浅谈基于物联网技术的地下综合管廊智慧管控平台建设分析

摘要

关键词：物联网；GIS系统；地下综合管廊；管控平台

0引言

2015年,财政部与住房和城乡建设部公布了10个城市作为地下综合管廊建设试点,自此,该类工程建设在国内多个城市陆续展开.在传统施工模式中,地下管线缺乏系统规划,导致道路施工等工程难以规避不良影响,而电力通信燃气及排水等领域虽各自独立管理但缺乏有效的实时监控与综合管理机制,这使得资金物力投入严重浪费,运营维护难度加大,存在诸多安全隐患.一旦发生事故可能引发连锁反应甚至灾难性后果,严重威胁人民群众生活安全及财产安全.而综合管廊则通过统一规划与集中建设提升了地下空间利用率,并借助物联网GIS等先进技术搭建智慧化运维管理系统从而大幅降低了地下管廊在施工运用过程中出现故障灾害的概率.要构建智慧城市地下综合管廊信息管控平台需要从经济适用安全等方面考虑建设标准从全生命周期管理角度出发以及确保实际运行中的便捷性有效性等多个维度考量因此必须积极应用物联网GIS等先进信息技术.由于综合管廊涉及多种不同管线要想实现统一维护标准需建立相应的实时监控管理系统从数据一致性角度而言各子系统间必须实现信息共享避免信息孤岛从而要求管控平台具备统一灵活快速响应且全面的数据处理体系既能满足当前管理需求又能一定程度上满足未来新增业务需求实现对整个管廊系统及相关设施使用人群的信息高度集成基于物联网等技术手段实现信息化互联互通;在监控方面配备传感器实时采集消防参数温度变化气体浓度等关键指标利用GISBIM等技术获取相关数据的空间位置信息这些数据通过互联网传输至监控中心管理人员可进行实时监测分析并对潜在安全隐患进行合理应对.

1我国地下综合管廊的管控现状分析

上世纪中期欧洲城市建设形成了综合管廊的概念，并在此后成为日本美国等国家依次将该理念引入的过程。与此同时我国台湾北京广州上海等地也建设了一些规模较大的综合管廊设施并且运行多年。从可行性分析施工建设和规划设计这几个方面展开研究国外对于综合管廊的研究重点较为集中而对其运营管理和维护方面的研究则较为薄弱一些。2015年相关政策明确指出各大城市应该积极且合理地推进地下综合管廊建设以解决‘地’的问题但根据目前实际运行情况来看存在一些管理上的不足之处。

1.1管廊管理的方式落后

当前国内已建成运营的地下管廊中绝大多数采用了传统的物业管理模式对综合管廊实施安全监控等相关管理措施

1.2管廊管理单位的工作机制不合理，各单位间联动性不足

综合管廊的管理涵盖多个维度，在实际运行中往往需要协调多方面的力量才能实现有效运作。为了共同配合这一目标，在信息交换与协作方面必须建立一套高效的联动协调机制。然而，在当前的实际操作中还存在一些不足之处：首先是在这类项目中还未建立起信息化的整体管控平台；其次是在各参与单位内部尚未建立起统一的标准工作流程。这些缺陷不仅会导致信息传递方式过于多样化难以实现快速同步，
更容易产生诸多潜在的安全隐患，
从而影响整体项目的统一管理和相关部门的有效监督。

1.3缺少保障管廊高效、可靠运行的支持系统，或其功能性不足

综合管廊布置于地下密闭空间内，其管线种类丰富且附属设施同样繁多多样，在确保管廊安全可靠运行的基础上还需要配备消防、火灾报警、温控监测、气体监测、湿度监测等基础保障系统，并通过信息技术手段构建集成视频监控和无线通信等配套功能的协同管理平台来提高管廊整体管控效能。然而目前许多综合管廊在配套系统建设方面仍显不足，在视频监控等基础功能方面也存在明显缺失或质量参差不齐的问题

1.4对管廊运营数据的再利用不足

在管廊的建设与运营阶段中，会产生大量的监测数据。这些数据将涵盖管廊运行过程中的各项变化信息以及各类管线和设施所处的稳定状态等关键指标。基于此，在大数据技术与云计算技术的支持下，可以通过对复杂数据进行深入分析和研究，在未来一段时间内精准预测管廊的运行趋势，并及时识别可能发生的不良状况；从而制定相应的应对措施以防范于未发。然而，在当前的城市发展进程中虽然普遍推广了地下综合管廊建设但并未充分挖掘并应用各类信息化手段来优化管理工作的效率；这在一定程度上限制了相关部门对于管廊运行状态的有效监控进而增加了管理成本或未能及时重视这一重要工作环节

2物联网、BIM等技术简介及其在地下综合管廊管控中的应用现状

2.1 BIM技术

BIM技术被广泛应用于建筑工程领域，在基于数据构建模型的基础上为建筑设计与施工提供了可视化参考方案,从而加强了各方面的信息交流,进而优化设计缺陷,改进结构设计以及施工方案,为施工主体与监理单位等提供了更加便捷的信息支持。
随着近年来BIM技术在建筑行业中的广泛应用,时间进度参数、成本造价等关键指标也被纳入到BIM模型之中,从而对项目投资周期、施工进度安排、施工质量控制以及项目合同履行等方面实现了更为系统化与标准化的全过程管控。
基于BIM技术的优势,BIM方法也逐渐延伸至基础设施管理领域,包括地铁站管理与地下管廊管控等方面的应用,但在综合管廊系统建设领域的研究与实践却相对较少。

2.2 CIS技术

基于计算机硬件与软件的支持，
GIS系统可实现对地球表面空间内地理数据的整体采集、分析与存储等基础功能。
其优势主要体现在利用丰富的地理信息资源来处理用户的实际需求，
并可根据用户需求开发专门的地理信息服务系统。
该技术能够提高应急响应效率及准确性，
在综合管廊管理领域中发挥重要作用。
将GIS技术应用于地下管网管理中，
例如，在天然气管道上建立火灾预警模型，
能够快速识别相关危险区域，
判断火灾可能向哪些区域蔓延，
从而更加有效地进行防火灭火工作。
与此同时，
将BIM技术与GIS相结合，
前者能为整体系统提供更为丰富且精确的空间信息，
而后者则利用自身的环境数据支持BIM系统的决策优化。
两者整合后可实现从宏观到微观的不同层次管理功能。
然而目前二者的融合仍存在较大缺陷：
其一表现为可视化效果欠佳；
其二则存在大量数据丢失的问题。

2.3物联网

基于互联网构建而成的信息网络系统中包含着多种射频、传感设备及GPS定位装置等技术元素，在实时采集和传输相关信息的基础上能够实现物与物之间以及物与群体间的互动关系分析，并通过这些互动关系为相关用户提供相应的服务支持。在综合管廊中部署各类射频监测、智能传感设备等设施后能够更加便捷地获取装载设备的各项基础参数数据以及运行状态信息，并在此基础上建立完善的监测数据体系以辅助分析管廊整体环境状况变化规律以及各参与主体间的作用关联性，在此基础上与地理信息系统等技术手段相结合能够有效整合管廊内的多维度信息资源从而显著提升数据分析效率并优化决策质量的同时通过网络化手段实现各类数据资源的有效整合利用以促进相关部门间的协同工作并切实保障用户体验

3基于物联网与GIS的地下综合管廊智慧管控平台的建设分析

地下综合管廊管控系统需要建立一个信息化的智慧管理系统来负责其日常运营工作。该系统主要负责整合并接收管廊内各种实时监测数据以及管网运行状态，并通过实时监控确保管廊系统的安全性。此外还赋予管理团队远程操作相关调控设备的能力以提升应急响应效率。本文将利用物联网技术与地理信息系统（GIS）相结合开展研究旨在构建一个集设备监控环境监测与安全防范于一体的智能化管理平台

3.1综合管廊智控平台的构架设计

管控平台应具备综合管廊对安全运行等多个方面的功能需求，并需对其供电系统进行全面管理；为了便于统一规划和规范化管理，则可采用统一架构和标准进行分层设计：

感知层：通过摄像头系统和传感器网络来实现对管廊内气体环境的实时监测。借助温湿度传感器、电力监测装置以及水位检测系统综合评估管廊的整体运行状况。配备风机系统负责通风排湿功能，并配置水泵用于调节水位平衡工作；同时安装照明设施确保夜间监控需求，并配备消防报警装置完成应急安全防护措施；从而为其安全管理和维护工作提供更为可靠的支持。

(2) 接入层：致力于为多种设备提供统一接入服务，并整合多种通信产品及相应的接入方案。该系统通过数据采集与管理接口实现对当前主流的各类通信协议的支持功能。具体而言，在此平台下可使各种传感器装置、风量调节系统、配电设施、燃气设备以及排水系统等都能迅速完成接人操作。

传输层：根据需求和安装条件灵活选择有线或无线通信方案，在确保数据传输安全的同时实现快速的数据交互功能。该系统能够实时感知管廊设备的状态信息，并通过远程操作系统完成相关设备的操作指令。

数据层：借助消息转达中间层、数据库及数据缓存等基础支撑服务配合云计算及大数据等技术支持，在管廊中搭建起全面的数据处理与存储体系，并全面支持管廊从规划到运行的全生命周期管理。

基于GIS（地理信息系统）、BIM（建筑信息模型）以及三维展示技术的应用与支撑下

3.2各子系统的建设

(1) 监控系统：作为地下管廊安全运行的关键组成之一的是监控设备及系统。它主要由两大类构成：区域控制器与环境传感器。通过光纤网络等多种手段实现监控信息的实时传输至安防信息平台。在管廊安全监控系统中构建起由ACU箱、环境监测传感器以及光纤网络组成的监测架构，并由安防监控中心接收、处理并指令相关设备执行特定任务。为了进一步提升系统的可视化效果可采用高清摄像头结合全网络覆盖的数字化组网方案同时深化应用GIS BIM等先进技术手段。具体来说该平台可设置独立的GIS模块基于管廊建设相关CAD图纸以及勘察数据构建并导入完整的管廊模型及其相关信息依托BIM技术提供管廊主体结构投料口出线口等设施的具体参数数据同时GIS技术则从宏观到微观层面展现管廊的整体结构布局类型特征及其各设施的具体地理位置分布情况包括沿线交通地质等要素的信息从而为系统的安全管理应急救援等工作提供全面的可视化辅助

(2) 安全管理系统。通过这种方式对相关工作人员赋予相应的权限，并确保各类操作均获得与其相应的权限等级。该系统不仅能够防止工作人员擅自进入管廊或从事其他不当的操作，并且还能够阻止工作人员擅自进入管廊或从事其他不当的操作。此外, 该系统还能够结合监控系统, 按照预先设定的程序对任何不良操作进行警示

(3)入侵监测系统。在综合管廊智控平台建设过程中，相关人员应制定合理的防御策略以便保证系统在该阶段不受外界侵入威胁。通过平台的布防配置来设定系统的操作权限与安全监控指标，并通过自动化的安全机制触发报警提示告知工作人员具体的安全威胁并提供相应的解决方案建议。

(4)门禁系统。采用无线射频等技术手段搭建门禁管理系统，在非管理区域及维修点禁止非管理及维修人员进入各出入口，并借助射频识别技术和监控手段实现身份验证与行为记录。该系统旨在防止人员擅自闯入、操作失误以及有意损坏设施。

火灾报警系统及相关消防设施。通过烟感探测器等设备实现对管廊内烟雾浓度值的监测。当监测到的数值超出安全阈值时, 系统将自动触发火灾报警装置发出警报, 并将警报信息传递至监控平台供工作人员查看。随后, 消防系统根据检测到的具体数值自动启动喷水灭火系统, 同时管理人员还可以通过监控平台执行必要的灭火指令, 从而快速制定并实施有效的应急处置方案。

数据分析与维护体系。基于对数据定义及其结构的基础之上进行选择，并实施标准化管理以实现对各项信息的有效收集与处理。该体系不仅包括数据分析功能还包括数据分析评估以及相应的结果应用分析过程等基础性工作内容。其优势在于能够有效提升信息资源的质量并促进决策信息的及时获取与应用效率。数据分析维护并非独立设置的一个子系统而是整合于各系统的运行当中通过各系统的协同维护确保信息资源的真实可靠性从而保障各类原始信息在存储转换以及传递过程中的完整性与准确性

4 AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台

4.1平台概述

AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台整合了电力监控等技术，在实现高效的数据支持方面具有重要价值。该平台旨在为构建安全可靠的综合管廊管理体系提供技术支持。从本体感知到通信网络再到系统架构等多个方面进行系统设计与优化，在解决由于内部干扰强导致协调困难等问题上有明显成效。该平台通过显著提升系统的可靠性与可操作性，在提升基础设施的使用效率与恢复能力方面发挥了重要作用。

4.2平台组成

该平台为安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统提供了一个深度集成的自动化解决方案。它整合了包括10KV/O.4KV变电站电力监控、变电所环境监控在内的多个子系统。通过浏览器或手机APP应用等途径可方便获取相关数据。该平台能够实现对管廊用电及其安全状况的全面集中监管与协调控制，并满足管廊用电可靠、安全、稳定运行的要求

4.3平台拓扑

4.4平台子系统

4.4.1电力监控

电力监控系统主要应用于10/0.4kV地面或地下变电所，在对其高压回路配置了微机保护装置及多功能仪表后实现了相应的保护与监控；同时对0.4kV出线设置了多功能计量仪表。这种系统具备实时监测能力，并能够实时监测高低压供配电系统的开关柜、变压器、发电机控制柜、ATS/STS以及UPS等关键设备的状态；此外还支持遥控操作、遥传信号、遥测数据、遥调指令等功能，并能实现事故报警记录等功能。

4.4.2环境监测

涵盖温湿度感应器、烟感温度传感器等设备；同时涉及气体浓度检测仪与报警装置等技术手段。此外还可以通过管廊内部水泵站与通风排烟机房等设施集成的第三方监控系统实现对管廊环境的整体管理。

4.4.3电气安全

AcrelEMS-UT能效管理系统根据系统需求对配电系统的电气安全隐患配备相应的电气火灾检测装置和温度检测装置，并通过消防设备电源检测装置和防火门的状态监测装置实现相关参数的实时采集。系统还具备对UPS电源电池组的温度参数及内阻值进行实时监控功能。当检测到异常情况将通过声光报警装置、手机短信通知系统以及APP推送等方式发出预警提示

4.5相关平台部署硬件选型清单

4.5.1电力监控及配电室环境监控系统

4.5.2电气火灾监控系统

4.5.3电气火灾监控系统

4.5.4防火门监控系统

4.5.5消防应急照明和疏散指示系统

5结束语

综上所述，在国内大多数城市中关于综合管廊的实际操作尚为有限，在管理方面尚未积累足够的经验；对于物联网技术和地理信息系统（GIS）等现代科技的应用程度还不算太高。为了进一步提升管廊运行效率和管理水平，则需要建立一个整合性的监控平台系统；将传统的监控系统与现代安防设备相结合，并整合火灾报警装置与实时数据管理系统；最终目标是为了提高数据采集能力以及实现资源共享和直观展示的目的，并构建一个统一协调且功能完整的监控管理体系。

参考文献

1

【2】童丽闺.基于物联网和GIS的地下综合管廊智慧管控平台［J]科技资讯

【3】安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05