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秉木建筑科技有限公司

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基于BIM+GIS 的城市地下綜合管廊運維管理平臺架構研究

2021-03-20

 地下綜合管廊將電力、通信、給水、排水,燃氣等管線統一規劃集中鋪設,提高了地下空間利用率,可是一旦在運營維護階段發生故障和災害事故,就會產生連鎖效應和衍生災害,直接威脅整個城市的公共安全,造成重大影響。為進一步實現對城市綜合管廊及入廊管線全生命周期高效的運維管理,需要建立一套經濟、實用、科學、安全標準化的綜合管廊運維管理平臺。

  此設計將BIM技術和GIS技術基于模型管理的思想運用于管廊運維管理平臺中,對平臺運行架構和功能模塊架構進行研究和設計,設計集成了管廊本體、附屬設施、入廊管線及管廊周邊地理環境模型信息和設備實施運行數據,實現從二維到三維、宏觀到微觀的立體化、可視化管理,為管廊運營和運維平臺開發提供理論依據和技術參考。

  1地下綜合管廊建設的背景和意義

  根據2015年國家財政部、住房城鄉建設部等部門聯合出臺的政策,我國各大城市要合理大力發展地下管廊建設,城市不能光有“面子”工程,更要解決好“里子”問題。

  國內外部分地下管廊雖已運營數年,但在管廊運維管理方面存在以下不足:管廊運維管理方式落后;運維管理各單位管理機制及聯動性不足;保障管廊安全高效運行的輔助系統缺乏功能性不足;管廊運營過程中產生的數據統計分析再利用不足。

  國家大力發展管廊建設,未來幾年將會有大量管廊建成,專業的管廊運營公司利用信息化手段對管廊實施安全高效運維管理,是發揮地下管廊綜合效用的前提,所以建成一套經濟、實用、科學、全的管廊運維管理平臺迫在眉睫。

  2BIM技術和GIS技術結合應用

  BIM連接了建筑生命期不同階段的數據、過程和資源,從設計、施工到運維都是圍繞BIM的單體精細化模型來進行的,注重于微觀領域中建筑內部的設計與實現;而GIS則一直致力于宏觀地理環境的研究,同時具備處理和分析宏觀地理環境中地理數據的能力。對于BIM來說,三維GIS可基于周邊宏觀的地理信息,提供各種空間查詢及空間分析等三維GIS功能,為BIM提供決策支持;而對于三維GIS來說,BIM模型則是一個重要的數據來源。

  雖然BIM和GIS的集成運用能夠為綜合管廊運營的可視化、宏觀以及微觀管理功能的結合提供基礎。但目前為止,GIS與BIM數據的集成還存在很大的問題,如集成后數據丟失、可視化效果不好、無法進行空間數據分析等。為了促進BIM和GIS技術的融合應用,將各類模型數據整合集成在一個平臺上,實現更加理想的運維管理效果,需進一步研究建立GIS與BIM之間模型精細度的映射算法、映射規則以及語義映射表等內容。

  3管廊運維管理平臺運行模式及架構

基于BIM+GIS 的城市地下綜合管廊運維管理平臺架構研究

  為了給參與管廊建設、運營各單位提供一個全天候的便捷的交流和運維管理平臺,將各類數據及各個操作流程整合到BIM模型和GIS模型中,建立基于BIM+GIS并采用B/S(瀏覽器/服務器)運行模式的管廊運維管理平臺。

  基于BIM+GIS的管廊運維管理平臺主要包含監控系統和管理系統,為管廊運維公司、權屬單位和政府監管部門提供設施設備快速定位、維修計劃生成、專業數據分析和圖表報告生成服務功能,可分為物理支撐層、數據資源層、服務界面層、應用層以及用戶層5部分。

  4監控系統主界面功能區設計

  主要分為七個功能模塊:

  實時GIS地圖區

  利用GIS地圖技術概覽全局,快速瀏覽任意位置、任意設備實時運行狀態,實時顯示廊內任意位置以及BIM漫游錄像。

  環境監測數據區

  實時顯示BIM漫游路線廊道內環境監測傳感器上傳的數據。

  BIM漫游視頻區

  提前設置BIM漫游路線,系統自動漫游并且顯示相應艙室視頻畫面。

  報警提示區

  環境監測異?;蛘甙l生非法入侵,系統提示報警,電擊相應按鈕提示詳情,并通過彈出BIM模型界面,進行相應操作。

  子系統菜單區

  廊內人員、監控界面、報警消息、管理系統、閾值設置、視頻設置等子系統入口。

  交接提示區

  該區域顯示交接班時的未盡事宜或重要通知。

  值班監督區

  通過系統“我的”按鈕每隔三分鐘點擊與否判斷值班人員是否在崗,作為值班人員考核依據。

  5管理系統功能模塊

  管廊運維管理平臺可根據不同人員所持有賬號分配相應功能模塊進入權限。管理系統功能模塊主要包括出入廊管理、設備管理、巡檢管理、系統管理、應急流程,以及手機APP。

  出入廊管理模塊

  包含門禁卡辦理、外來參觀人員、權屬單位人員、運營公司人員和管線出入廊五個小模塊。從前期管線入廊進場施工,到中期管線入廊,再到后期管廊運營公司及管線權屬單位的巡檢維護維修,通過平臺進行在線申請審批、許可跟蹤。

  設備管理模塊

  包含7個小模塊,分別是設備添加、設備養護、設備維修、檢測標定、設備替換記錄、備品備件和統計分析。設備初次進場投入運行開始對設備的名稱、參數、型號、安裝位置等按照統一編號規則進行編號,并與BIM模型和GIS模型關聯。

  巡檢管理模塊

  分為巡檢區域和巡檢記錄兩個子模塊。巡檢區域模塊總覽管廊總體分布及周邊環境情況,可結合巡檢任務量、巡檢路線連貫性等直接在GIS模型地圖上進行合理的劃分,以防因區域劃分和路線設定不合理帶來繞路巡檢、重復巡檢等人力物力浪費,并可同時設定巡檢日期、分配巡檢任務,巡檢區域劃分一步到位。

  系統管理

  設置賬號管理、排班管理、運維日志、登錄記錄、報警信息匯總五個子模塊。賬號管理模塊主要針對PC端和移動端管理員及用戶的登錄賬號進行統一有效管理。

  應急流程模塊

  包含信號復位、通訊錄、會商系統、應急演練、應急記錄5個子模塊,每個子模塊緊密聯動形成一個完整的應急流程。

  手機端

  集成了申請審批、我的任務、今日當班、通知公告、應急預案、統計分析、經驗分享、發起聊天、位置查看等功能模塊。當人員在管廊內部作業時,可通過手機端連接廊內無線網,與廊內設置的RFID進行通信,實現巡檢任務接收,結果上報,人員定位,即時通信以及門禁開啟動功能。

  本文以長沙管廊項目為立足點,結合前期試運維經驗,提出了基于BIM+GIS技術的城市地下綜合管廊運維管理平臺設計方案,設計了平臺功能模塊架構,搭建了模擬平臺交互界面。在理論上和設計思路上,模擬平臺采用了先進的信息化管理手段,將管廊運維中每個事件及每一步操作與BIM模型和GIS模型關聯,通過BIM模型和GIS模型對設備實施遠程控制,并對運維中產生的數據利用云計算技術進行大數據分析處理,對后續運維起到指引和預防作用,真正做到了信息化、標準化、精細化的全生命周期閉環式流程管理,為開發管廊運維管理平臺提供了技術支持和方案參考。

  不夠完善的地方在于一是GIS與BIM數據的集成還存在很大的問題,另外各類數據量龐大,很考驗瀏覽工具的處理速度。平臺的數據源包括基礎地理信息數據、管廊BIM模型、管線設備出事數據、業務臺賬數據和后期管廊運維數據等,原始數據經平臺工具加工為標準格式后,經由監控中心內網傳輸到應用層供平臺使用。由于各類數據量大,平臺采用B/S運行模式時能否快速、流暢地加載和瀏覽模型是關鍵。除了需要進行模型瘦身和優化外,采用合適的BIM模型瀏覽工具也很重要。

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