摘 要

目前，随着我国综合管廊事业的不断推进，管廊的建设规模越来越大，采用传统的运维管理方式愈发吃力，综合管廊的运维管理体系也在逐渐完善当中，面对综合管廊如此迅猛的发展趋势，如何更安全、更高效、更经济的对综合管廊进行运维管理是亟待解决的问题。因此，本文基于互联网、大数据、云计算等信息化技术，提出智慧化管理平台，实现数据显示三维化、资产管理信息化、应急响应智能化等功能，最终形成包含“系统管理”、“综合监控”、“应急管理”、“日常管理”、“资产管理”、“决策分析”、“模型管理”、“移动APP”八大模块为一体的智慧运维管理系统，为综合管廊的高效运维管理奠定坚实基础。

关键词：综合管廊、智慧系统、运维管理、大数据、信息化

1  引 言 

综合管廊作为地下城市管道的综合走廊，集电力、通信，燃气、供热、给排水等各种工程管线为一体，通过统一的规划设计和建设管理，充分的利用了地下空间，节约了综合成本，成为国家重点支持的民生工程。国务院高度重视推进城市地下综合管廊建设，2013年以来先后印发了《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》（国发[2013]36号）和《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》（国办发[2014]27号）。在住建部、财政部、发改委等相关部门的大力推进和支持下，各地相继开展了大规模综合管廊建设。各地试点城市计划到2018年建设地下综合管廊389公里，总投资351亿元。据预测，未来地下综合管廊需建8000公里，若按每公里1.2亿元测算，投资规模将达1万亿【1】。

随着综合管廊建设的推进，城市管廊规模越来越庞大。综合管廊空间断面设计复杂，纳入管线种类多，在运营过程中具有施工组织复杂、工程量大、项目工程管理难度大等特点，在工程进度、成本、安全、质量等综合管理方面均存在困难，传统管理模式已无法满足综合管廊快速发展的需求【2】。因此需要建立有效的机制和手段来进行管理。如何提升工作效率和安全性，降低运维管理成本，走出一条可持续发展的道路，是摆在综合管廊建设运营各级部门面前的重要课题。

目前各地在建设过程中，诸多问题已经显现出来。首先，传统的运维管理方式导致管理水平落后，即运营成本投入高、应急响应速度慢、责任不清以及事后扯皮等现象频频发生；其次，数据不统一，形成信息孤岛，即参与单位多，数据种类多，众多子系统形成数据分割，数据无法整合利用；最后，运维管理智能化水平低下，巡检手段落后，工作效率低下，应急处置能力薄弱，监控维护漏洞百出。最终，由于运维管理的方式方法不当，导致运营成本居高不下、管廊管线安全无法保障、事故发生概率增加。针对以上种种问题，国内外相关行业部门和专家提出了不同解决方案，例如利用综合物联网、三维可视化、大数据分析等技术建立运维管理系统【3】【4】【5】，因此，本文利用空间化、数字化、网络化、智能化和可视化等现代信息技术，构建城市综合管廊运维管理系统，对综合管廊进行全方位管理与监控，实现综合管廊运维管理的集约化、规范化、科学化，从而提高管廊抗风险能力，降低管廊运维成本。因此，对智慧运维管理系统的研究成为综合管廊运维管理体系建设的重中之重。

本文研究并构建了综合管廊“智慧运维管理系统”，应用物联网、大数据、云计算、人工智能等技术，实现对于综合管廊的环境、设备、人员、安防、消防等系统的实时监控、智能联动、决策处置等功能，旨在提升管廊运维管理的工作效率、管理能力和安全水平，为综合管廊百年工程保驾护航。

2 总体技术架构和研究路线

（1）系统技术架构

综合管廊智慧运维管理系统是满足地下综合管廊运维管理需要而构建的信息化服务平台，为运维管理部门和政府监管机构提供业务管理和信息监控服务。为了避免系统简单堆叠带来的信息孤岛问题，系统建设中统筹规划设计，构建标准统一的信息服务平台，实现业务功能和信息资源的全面整合。

为了提升系统可靠性、稳定性、可扩展性和开发效率，借鉴先进的物联网“感、传、知、用”分层架构的理念进行系统设计，将系统分为感知、传输、数据、服务和应用五层。

系统各层功能如下：

1）感知层

由环境、设备、人员、安防、消防、通讯等各类感知设备系统组成，实现环境检测、设备控制、安防监控、通讯广播等，是系统信息采集、现场交互以及设备控制的基础设施。

2）接入层

由接入服务和设备网关组成，完成与感知层设备系统的信息交互，通过网络将采集的数据信息上传到数据中心。

3）数据层

由大数据中心平台构成，实现数据的集中存储和分析处理，为其他层应用提供数据服务。

4）服务层

由各类通用应用服务构成，为应用层的功能实现提供实时监控、数据访问、三维GIS、工作流平台、WEB应用服务等基础调用服务。

5）应用层

由满足用户运维管理需要的各类业务功能应用构成，包括系统管理、综合监控、应急管理、日常管理、资源管理、决策分析、模型管理和移动应用等功能。

该系统架构采用自下而上的设计方法，将综合管廊运维管理的各项内容逐一包含统筹到信息管理平台，实现集系统管理、综合监控、应急管理、日常管理、资产管理等模块为一体的综合信息管理平台。

（2）系统研发步骤

智慧管廊是智慧城市建设的重要组成部分，综合管廊智慧运维管理系统通过系统互联、信息整合的物联网基础建设，应用大数据、云计算、人工智能等技术实现智能驱动监控和管理，达到管廊日常运维的精细化管理，实现“智慧感知、智慧管理、智慧决策”的建设目标。

由于管廊处于建设阶段，业务流程和管理制度都在不断完善和更新中，因此综合管廊智慧运维管理系统建设具有需求调研周期长、变化频繁、需要不断完善的特点。在系统建设中采用多次迭代的方式进行研发，每个迭代研发阶段重点解决关键业务问题，避免了需求挖掘中的不确定性带来的问题，有效降低了项目推进的风险。项目在执行中采用“三步走”的实施策略，将研发信息化、智能化和智慧化三个迭代阶段，逐步实现智慧管廊的建设目标。

1）信息化阶段

信息化阶段主要完成管廊运维管理过程中业务管理的信息化。项目建设中，通过对管廊业务的梳理，制定运维管理的标准化业务流程，根据业务流程构建日常管理、安防监控、环境监测、通信广播等信息系统，满足运维管理业务的信息化办公需要。

2）智能化阶段

智能化阶段是在信息化办公的基础上，通过后端服务的各类信息整合，实现终端应用、大屏展示和移动APP上的信息联动，完成管廊运维管理中综合监控、智能控制、应急联动等智能化业务功能。

3）智慧化阶段

智慧化阶段是在智能化联动业务基础上，应用大数据、云计算、人工智能等技术，通过历史数据分析挖掘、人工智能模型计算等方法，实现智能分析控制、应急辅助决策、主动式维修保养、智能采购申请与考核评估等智慧化管理的业务功能。

该系统应用物联网、大数据、互联网等技术，解决了数据整合、平台服务和业务应用等方面问题：

1）通过集成整合环境探测和控制、安防监控、应急防灾、通信传输、移动终端、人员定位等系统构建全方位的管廊传感网，打破不同系统间的信息壁垒实现信息互通，完成基础设备设施的信息采集、信息交互和设备控制。

2）构建大数据中心平台，实现各类信息的集中存储、融合处理、分析挖掘、发布共享等服务，为应用层和设备层提供数据服务。

3）搭建应用层运维管理业务系统，实现系统管理、综合监控、应急管理、日常管理、移动应用、决策分析等功能。

3 应用案例  

综合管廊智慧运维管理系统在北京世界园艺博览会综合管廊监控中心进行示范应用。根据业务管理要求，在监控中心设置监控组、巡检组、维护组和综合组人员。监控组负责监控中心值班，监控管廊情况和设备运行，处理日常事务；巡检组负责各区管廊内外部设施巡检维护工作；维护组负责管廊设备设施维修维护工作；综合组负责监控中心管理、申报、审批、库存、报表及行政业务处理。

在世园会综合管廊智慧运维管理系统建设中，根据业务梳理和系统设计，按照工作人员角色设计相应的软件模块满足其工作需要。软件部署设计如图3所示，其中监控大厅主要部署大屏监控软件和工作站软件，而办公区主要应用工作站软件和移动APP软件。

1）监控大厅

监控大厅主要部署大屏监控、网络监控工作站、安防监控工作站、监控管理工作站、通信调度工作站和出入管理工作站等，使用人员为监控组工作人员。

大屏监控主要实时监控廊内状况，满足日常管理中安全监控、入廊管理和应急处置的业务需要。主要功能内容包括：以地图和BIM-GIS方式实时展示廊内环境信息、设备状态、人员位置等信息；展示异常和告警事件提示信息；展示入廊请求和廊内工作任务信息；展示廊内整体状况的统计数据；应急响应中的处置情况及事件进展。

网络监控工作站负责监控系统网络和服务器运行状态，发现网络异常或服务器硬件异常及时告警，保障系统硬件和网络运行稳定正常。安防监控工作站主要安装视频监控、门禁管理、人员定位等管理软件，日常作为视频监控工作台，监控组工作人员可调用监控重点关注区域的视频图像。通信调度工作站安装广播和固定语音调度台，可进行人工广播或拨打廊内廊外电话进行语音沟通交流。

监控管理工作站提供监控组工作人员日常值班中的业务功能，包括综合监控、应急处置、交接班管理、入廊人员管控、入廊作业监督和验收等等，界面如图5所示。监控管理工作站共两台，满足值班人员双岗的需要。出入管理工作站负责外部入廊人员登记、培训、物品发放回收等，主要提供对外接待服务。

2）办公区

办公区主要提供给巡检组、维修组和综合组等非值班人员的业务应用软件，根据不同用户角色登录，系统提供不同的功能模块。

巡检组主要应用移动巡检终端进行入廊巡检工作，巡检中可应用终端下载巡检任务、填报巡检结果、记录设备设施故障、查阅辅助信息、核对监控信息等，移动巡检终端还可进行拍照上传、语音通话、应急逃生提示等，满足廊内工作各类需要。移动巡检终端软件界面如图6所示。巡检组也可以在工作站上登录，完成巡检信息补填、各类信息查询等工作。

维修组主要应用工作站软件进行故障确认、维修工单申报、设备维修方法查阅、材料领取、维修报告生成、设备资料档案调取等功能。同时也给维修组登录移动终端软件后，也可以进行上述功能，便于巡检组人员在廊内工作。

综合组包括中心领导和普通职员，日常管理中监控管廊运行状态，进行入廊、维修审批，进行物料库存管理，安排巡检和值班排班，监督各组工作情况，查阅各类报表等。综合组可以应用综合监控、日常管理等多种软件功能模块。

综合管廊智慧运维管理系统的建设和运营使用，为综合管廊更安全、更经济、更高效的运营提供服务保障，具体表现如下：

1）更安全

l  人员更安全：对廊内环境、人员位置进行实时监控，一旦发生紧急事件，通过广播、手机APP及时提醒，保障入廊人员安全撤离；

l  设备更安全：对传感器运行状态、配电柜电流情况、PLC运行状况等进行实时监控，有效确保各个系统的运行安全；

l  信息更安全：本系统按照二级等级保护要求进行建设，可有效保护信息安全。

2）更经济

l  人员成本更低：通过智慧化管理手段，降低巡检工作量，减少人员数量；（一周巡检一次的条件下，每个防火分区可以省30-40分钟，单舱每9公里约省2个人，换算成人工成本，约省2.5万/公里•单舱•年）；

l  能耗成本更低：通过智慧化管理手段，减少照明及通风次数，减少用电量；（ 6 万元/公里•年•单舱，约节省15-20%，即0.9-1.2万元/公里•年•单舱）；

l  设备成本更低：通过大数据分析，使设备更新改造“透明化” ，减少不必要的浪费，同时筛选出高质量设备，淘汰低品质设备，延迟设备使用寿命。

3）更高效

l  巡查巡检更高效：所有记录实现无纸化办公，自动识别巡检路径，提高巡检效率；

l  维护维修更高效：可快速定位设备故障点，提供辅助决策分析，快速便捷提供维护维修方案；

l  资产管理更高效：实现政府部门、投资、建设、运营单位（部门）对海量资产的全生命周期管理，使“资产管的清、资产管的住、资产管的好”。

世园会综合管廊智慧运维管理系统的建设，开拓了综合管廊智慧化建设的新思路，建立了综合管廊运维管理标准化的工程样板，为推动综合管廊可持续发展奠定技术基础。

4 结论及展望 

通过对综合管廊运维管理现状和方法的调查研究，我们提出“综合管廊智慧运维管理系统”思路，通过智慧系统实现综合管廊智能化联动，将智能监测、联动报警、远程控制、人员定位、大屏监视、智能消防等系统集成于一体，综合联动，统一管理。我们建立了一套五级架构体系，并通过“三步走”方式逐步建立完善该体系架构，第一步：信息化办公、第二步：智能化联动、第三步：智慧化决策管理，最终确保综合管廊运维管理系统高效互联、精细化管理、信息整合利用。通过北京世界园艺博览会工程应用案例，验证了该技术架构和方法的可行性和创新性，提高了整体运维管理工作的效率、增强了管理水平、提高了安全保障水平，为类似工程提供了参考，对行业提供了相应指导。

“上医治未病、中医治欲病、下医治已病”，防患于未然才是保证综合管廊百年安全运营的关键。数据时代是预测未来的时代，管廊运营的未来要靠数据的支撑，“综合管廊智慧运维管理系统”集各系统数据与一体，不仅提高运维管理效率、加强安全保障、降低运维成本，更致力于利用大数据挖掘技术将综合管廊的运维管理推向智慧化管理新高峰。

“综合管廊智慧运维管理系统”的开发和应用，摒弃了传统运维管理方式的不足，保障了城市管线安全运行，提升城市基础设施智慧化水平，推动城市地下综合管廊智慧发展，因此在未来的管廊建设管理中，引入智慧运维管理系统将成为必然趋势，从而最终提高城市科学化、精细化、智能化管理水平

参考文献

[1] 地下综合管廊建设将拉开大幕 未来投资可达万亿

[EB/OL]. http://www.xinhuanet.com/fortune/2015-08/01/c_128081900.htm，2015.08.01.

[2] 杨党锋．基于iS3 的综合管廊施工智慧管理系统应用[J]．西安理工大学应用技术与研究-水利规划与设计，2018（2）:151-154.

[3] 李春梅．全生命周期管理: 地下综合管廊的新加坡模式［J］．中国勘察计,2016( 3):72-75( Li Chunmei．Life cycle management: the Singapore model of underground integrated pipe gallery ［J］．China Exploration ＆ Design，2016( 3):72-75( in Chinese) ).

[4] 郑丰收，陶为翔，潘良波，等.城市地下管线智慧化管理平台建设研究［J］．地下空间与工程学报，2015，11(增2):378-382．( Zheng Fengshou，Tao Weixiang，Pan

Liangbo ，etal．Research on the intelligent management platform of urban underground ipelines ［J］．Chinese Journal of Underground Space and Engineering，2015,11( Supp．2):378-382．( in Chinese) ).

[5]朱雪明．世博园区综合管廊监控系统的设计［J］．现代建筑电气，2011( 4) : 21-22． ( Zhu Xueming． Design of the monitoring and control system of the comprehensive

pipe gallery in the Expo Garden［J］．Modern Architecture Electric， 2011( 4) : 21-22．( in Chinese) ).

本文刊载于《工程建设标准化》期刊 2018年05期