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综合管廊智能监控功能和基于BIM的可视化设计

发表时间：2021/6/10 来源：《城市建设》2021年5月作者：张楠

[导读] 基于工程BIM的全周期综合管廊智慧管理系统应围绕综合管廊监控与运维管理系统功能需求，实现设备及空间数据层配置、专业平台引擎层展示、业务延展服务层查询、功能模块应用层调用、多终端访问层分析，最终实现环境与设备监控、安全防范、通信系统、消防系统、地理信息等五大系统的智能化管理。

河北石家庄联冠科技有限公司张楠 050000

        一、技术背景
        综合管廊是在城市地下建造一个隧道空间，将市政、电力、通讯、燃气、给排水等各种管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理。城市地下管线是城市运行的生命线，实现管线信息共享、实时监测、集中控制是地下管线管理的基本要求，对于城市安全和管线运行起到重要的作用，在城市化建设中起到推进作用。
        《城镇综合管廊监控与报警系统工程技术规范》GB/T 51274-2017规定需要统一管理信息平台。目前，综合管廊视频监控分系统相对成熟，但各子系统之间由于技术体系不一，采用的标准各异，不仅需要考虑环境与设备监控、通信联络、地理信息等需求，还要兼顾灾难事故预警、安全防范等方面对图像监控的需求，同时还需要考虑报警、门禁等配套系统的集成以及与广播系统的联动，消除系统异构的信息孤岛问题。
        二、需求分析
        综合管廊智慧化系统应包含通风、照明、电力、燃气、排水、热力、视频、门禁、井盖、巡更、出入口、无线覆盖、人员定位、对讲电话、应急广播、火灾自动报警、图像火灾探测、感温光纤检测、气体灭火、电器火灾、消防电源、防火门、管廊结构应变等二十多个专项监控分系统的实时监控及整体系统联动。其智慧化水平还体现在实现信息交互、移动访问、记录查询、运维知识、防灾预警、应急救援等管理，并应能对数据进行分析、挖掘、评估形成决策方案。
为保障城市地下综合管廊的安全、经济和高效运行,针对系统集成、设备接口和数据兼容等问题,设计综合管廊统一管理业务集成平台。包括综合管廊统一管理平台的架构和接口设计、业务基础平台组件构成和在线巡检技术、BIM和GIS可视化技术等。平台可对系统感知到的管廊内部数据进行融合、分析和处理,并借助平台内各业务模块的集成设计,为各项管理工作提供一体化的智能解决方案。
        三、设计原则
        针对综合管廊监控管理的特征，通过监控与报警系统建设，将地理信息、设备运行信息、环境信息、安全防范信息、视频图像、预警报警信号、管理信息等内容进行融合，建立统一的资源库，结合分布式实时历史数据库、预报警分析、大数据分析，全交换组网等优势技术为管廊监控的业务应用服务。
        平台产品以“分布式实时数据库”为核心搭建力控家族“工业控制消息总线”，并支持集成面向服务（SOA）系统架构的“信息服务总线”。贯穿整个企业信息化业务，可以自由构建不同规模的应用，实现从底层工业现场控制、到生产调度中心及上层信息化管理业务系统的融合。
        管廊监控管理中感知设备将采集大量的数据，采用基于多级数据处理的嵌入式中间件系统的体系结构，以及数据分级和分布式处理技术，实现实时信息处理的负载均衡，在应用层以业务目标和价值实现作驱动，强调大数据技术应用，注重海量异构数据的关联分析、数据挖掘和价值发现。
        系统在建设过程中，推行“统一技术标准，实现互联互通;运用BIM技术，构建综合管理的可视化;应用物联网技术，实现终端可知与监控；运用大数据技术，实现数据的存储与分析；运用云服务技术，实现低成本的运维管理与资源整合”的设计原则。
        四、综合管廊智慧管理平台功能规划
        综合管廊智慧管理平台应满足智慧化运营管理的需要,实现信息汇集、共享数据、动态更新、可视监控、报警联动、应急决策、分析统计等功能。
        综合管廊智慧管理平台应按综合管廊的开发规模、区域范围、入廊管项、运营维护模式等确定平台系统架构层级与功能等级。
        综合管廊智慧管理平台应按运营管理需求，预先规划留设各部门管线专项监控、入廊归口单位监控系统及相关政府部门管理系统联接的接口。
        综合管廊智慧管理平台的应符合管廊建设设计施工、验收交付、运行维护、系统安全的技术标准，还应符合现行国家、行业及地方相关标准。
        综合管廊智慧管理平台的功能应包含综合监控及报警、运行维护、应急救援、资产入廊、运营收入、资料档案、系统数据、系统扩展等功能。
        综合管廊智慧管理平台的宜基于工程全生命期BIM应用开发设计，为建设工程规划、设计、施工、运营等阶段提供设施设备的建模和交互数据。
        综合管廊智慧管理平台的应兼容BIM模型的主流数据格式，并提供转换方式和转换工具。可对整体系统数据进行分析与处理，实现管理高级别、跨区域管控的交互联动功能，提高系统的一体化、智慧化、现代化管理水平。
        五、软件架构
        本系统的软件架构设计为四层，分别为：数据层、服务层、应用层和展示层。既满足当前综合管理实时监控与运维管理的需求，又能够满足后期拓展及大数据分析与辅助决策的需要，整体软件架构如下图所示。
系统软件架构

        六、基于工程BIM的可视化设计
        基于工程BIM的全周期综合管廊智慧管理系统应围绕综合管廊监控与运维管理系统功能需求，实现设备及空间数据层配置、专业平台引擎层展示、业务延展服务层查询、功能模块应用层调用、多终端访问层分析，最终实现环境与设备监控、安全防范、通信系统、消防系统、地理信息等五大系统的智能化管理。
        基于BIM全生命周期的综合管廊智慧管理系统应为：在建设工程及设施全生命期内，对其物理和功能特性进行数字化表达,并依此设计、施工、运营、拆除的过程和结果的总称。
        综合管廊工程宜建设BIM数据集成与管理平台可利用GIs、物联网、移动互联、大数据、云计算和人工智能等技术，实现建设工程及设施全生命期内信息数据集成、传递共享和应用的软硬件环境。
        综合管廊监控系统数据在支撑平台经汇总后，形成整个系统的综合数据链路，可以通过归口管理策略的深层次分析，提交上级管理平台，形成高级别的决策报警信息，为信息管理提供帮助，形成专业数据分析、逻辑处理服务平台。
        在综合数据支撑平台中按管理需求重新进行分组归类，中央监控及各专业管理可以在统一界面下，实现系统数据按功能权限访问、设备控制，从而分别按专业租用及业务归口来实现控制与管理的功能。

        平台设置单独的BIM模块，依据CAD图纸、勘察资料及设计图纸建模，将模型及相关信息导入BIM模块，联动运维管理平台应用。在BIM结合的模型中，平台可同步显示氧气、温湿度、可燃气体等环境状态信息和排风机、照明、排水泵等设备的状态信息，还可同步显示广播、电话等通讯设备的状态信息、灭火器等消防设备的信息，以监控视频数据和所有设备的位置信息等。
        此外，平台对于人员的跟踪定位主要通过BIM结合的模型与摄像头跟踪完成三维显示，巡检人员携带通讯设备进入管廊后，通过无线定位系统，平台会自动监测到人员的位置并对其跟踪，发生告警时，平台会联动调取周围的监控。
        在日常巡检流程中，在BIM结合的模型中可直观地看到不同管廊、不同分区、不同设备的具体位置及其状态信息，通过无线定位技术设定巡检轨迹和监控巡检人员轨迹。
        在应急指挥过程中，还可进行图层化的管理，查看应急物资、应急设施、设备等的位置，协助制定相应的应急逃生路线。同时可通过与广播、电话和摄像头等设备的联动，指挥人员快速撤离。

        七、综述
        综合管廊统一管理业务集成平台集成了环境与设备监控系统、安防系统、通信系统、火灾自动报警系统和气体报警系统等子系统。各个子系统的业务集成可实现统一管理、联动控制及数据共享。平台可采集各个子系统的设备运行参数、环境状态参数、报警参数、人员信息、维护数据、安全数据等关键数据，通过数据模型和数据挖掘，为管理者提供决策和执行依据、预测不同季节、不同月份和不同工况的环境变化等。
        基于工程BIM的全周期综合管廊智慧管理系统应围绕综合管廊监控与运维管理系统功能需求，实现设备及空间数据层配置、专业平台引擎层展示、业务延展服务层查询、功能模块应用层调用、多终端访问层分析，最终实现环境与设备监控、安全防范、通信系统、消防系统、地理信息等五大系统的智能化管理。
                                                                                                                                                            2021年2月10日