城市地下管网智能化运维管理技术分析

城市地下管网智能化运维管理技术分析

朱莉

深圳市巍特环境科技股份有限公司（518109）

摘要：城市的快速发展，地下管线的建设规模越来越大，长久以来敷设的老旧管网和新建管网都深埋地下，可见性差，给管网的运维管理带来很大难度。地下管网交互系统是城市的“神经”和“命脉”，如何实现现有城市地下管网运维管理的智慧化，是当前研究热点课题之一。

关键词：城市地下管网；智能化；运维管理；技术

一、地下管网

地下管网是指城市在地下建造的用于市政公用的设施，主要指在地下用于集中排水、供电、通信、热力等的公用隧道。地下管网在城市建设中占有重要地位，它能够满足人们的日常生活需求，对于提高城市的综合承载力也有重要地位。首先，地下管网有效利用了地下的空间，可以避免由于铺设线路管道等占用地上面积，节约了城市用地，而且还可以避免经常挖掘道路对市民造成不便；其次，在地下铺设管网还可以降低对路面造成破坏而支出的维修费用，可以保持路面的完整性；最后，由于在地下铺设管网，避免线路裸露在外影响城市的美观，减少了与绿地之间的矛盾。

二、城市地下管网建设

1.建设原则

（1）要尊重规律，在进行建设之前，各地要做好规划工作，要结合当地实际充分考虑到计划的可行性与科学性，实现统筹规划。

（2）在传统市政建设中，完全由政府来负责，在对城市的地下管网建设中创新了机制，放宽市场准入，允许社会资本参与到地下管网的建设中来。

2.地下管网建设

在城市建设中，通过对地下管网建立综合数据库与管理系统等，实现对地下管网的查询、分析以及验收等一系列的解决方案。在城市的地下管网建设中，主要运用的就是3S+BIM技术，3S即指REMOTESENSE(遥感)、GIS（地理信息系统）和GPS（全球定位系统），BIM是建筑三维信息模型。在综合运用这些技术的情况下，遵循方便灵活，实用性强，安全可靠的原则，实现对城市地下管网的综合数据信息的集中管理等。在这个综合管理系统中，包括以下几点基本功能：三维浏览，可以实现对三维地图的缩放、旋转、平移等，在进行设计规划和维修时，可以通过对三维地图的分析来制定计划。地物搜索，可以根据多种信息进行定位，如通过输入关键企业、地标等进行定位和查询，非常方便。场景控制，在这个智能系统中，用户可以将历史中的场景进行浏览和控制，还可以形成与现状的对比分析，更加直观、准确。管线专业功能，根据管网的数据入库，实现对管网的空间分析及输出等。

在城市地下管网的具体建设中，大概步骤可分为：首先对国外已有的信息标准进行分析，取其中适用的部分作为参考；其次根据地下管网的管理系统的信息，挑选符合条件的城市；然后在选好城市后，对之前适合三维地下管网管理系统的标准和办法中找出不合适的地方进行修改，使其能够切实可行；最后要针对选出来的城市，制定一个符合当地实际情况的方案，作为三维地下管网管理系统的建设依据。

三、城市地下管网智能化运维平台的功能设计

1.BIM技术应用于地下管网运维管理

（1）可视化管理和专业分析系统

基于BIM模型进行三维视角下管网的专业分析，辅助运维人员管理决策。当前地下管网的运维管理仍以人为管理为主，实现在三维视角上的专业分析，可提高运维人员在应对突发情况时决策的响应和预判能力，增强运维可视性。平台实现从“源”到“端”管网分析过程以及从“端”到“源”的反向追溯，设置了基于BIM模型的管网连通性分析模拟、设施控制分析模拟。

（2）管网连通性分析

在BIM模型中选取楼宇，可对指定楼宇所关联的水专业管道高亮显示，管道也可添加水流效果，进行动态的管道流向模拟。点击任意管段，与该管段相连接的上下游主支干管、合流管道、分流管道也会定位并显示详细信息，从而判断管段的上下游影响范围。

（3）设施控制分析

通过在BIM模型上点选、框选指定区域的方式选定设备，进行设备的控制分析，包括对源网端的建筑停水、停电、停暖等仿真模拟，从而合理规划维护活动，帮助管理员进行区域化的设备更新和维护，使得设备设施保持较高运维功能。

（4）检修管理系统

以实现基于BIM的工作协同为目的，对所包含的运维流程进行重新设计，实现管理扁平化。当前管网运维常由于参与方协调机制的不健全，导致运维过程中相互推诿、难以界定主体责任等问题经常发生。本系统对巡检工作流、维修工作流，以及工单统计分析等工作流程进行设计和开发。巡检管理模块结合BIM模型实现高效巡检，为增强运维人员的工作沟通和信息交换，巡检任务下发的同时，管理员可在BIM模型中指定巡检区域和构件，以及故障设施的关联分析，巡检员从而获得更清晰的任务描述。在发现问题后巡检员可跳转维修管理模块进行报修，除巡检员外，学校下属各学院以及各部门在发现管网问题后，也可在平台发起报修流程。平台管理员审核报修问题后即可开始下达维修任务，在下达维修任务时，管理员也将事故地点的大体故障描述、损坏程度传达维修人员，用以指导维修人员维修工作。维修活动发生后，管理员可在BIM模型中指定构件维修状态，包括“维修中”“延期”“已完成”，对构件指以不同的颜色。

（5）设备运行管理系统

供水管网数据采集与监视控制系统也成为目前供水管网中的流量和压力等状态信息监控的主要手段。将BIM属性数据和传感数据进行绑定，实现监控数据的可视化和管道设备的智能管控。同时对超出阈值的设备进行智能预警，管理人员可根据告警信息及时了解相关设备的属性和监测信息，提升应急决策的响应速度。

2.IOT物联感知技术应用于地下管网运维管理

（1）无线感知基本原理

监测管道的水流量目前应用比较广泛的是电磁式传感器，其基本工作原理基于法拉第电磁感应定律。监测时传感器上下两端的电磁线圈产生恒定或交变磁场，当水流过传感器，管壁上的两个电极可检测到感应电动势，感应电动势与水流速度、管道内径成正比，最后感应电信号由左右两侧电极导出，通过电缆传送至转换器。采集数据大多是采用电信号输出的方式，数据传输的过程即电信号转化为数字信号又转化为代码的过程。

（2）实时数据传输过程

数据传输的体系架构包括三方面的层级应用，同时也是当前比较流行的物联网应用层级划分观点，分别是感知层、网络层、和应用层。感知层即部署设备的信息采集阶段，在管网运维中，可根据测算探漏点或在重要阀门、节点处部署传感设备，传感设备收集信号后通过专门的无线传感网络如LTE基站等，发送给物联网网关。网络层类似于传递信息给平台的纽带，将采集到的状态信息在模数转换后传送给应用层。运维平台数据库即接收信号并储存的地方，系统前端可设置数据库的查询间隔时间和数值异常范围，使数据可按要求自动更新显示，当实时数据超过或低于正常值，可在前台报警。设备数据的采集也可通过物联网云平台进行，以中移物联网OneNET云平台为例，传感信号直接发送到OneNET云平台，在平台进行数据格式化和封包处理，OneNET云平台会将数据转换成JavaScript中JSON字符串的格式，用户以调用API的方式将信息调至自己的数据库。监测数据的显示可采用文本、图表等形式，利用Web功能显示组件，可直接连接数据流进行显示，也可以用折线图、变化曲线等对监测数据进行统计分析，显示历史数据。

参考文献：

[1]王超，孙晓洪，李伟，等.基于顶层设计的地下管线信息管理新模式[J].地下空间与工程学报，2017，6（6）：1118-1124.

[2]王恒栋；智慧城市地下综合管廊；第十一届中国智慧城市建设技术研讨会暨设备博览会.

[3]李玉，张赫然.基于物联网技术的地下管线智能管理系统设计构想—以淄博市为例[J].测绘通报，2016（增）：51-54.