淺談綜合管廊智慧運維管理平臺應用研究

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：為提升綜合管廊運維管理水平，實現(xiàn)管理的數(shù)字化轉型，采用綜合監(jiān)測系統(tǒng)、BIM+GIS 可視化系統(tǒng)、智能機器人巡檢、結構安全監(jiān)測等技術，搭建實時監(jiān)控、應急管理、數(shù)據(jù)分析等多功能為一體的智慧管廊運維管理平 臺，為綜合管廊運維單位提供數(shù)字化運維管理工具。

關鍵詞：綜合管廊；數(shù)字化；智慧運維；管理平臺

0 引言

隨著我國地下綜合管廊建設推廣，管廊智慧運維 平臺系統(tǒng)功能也愈加完善。李芊等基于BIM技術設計了一種智慧管廊運維管理系統(tǒng)，具體分析了應用三維可視化在管廊運維管理領域的優(yōu)勢；朱雪明對上海世博會世博園區(qū)綜合管廊智能監(jiān)控系統(tǒng)架構和系 統(tǒng)組成進行了介紹并對系統(tǒng)實現(xiàn)的基本數(shù)據(jù)采集內 容和基本系統(tǒng)聯(lián)動功能要點做了總結；李朝棟等基于沈陽某綜合管廊工程背景和GB/T 51274—2017《城鎮(zhèn)綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)工程技術標準》的要求，設計了各子系統(tǒng)相互關聯(lián)的運維管理系統(tǒng)；針對BIM+GIS 智慧管廊運維管理平臺的可視化效果展開研究，通過Unity3D 軟件優(yōu)化，使得BIM+GIS 的運維管理平臺的可視化功能具有實際的應用價值。綜合 管廊智慧管理平臺是綜合管廊建設的重要組成部分， 是運維單位的工具，雖然平臺系統(tǒng)功能不斷 完善，但是目前仍存在一些需要解決的問題：

1）BIM、GIS、SCADA 等系統(tǒng)數(shù)據(jù)關聯(lián)不充分， 跨系統(tǒng)聯(lián)動場景開發(fā)不足，各子系統(tǒng)的雖有基本數(shù)據(jù) 關聯(lián)，但數(shù)據(jù)融合有待進一步加深；

2）巡檢雖然利用了巡更系統(tǒng)、手機端巡檢等方式，但是還需要人員經(jīng)常入廊，針對平臺結合機器人的自動巡檢方式還有待提升；

3）運營管理數(shù)據(jù)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臺存在的問題，本文以 北方某城市綜合管廊項目的平臺建設為背景，對平臺 架構和功能進行設計。

1總體設計思路

智慧管廊運維管理平臺總體架構采用“管、控、營"一體化的設計理念，從平臺架構設計、廊內各項數(shù) 據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析和各專業(yè)智能聯(lián)動等多個方面考 慮；解決地下綜合管廊運營運維過程中因管線產(chǎn)權單 位數(shù)量多、管線種類多且復雜導致的各專業(yè)干擾性 強，難以及時有效溝、通協(xié)、調解決的難題；同時設置 多級管理架構，實現(xiàn)對綜合管廊內部設備的遠程管理 與聯(lián)動控制。

智慧管廊運維管理平臺總體架構為五級體系，自下而上依次為設備執(zhí)行層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、應用 層和展示層。設備執(zhí)行層是平臺體系架構的核心， 是廊內監(jiān)控數(shù)據(jù)采集過程中*關鍵的環(huán)節(jié)，通過該 層設置的各類攝像頭、傳感器以及探測儀器實現(xiàn)綜合管廊全領域內環(huán)境和設備的全過程監(jiān)控；利用傳輸層和數(shù)據(jù)層的傳輸和存儲功能將海量數(shù)據(jù)提供給上層業(yè)務系統(tǒng)進行大數(shù)據(jù)分析、實時控制、展示和應用。見圖1

圖1智慧管廊運維管理平臺總體架構

2關鍵技術功能

統(tǒng)一管理平臺以BIM+GIS 系統(tǒng)為基礎，融合聯(lián)動安全防范系統(tǒng)、環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、應急系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等，實現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)的深度融合和系統(tǒng)聯(lián)動。

2.1 BIM+GIS系統(tǒng)

平臺信息可視化實現(xiàn)基于地理信息系統(tǒng)的綜合信息門戶、三維 BIM 的一體化監(jiān)控、融合 SCADA 的信息采集數(shù)據(jù)以及視頻信息。以“一張圖"模式展示所有環(huán)境與設備監(jiān)測信息、預警與報警信息、安防信息等，為綜合監(jiān)控平臺提供統(tǒng)一的、基于 BIM+GIS+ SCADA 的人機交互界面。

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

圖2 管廊GIS 系統(tǒng)展現(xiàn)

圖3 管廊BIM系統(tǒng)展現(xiàn)

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

2.2 綜合監(jiān)控系統(tǒng)

智慧運維管理平臺的綜合監(jiān)控系統(tǒng)涵蓋了GB/T 51274—2017 要求的管廊內設置環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、預警與報警系統(tǒng)并增加 了結構健康監(jiān)測系統(tǒng)和機器人巡檢系統(tǒng)。各系統(tǒng)的傳感設備及執(zhí)行設備均按照防火分區(qū)設置。

2.2.1 環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)

包括環(huán)境檢測、通風設備和排水設備監(jiān)控、照明監(jiān)控和配電監(jiān)控。環(huán)境檢測包括廊內溫度、濕度、氧氣濃度、集水坑水位、硫化氫氣體監(jiān)測。系統(tǒng)可根據(jù)需要對風機、水泵、照明進行遠程啟停并對電力系統(tǒng)參數(shù)進行監(jiān)控。管廊內部各專業(yè)設備實時狀態(tài)能夠在監(jiān)控中心大屏上顯示，同時在控制系統(tǒng)操作界面以 數(shù)據(jù)報表的形式體現(xiàn)。系統(tǒng)能夠顯示設備目前的運行狀態(tài)，當設備發(fā)生故障時，傳感器及時發(fā)出故障信號，管理人員通過攝像頭身處監(jiān)控室便能夠了解設備 故障發(fā)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(yǎng)。

2.2.2 安全防范系統(tǒng)

為保障管廊內設施安全，有針對性地設置有效安全防范措施并在監(jiān)控中心設置相應顯示、記錄和控制 設備，當有外人非法入侵管廊時報警，控制中心采取相應措施。安防系統(tǒng)包括門禁、防入侵、電子井蓋、電子巡更系統(tǒng)等。

2.2.3 通信系統(tǒng)

為實現(xiàn)綜合管廊內各區(qū)間巡檢維修人員之間及與控制中心值班人員之間內部無障礙溝通，配備獨立 的內部語音通信系統(tǒng)，每個防火分區(qū)每艙設置通信點；同時綜合管廊內部實施無線網(wǎng)絡覆蓋，實現(xiàn)監(jiān)控中心對管廊內無線通信主要設備運行狀態(tài)和入廊巡檢維修人員狀況的實時監(jiān)測，滿足巡檢維修人 員日常工作通信需求。

2.2.4 預警與報警系統(tǒng)

主要針對電力艙室設置火災自動報警系統(tǒng)。監(jiān)控中心消防控制室設置中心火災報警控制柜，柜內設 火災報警聯(lián)動主機、防火門監(jiān)控主機及消防電源監(jiān)控 主機，通過監(jiān)控與報警統(tǒng)一管理平臺進行軟硬件整合，實現(xiàn)對火災報警系統(tǒng)的監(jiān)控。在綜合管廊內設置 感溫、感煙探測器及消防區(qū)域控制器，同時配合設置現(xiàn)場報警按鈕，構成綜合管廊內火災自動報警系統(tǒng)。

2.2.5 結構健康監(jiān)測系統(tǒng)

由于本項目距離地鐵施工地段較近，為避免地鐵施工及運行對管廊結構產(chǎn)生影響，設置了結構健康監(jiān)測系統(tǒng)，采用壓差式沉降儀、傾角測量儀、三軸測振儀等設 備，實時監(jiān)測廊體結構的沉降、傾斜及振動信息。綜合 管廊振動及沉降監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測管廊受力情況，保證結構安全承載；對整個結構狀態(tài)進行連續(xù)的、實時的、在線的 健康狀態(tài)監(jiān)測和評估，對結構的安全性作出實時、準確 的評價，很大地延拓傳統(tǒng)人工檢測內容，實現(xiàn)預測維修， 提高養(yǎng)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(fā)生。

2.2.6 智能機器人巡檢系統(tǒng)

機器人本體搭載紅外熱成像儀、攝像機、氣體傳感器等設備，可針對電力艙、綜合艙等艙室進行智能巡檢，可識別環(huán)境溫度及氣體變化等事故情況并將事故信號上傳至統(tǒng)一管理平臺，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(fā)了自動巡檢模式： 通過平臺巡檢管理模塊定義巡檢內容、巡檢路程、巡 檢時間、巡檢條目，定時觸發(fā)機器人按照平臺預設進 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(tǒng)一管理平臺的 BIM 和GIS 界面上，相關數(shù)據(jù)與巡檢管理模塊聯(lián)通，生成巡檢記錄和巡檢報告，同時巡檢時發(fā)生的告警信息與平臺 告警管理模塊聯(lián)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(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動

運行過程中可實現(xiàn)監(jiān)控與報警系統(tǒng)各子系統(tǒng)本系統(tǒng)和跨系統(tǒng)聯(lián)動控制，可實現(xiàn)系統(tǒng)預設自動調度聯(lián) 動、人員監(jiān)控中心手動調度聯(lián)動，還可以通過設置權限實現(xiàn)管廊內人員手動調度聯(lián)動。本功能模塊向設備下發(fā)聯(lián)動指令、記錄聯(lián)動日志、提供聯(lián)動界面通知等，主要實現(xiàn)告警聯(lián)動設備跟蹤與處置、人員活動時設備節(jié)能聯(lián)動的功能。各系統(tǒng)聯(lián)動控制和調度場景較多，典型聯(lián)動控制策略如下。

1）當某段防火區(qū)氧氣含量、溫度、濕度、有毒有害氣體濃度超過或低于各自設定閾值時，檢測儀表發(fā)出報警信號，同時綜合監(jiān)控平臺自動啟動該區(qū)段的通風設備， 強制換氣，保障工作人員和綜合管廊內設施的安全。

2）在管廊集水坑內設置液位計，現(xiàn)場水泵控制箱根據(jù)液位報警信號自動啟動水泵，強制排水，保障集水坑積水液位保持在警戒液位之下；當集水坑內液位 超過超高液位時，向監(jiān)控中心報警，同時聯(lián)動攝像機監(jiān)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(jù)液位高低控制水泵啟停。

3）當非法人員由外部公共區(qū)域通過投料口進入管廊內部時，入侵報警系統(tǒng)可以聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將攝像機現(xiàn)場圖像切換到監(jiān)控中心的大屏幕顯示器上。

4）當有人進入管廊內部巡檢時，出入口控制系統(tǒng)，可聯(lián)動照明控制系統(tǒng)，將現(xiàn)場區(qū)域的照明燈打開。

5）視頻監(jiān)控與火災自動報警系統(tǒng)的聯(lián)動?；馂膱缶到y(tǒng)出現(xiàn)火警信號時，該區(qū)域攝像機信號切換 到控制室監(jiān)視器上，觀察火情大小、是否報；同時進行 記錄，方便事后以報警事件為條件的查詢和回放。

6）機器人系統(tǒng)與BIM+GIS 系統(tǒng)聯(lián)動，機器人拍攝畫面呈現(xiàn)于BIM或GIS界面上，數(shù)據(jù)和畫面同步，在巡檢和應急處置的場景下，可快速搜集數(shù)據(jù)，展現(xiàn)現(xiàn)場狀態(tài)。

2.3 應急管理系統(tǒng)

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(jù)運維單位的應急管理體制，實現(xiàn)平臺 化管理。平臺典型應急管理應用功能實現(xiàn)：現(xiàn)場接收 到應急事件報警時，地理信息系統(tǒng)+BIM 平臺自動顯示報警地點并發(fā)出報警提示；獲取事件或報警信息后，自動調取事件周邊攝像機圖像，自動切換至監(jiān)控中心大 屏以便及時了解事件詳情，在展示平臺自動顯示事件 發(fā)生點周邊可控制的設備；應急模塊自動生成相關預 警、告示、提醒等相關信息并在管理員確認后發(fā)布，及 時發(fā)布預警信息以防止事態(tài)擴大；發(fā)現(xiàn)事件后要求可 自動顯示事件發(fā)生點附加的應急資源，包括應急人員 和車輛、醫(yī)院；事件處理過程要求能夠全程監(jiān)控，可將 過程通過系統(tǒng)反映到總監(jiān)控中心。對于重大事件，可 將地理信息系統(tǒng)地圖、監(jiān)控視頻和數(shù)據(jù)等切換顯示至 視頻會商系統(tǒng)，便于應急事件的應急會商和指揮調度。

2.4 數(shù)據(jù)分析

實現(xiàn)對管廊環(huán)境參數(shù)、設備參數(shù)、事故告警、入廊 人員活動等信息的匯總統(tǒng)計并與歷史同期水平進行對比分析。

2.4.1統(tǒng)計分析功能

1）告警統(tǒng)計。實現(xiàn)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(jiān)控員分析；告警趨勢分析； 告警同比環(huán)比分析。

2）環(huán)境趨勢分析。分年、月、日、時段分析；分艙室分析；分防火分區(qū)分析；分傳感器分析；環(huán)境參數(shù) 趨勢分析；環(huán)境參數(shù)同比環(huán)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(xiàn)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(xiàn)分年、月、日、時段分析；分艙室分析；分防火分區(qū)分析；分單位、組織、人員分析；分入廊作業(yè)分析；入廊時長分段分析；結合人員安全告警分析。

2.4.2輔助決策功能

對基礎數(shù)據(jù)和運維過程信息數(shù)據(jù)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(yǎng)護信 息進行處理，輸出運維決策評估和建議。針對設備能 耗分析、人員入廊活動分析等數(shù)據(jù)，配置相關預警規(guī)則，設置運維決策建議，制定多種節(jié)能運維措施，為管 理單位在低碳運行、安全運行方面提供輔助決策。

隨著運維數(shù)據(jù)的不斷積累，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗沉淀，持續(xù)對平臺決策功能迭代更新。

3 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

3.1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、系統(tǒng)架構、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協(xié)調復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。

3.2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)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源系統(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)一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

3.3平臺拓撲

3.4平臺子系統(tǒng)

3.4.1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、事故報警及記錄等。

3.4.2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、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的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

3.4.3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的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、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。

3.5相關平臺部署硬件選型清單

3.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

4 結語

       通過BIM+GIS、機器人、結構檢測等關鍵技術的應用，結合數(shù)據(jù)分析功能和輔助決策功能，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(xiàn)了綜合管廊運營期間規(guī)范化和智能化管理的目標。該平臺在工程實踐中的成功應用，為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】魏華杰.綜合管廊智慧管理平臺應用研究.

【2】李 芊，許高強，韋海民.基于 BIM 的綜合管廊運維管理系統(tǒng)研究[J].地下空間與工程學報

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05

作者簡介：任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監(jiān)控研究發(fā)展。