共平台提供的各種資源，使平台的基礎地理數據、BIM模型在政府部門、管線權屬單位和管廊運營公司之間得到統一。②建立全麵覆蓋城市地下綜合管廊的數據庫，實現數據集成統一管理及管線數據動態更新統一管理；完善地下管線框架體(ti) 係及地下管線動態更新機製，建設多種類、多時相、更新及時的綜合管廊管線管理體(ti) 係，提高綜合管廊管線數據多層次服務能力。③建立綜合管廊共享服務和數據交換機製，打造一個(ge) 城市地下管線安全生態圈，滿足政府部門、各個(ge) 管線權屬單位、管廊運營公司的在線應用需求，破解城市地下空間“信息孤島"難題。④提供安全開放的服務接口，構建綜合管廊信息資源開發和綜合利用的整體(ti) 、統一框架。⑤建立綜合管廊信息化的規範標準體(ti) 係、政策法規與(yu) 管理製度，建立健全綜合管廊管線動態更新機製、共享標準體(ti) 係和政策製度體(ti) 係；實現數據采集、處理、建庫、發布、共享等的標準化和製度化，建立綜合管廊管線信息共享的長效機製。⑥通過綜合管廊管線信息共享服務，促進產(chan) 業(ye) 數字化轉型，使得各管線權屬單位能夠在此基礎上整合自身業(ye) 務數據構建滿足自身需要的專(zhuan) 題管線運營管理平台。

2.2平台功能框架設計

2.2.1軟件架構

平台軟件架構設計基於(yu) BIM+GIS技術的綜合運用，並采用“管+控"的一體(ti) 化規劃設計理念。將平台中不一樣的應用係統中類似的模塊規劃設計放在一塊，讓平台更可靠、更好維護，也讓管廊的承載能力更容易管理，同時，又降低了建設成本、維護成本等。

所謂的類似的地方包括統一的數據傳(chuan) 輸平台，適配各類物聯網終端的模塊化接入設備，構建數據倉(cang) 庫，建立標準化的數據格式。城市智慧管廊綜合管理平台軟件結構如圖2所示。

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圖2城市智慧管廊綜合管理平台軟件結構

2.2.2硬件架構

平台將依據監控的具體(ti) 規範要求，在要求的點位安裝各類傳(chuan) 感采集終端，並對各類采集終端的點位、數據傳(chuan) 輸狀態、在網狀態等數據等進行比對分析，規劃處出較合理的采集終端選點，然後對這個(ge) 選點、數終端數據上傳(chuan) 到數據中心後，係統軟件平台會(hui) 呈現采集現場的實時工作情況，根據以往的曆史數據，加以比對分析，為(wei) 係統預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台硬件結構如圖3所示。

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圖3城市智慧管廊綜合管理平台硬件結構

2.2.3實時GIS地圖

基於(yu) 實時GIS地圖搭建的綜合管廊GIS管理係統，作為(wei) 整個(ge) 監控調度係統的基礎平台，可實時查看管廊本體(ti) 及廊內(nei) 設備和周邊附屬設施的動態運行數據，實實時工況，為(wei) 集中調度和科學決(jue) 策提供重要依據。

2.2.4環境監測數據

作為(wei) 管廊安全係統的感知神經，它是來自自動化控製設備的監測，可將各種情況實時傳(chuan) 遞給監控中心，讓中心管理及相關(guan) 責任人員隨時掌控各種狀況，保證廊內(nei) 管線及附屬設施處於(yu) 正常工作狀態，如果有突發事故發生，能做到迅速預警並觸發相應資源處理。

2.2.5BIM視頻漫遊

提前設置BIM漫遊路線，係統自動漫遊並且顯示相應艙室視頻畫麵。另外，BIM技術的應用支撐下可以達到以下要求：對管廊重要節點、監控中心內(nei) 外部結構、裝飾等進行三維建模和數據仿真分析，用於(yu) 對設計效果、方案優(you) 化等進行提前模擬演練；進行管線碰撞檢查；將設計圖紙和現場進行的勘察資料通過BIM技術進行三維建模，篩選出樁端持力層、岩麵等關(guan) 鍵性工程隱蔽節點，提前製定施工管控措施；通過對建築結構、地下管線的綜合三維模型和專(zhuan) 業(ye) 軟件的虛擬場景漫遊，進行可視化能力的技術交底，實時評估施工過程中安裝管線的工作狀況和效果，及時進行修正；實時掌握物資價(jia) 格、工程進度等信息，以便較優(you) 化調配資源，較大限度保證工程進度。

2.2.6異常報警

當環境監測異常或者發生非法入侵之時，通過模擬顯示屏顯示出入侵的區段及進出人數，並實時記錄入侵的時間、地點，同時通過報警設備發出報警信號，能夠查看提示詳情，並通過彈出的BIM模型界麵，進行相應操作。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(nei) 人員接聽電話。從(cong) 而實現麵臨(lin) 突發事故快速做出應急指揮，引導管理人員進行科學決(jue) 策、有序處理。

2.2.7應用子係統

根據不同層級的管理人員所持有賬號分配相應權限，主要包括人員出入廊子係統、設備健康子係統、日常巡檢子係統、係統管理子係統、應急處置子係統及移動端APP子係統。

人員出入廊子係統：包含門禁卡開辦、外來人員、權屬單位人員、運維人員管及管線出入廊5個(ge) 部分。從(cong) 管線的前期入廊進場施工、中期入廊和後期巡檢維護維修，都可以在這個(ge) 係統上實現線上辦理。

設備健康子係統：包含設備養(yang) 護、維修、添加、檢測標定、替換記錄、備品備件及統計分析7個(ge) 部分。對初次進場設備的名稱、型號、參數、點位等按照統一編號規則編號，並與(yu) BIM和GIS係統數據進行關(guan) 聯。

日常巡檢子係統：包含2個(ge) 部分，即巡檢區域和巡檢記錄，巡檢區域的分區是按照巡檢工作的任務要求，結合線路連貫性的要求，在地圖上基於(yu) GIS功能劃分的，防止繞路或重複巡檢造成人力物力浪費。

係統管理子係統：係統包含登錄賬號管理、日誌、排班、記錄查詢和警情匯總5個(ge) 部分。

應急處置子係統：係統包含演練、記錄、信號複位、會(hui) 商和聯絡薄5個(ge) 部分。

移動端APP子係統：如有工作人員入廊作業(ye) ，可借助手機等移動終端對人員進行定位、通信，也可以實現接收任務、上報結果及門禁開啟等功能。

2.2.8交接班提示

基於(yu) 實時工作記錄錄入、手機掃描交接班等，係統自動創建新工作記錄構建交接班全過程閉環管理，從(cong) 而讓數據完整沉澱、責任明確到人。同時，平台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值班監督

通過設置值班“打卡"功能，如通過每隔3min“打卡"與(yu) 否判斷值班人員是否在崗，作為(wei) 對值班人員的考核依據。同時，支持利用視頻監察係統結合視頻監控係統的視頻分析技術，對於(yu) 檢測到值班人員的離崗睡崗，係統將自動計入視頻監察記錄中，包括離崗人員、離崗時間、睡崗人員、睡崗時間，都會(hui) 進行詳細的記錄；並且視頻進行留痕保存，當值班人員有疑義(yi) 時可查看離崗、睡崗時的監控錄像，進行視頻的調取和查看。

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18luck新客户端、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、有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18luck新客户端係統、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、有效、有序的要求。

3.3平台拓撲

3.4平台子係統

3.4.118luck新客户端

18luck新客户端主要針對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

3.5.118luck新客户端及配電室環境監控係統

安科瑞侯文莉