摘要：智能化是綜合管廊運維管理的發(fā)展方向，但多地先后建設的綜合管廊運維管理平臺都缺乏體系架構的統(tǒng)一標準。本文在分析綜合管廊運維管理平臺體系架構的研究現狀的基礎上，提出了一種5層智慧運維管理平臺體系架構的建議標準。在物理層分析了綜合管廊的功能需求。在數據層梳理并分析了運維數據來源的不同生命期和所處位置，提出了一種基于情景分類的高性能數據服務方法。在服務層提出了一種分段分艙的位置服務方法。對應用層功能進行了梳理、總結和分析，把核心運維工作分成了運營、維護、安全和施工四大子系統(tǒng)。*終實現了一個基于Web的綜合管廊運維管理原型系統(tǒng)。

關鍵詞：綜合管廊；智慧運維；運維管理平臺體系架構；管廊位置服務

0 引言

《全國城市市政基礎設施建設“十三五"規(guī)劃》提出，到2020年，綜合管廊建設達到8640公里，目前已建與在建達到目標?！?020中國城市地下空間發(fā)展藍皮書》統(tǒng)計，根據全國31個省級行政區(qū)劃單位公布的城市地下綜合管廊建設規(guī)劃，合計擬建設城市地下綜合管廊12000公里以上。

綜合管廊是城市的生命線，包含了支持居民生活和工業(yè)的基本公共服務，需要得到高效的維護。但隨著綜合管廊規(guī)模不斷擴大，里程數增加，納入的管線種類越來越多，傳統(tǒng)管理模式已無法滿足綜合管廊的運維需求，需要借助科技的力量來減輕運維人員的工作量，智能化是綜合管廊運維管理的重要發(fā)展方向。多地先后都結合智能化手段建設了運維管理平臺，但采用的信息技術、運維數據分類、功能模塊劃分、體系架構都缺乏統(tǒng)一標準。隨著綜合管廊智慧運維的發(fā)展，亟待建立統(tǒng)一的智慧運維體系架構，明確各層的需求、功能、服務、接口等。

1 綜合管廊運維管理平臺體系架構研究現狀

王婉等分析了綜合管廊智能運維的關鍵影響敏感性因素。XianfeiYin等研究了管廊運維數據類型，針對綜合管廊項目運維特點，提出了基于BIM的綜合管廊運維管理系統(tǒng)。梁忠恕［1］介紹了新加坡濱海灣綜合管廊的智慧運維平臺和標準作業(yè)流程。安徽阜陽試點項目實際應用驗證了感知、傳輸、數據、服務、應用5層體系的運維管理平臺，上海北島西路管廊項目采用了支撐層、感知層、數據層、中間服務層、業(yè)務服務層、接入層、用戶層的7層系統(tǒng)架構。相關文獻中的綜合管廊運維管理平臺的系統(tǒng)架構的統(tǒng)計分析如表1所示。

表1綜合管廊運維管理平臺系統(tǒng)架構統(tǒng)計分析

續(xù)表1

2 一種五層智慧運維管理平臺體系架構

圖1提出了一種綜合管廊智慧運維管理平臺層體系架構，從下向上依次是物理層、傳輸層、數據層、服務層和應用層。平臺可以應用于PC機的Web系統(tǒng)、工業(yè)大屏、移動App、巡檢機器人等。

圖1本文提出的綜合管廊運維管理平臺5層體系架構

圖1本文提出的綜合管廊運維管理平臺5層體系架構（續(xù)）

3 管廊運維管理平臺物理層

綜合管廊中已大量應用傳感器、RFID、物聯網、無線定位、紅外線熱成像、攝像頭等技術和設備，形成了豐富的綜合管廊信息系統(tǒng)，例如，管廊結構監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、入侵監(jiān)測系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、監(jiān)控通風設備、排水系統(tǒng)設備、火災自動報警系統(tǒng)、電子巡查管理系統(tǒng)、機器人巡檢等系統(tǒng)。但這些系統(tǒng)大多還是局部性的粗糙應用，并沒有精細化的明確綜合管廊的運維需求。表2從全局的角度，結合綜合管廊運維特點，將物理層的感知智能分為綜合管廊環(huán)境、本體結構、入廊管線、附屬系統(tǒng)設備及運維系統(tǒng)五種類型，明確了綜合管廊運維管理平臺中物理層的精細需求，如監(jiān)測項目、方法、工具、內容、測點布置和處置裝置等。

表2綜合管廊運維管理平臺物理層感知智能的功能需求

4 管廊運維管理平臺傳輸層

廊內各類通信技術的使用是管廊安全穩(wěn)定運行的前提之一，很大程度上決定了管廊運維過程中的實用性及有效性。運維管理平臺的傳輸層包含管廊內實時數據采集系統(tǒng)到分控中心，分控中心到總控中心，以及控制中心與控制設備之間的數據傳輸。管廊內可以通過分布式光纖、5G無線傳感網絡、WIFI等技術搭建。此外，由于存在遠程IO，同時網絡節(jié)點數量多，拓撲復雜，故對現場網絡實時性有很高的要求，可以采用新一代基于工業(yè)實時以太網技術的自動化總線標準PROFINET。

5 管廊運維管理平臺數據層

5.1運維數據來源

圖2從綜合管廊的各個生命期階段及不同結構部分，分析了綜合管廊運維數據的主要來源。

圖2綜合管廊運維數據來源分析

其中，管廊BIM建筑模型，主要包含規(guī)劃設計階段的幾何信息，如模型的空間位置關系和構件尺寸等。管廊BIM結構模型，主要包含建造施工階段的非幾何信息，如結構材質、設備型號等。入廊管線BIM模型，包含鋪設路徑、管線用途、性質、使用單位等。內部設備設施BIM模型，包含附屬設施幾何尺寸、材質、構造、名稱、型號等。完成施工建造后，應依據實際建造情況對設計階段的BIM模型進行校驗，以提交虛實一致、準確的BIM竣工模型。

3DGIS模型包含管線的起始點、監(jiān)測設備、安全進出口等的位置。入廊管線BIM模型、內部設備設施BIM模型、和3DGIS模型，通常在建造施工階段獲取，也可以在之后的運維階段新增。

管廊內基礎監(jiān)測信息主要包含環(huán)境類參數，如溫濕度、氧含量、有毒氣體、可燃氣體濃度等，和介質類參數，如水流量、用氣量、用電量、水壓、氣壓、電纜接頭溫度、積水坑液位等。

運維數據主要包含運營、維護、安全、施工四大部分，如設備和傳感器列表、員工信息、產品數據、供應商信息、設備維護計劃和其他傳統(tǒng)維護管理數據等。

數據層主要包含BIM模型數據庫、GIS數據庫、周邊環(huán)境數據、實時監(jiān)控數據、運維數據庫等。

5.2基于場景的高性能數據服務

綜合管廊運維會產生海量數據，且數據類型豐富，需要高性能的數據服務。GrossmannM等從數據項的更新頻率及查詢使用兩個角度，對數據及其應用情景進行了研究。結合綜合管廊的特征和GrossmannM的數據分類方法，可以對綜合管廊運維數據進行如圖3所示的分類，根據其對存儲、讀寫、查詢等的不同需求，從而相應的設置特定的數據服務器提供不同情景的高性能數據服務。

圖3 基于更新頻率和查詢使用的情景分類高性能數據服務

（1）靜態(tài)BIM數據。主要包括從前期設計和施工BIM竣工模型繼承的綜合管廊準確的建筑模型和結構模型、入廊管線模型、廊內的內部設備模型。

（2）靜態(tài)位置數據。管廊本體結構、入廊管線、附屬設施的位置坐標數據。例如，內部管線的起點、接口、終點、所屬單位及周圍環(huán)境、路徑縮略圖等。

（3）靜態(tài)運維數據。即運維基礎數據，例如，傳感器和設備列表，入廊管線的鋪設路徑、管線用途、性質、管理單位等。

（4）動態(tài)位置數據。移動對象，如巡檢人員、機器人等的動態(tài)位置數據。

（5）動態(tài)運維數據。例如，值班、巡檢、作業(yè)、檢修、維護、應急響應等數據。

（6）實時監(jiān)測數據（歷史和預測數據、時序數據）。具有靜態(tài)位置的傳感器實時動態(tài)采集的管廊內的環(huán)境、設備、管線等狀態(tài)數據都帶有時間標記，對象ID與時間標記共同標識一筆歷史數據。歷史數據一旦創(chuàng)建就不能修改。對于歷史和預測，可以通過使用壓縮算法或放棄某些數據的存儲歷史來減少數據量。

6 管廊運維管理平臺服務層

綜合管廊運維管理平臺的服務層主要包含第三方的服務，如位置服務、BIM引擎、3DGIS引擎、工作流引擎等。

位置服務是綜合管廊運維中常用的基礎服務，可采取分段分艙的方式提供，包含ID查詢、范圍查詢、*近鄰居查詢等功能，其層級規(guī)模具有高可伸縮性。綜合管廊分段分艙示意圖如圖4所示。

圖4綜合管廊分段分艙示意

圖5綜合管廊分段分艙位置服務

圖4對應的位置服務如圖5所示，位置服務由一組層級結構的位置服務器協(xié)作提供，每個位置服務器負責一片地理區(qū)域。僅葉子服務器才負責存儲在其負責區(qū)域中的對象的位置坐標。高層服務器服務區(qū)域由其下全部葉子服務器負責區(qū)域組成，且僅存儲前向指針而不存儲對象坐標。沿著前向指針可以逐級索引到葉子服務器，從而找到對象的實際位置坐標。葉子服務器1負責中間分段管廊的中間艙室，葉子服務器2負責中間分段管廊的右側艙室。位置服務器1負責中間分段管廊所有艙室。葉子服務器3負責右側分段管廊的中間艙室，位置服務器2負責右側分段管廊所有艙室。根服務器負責全部管廊區(qū)域。

7 管廊運維管理平臺應用層

應用層的核心功能主要劃分為運營管理（Operations）、維護管理（Maintenance）、安全管理（Security）和施工管理（Engineering）四大子系統(tǒng)。

運營管理子系統(tǒng)主要包含供應商管理、安裝公司管理、系統(tǒng)管理、組織機構管理、人員管理、資料管理、設備管線管理、合同管理、成本管理、設備設施運行狀態(tài)管理、空間管理、日常巡視檢查、進出管廊監(jiān)管理、值班（日常值守）管理系統(tǒng)、指揮調度系統(tǒng)、績效考核管理系統(tǒng)、設施損壞賠償等。

維護管理子系統(tǒng)主要包含設施設備保潔、養(yǎng)護管理、維修管理、檢測管理、大中修管理、更新改造、安全保護、設備資產管理、備品備件管理、技術檔案管理、隱患管理、故障管理等。

安全管理子系統(tǒng)主要包含火災和水淹應急預案、停電應急預案、暴力事件應急預案、傳染病應變計劃、煙霾（嚴重空氣污染）應急計劃、事故報告模式等。

工程管理子系統(tǒng)主要包含保護區(qū)控制區(qū)管理、施工監(jiān)管、管線入廊管理、新管廊接管管理等。

8 原型系統(tǒng)

本文基于BIM+3DGIS技術，采用AutodeskRevit設計了綜合管廊BIM模型，并導出為UDBX數據源格式，通過SupermapiDesktop軟件生成工作空間與三維場景。將管廊模型、第三方公開的地理地圖信息、該地理位置的數字高程地形地勢信息、其他輔助構件等數據有機融合，形成一體化的三維場景，方便了用戶對使用現場環(huán)境有直觀、便捷、高效的理解。原型系統(tǒng)實現了BIM可視化漫游、環(huán)境監(jiān)測、入廊管線監(jiān)測、附屬設施監(jiān)測、運維管理等功能（圖6）。

圖6基于BIM和3DGIS的綜合管廊智慧運維管理平臺原型系統(tǒng)

9 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

9.1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據支持，從數據采集、通信網絡、系統(tǒng)架構、聯動控制和綜合數據服務等方面的設計，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。

9.2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獲取數據，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。

9.3平臺拓撲

9.4平臺子系統(tǒng)

9.4.1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。

9.4.2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、消防數據的采集、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。

9.4.3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。

9.5相關平臺部署硬件選型清單

9.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

9.5.2電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

9.5.3消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)

9.5.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

9.5.5消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)

10 結語

我國綜合管廊已逐步從快速建設期進入了正式運維管理期，豐富的智慧運維管理技術和手段被采納實施，但如何綜合應用各種智慧運維技術、盡快提出統(tǒng)一的運維管理平臺體系架構標準成為智慧運維管理的關鍵問題之一。本文分析了綜合管廊運維管理平臺的體系架構的研究現狀，提出了一種5層體系架構，并對每一層進行了深入的分析和探討。在物理層分析了綜合管廊主要的監(jiān)測對象和方法。在數據層分析了運維數據來源的不同生命期和所處位置，并提出了一種基于情景的綜合管廊運維數據高性能服務方法。在服務層提出了一種分段分艙的位置服務方法。在應用層把核心運維工作分成了運營、維護、安全和施工四大子系統(tǒng)。*后，本文實現了一個基于Web的綜合管廊運維管理原型系統(tǒng)，對提出的5層平臺體系架構進行了驗證。

參考文獻：

【1】梁忠恕.全生命周期管理：地下綜合管廊的新加坡模式［J］

【2】汪小波，暴雨，李開華.一種綜合管廊智慧運維管理平臺體系架構的研究

【3】安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05