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現代化管廊運維，智能出擊，盡顯實力！助您掌控綜合管廊天下!--

發布者：Acrel 發布時間：2023-09-28 13:51:49

王明單

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：本文主要提出了基于BIM與GIS技術的綜合管廊智能化管理運維監控系統的設計思路，對BIM與GIS在管廊智能化管理中的應用進行了相關分析研究，為管廊智能化管理提供參考。

關鍵詞：綜合管廊；智能化管理；運維監控

0引言

綜合管廊智能化管理運維監控是一項確保城市市政設施良好運行的現代科技手段，為了響應創建智慧城市的號召，在城市綜合管廊管理的工作中加強綜合管廊智能化管理運維監控系統的構建是當前的首要任務。在大數據時代背景下，智慧城市的建設對市政設施的管理工作提出了新的要求，為了推進地下綜合管廊的建設，解決市政設施建設混亂、管理混亂的現存問題，需要做好與地下綜合管廊相配套的運維監控措施。

1綜合管廊簡介

綜合管廊建設是一個系統性工程,不僅要設計合理的管艙,使得城市服務管道入廊,著重針對但不限于以下管道入廊:天然氣管道、熱力管道、給水管道、再生水管道、雨水管道、電力電纜、GIS通信線纜、廣播電視等。還要涵蓋消防、供電、照明、監控與報警、通風、排水等設施。將分散、分段的監管資源集中通過綜合管廊實施和共享,實現管廊監控一個系統的融合局面,真正實現共享管理、協同治理的格局。各子系統之間由于技術體系不一,采用的標準各異,不僅需要考慮環境與設備監控、通信聯絡、地理信息等需求,還要兼顧災難事故預警、安全防范等方面對圖像監控的需求，同時還需要考慮報警、門禁等配套系統的集成以及與廣播系統的聯動，消除系統異構的信息孤島問題，綜合管廊智能化運維管理系統如圖1所示。

圖1綜合管廊智能化運營管理系統

2綜合管廊智能化管理運維監控的必要性

圖2綜合管廊大數據中心

首先傳統的運維管理方式管理水平落后、運營成本投入高應急響應速度慢、責任不清以及事后扯皮等現象頻頻發生；其次運維管理智能化水平低下，巡檢手段落后，工作效率低下，應急處置能力薄弱，監控維護漏洞百出。針對以上種種問題，國內外相關行業部門和專家提出了不同解決方案，例如利用綜合物聯網、三維可視化、大數據分析等技術建立運維管理系統，因此，本文利用空間化、數字化、網絡化、智能化和可視化等現代信息技術，構建城市綜合管廊運維管理系統，對綜合管廊進行全方位管理與監控，實現綜合管廊運維管理的集約化、規范化、科學化，從而提高管廊抗風險能力，降低管廊運維成本。

3綜合管廊智能化管理運維監控系統的構建

3.1設計思路

綜合管廊管理智能化管理運維監控系統是以BIM技術與GIS技術為基礎建立起的管理系統（如圖2所示），其通過BIM技術來實現對管廊相關數據信息的獲取，所獲取的數據信息傳送給以GIS技術為核心的管理平臺系統之上，在GIS平臺上顯示綜合管廊的三維模型，在綜合管廊三維模型上可以直觀的體現相應的數據參數，每項參數都設置有特定的ID，根據ID來對應具體的綜合管廊設備、裝置以及基礎設施管線。在這種模式下開展對綜合管廊的監控管理，不僅減少了管理人員的投入數量，能夠有效降低50%管理難度，同時可以比以往工作效率提升30%。對綜合管廊相關數據信息的獲取，通過布置在綜合管廊內部的測溫設備、預警設備以及傳感設備等裝置實現。

3.2系統的構建

綜合管廊智能化管理運維監控系統由物聯網傳感器系統、操作系統、預警系統、綜合業務系統等多個子系統組成，涉及的系統可以根據功能性分成三個層次，每個層次的系統互相提供支持，也能根據需要實現人機交互。在綜合管廊智能化管理運維監控系統之中，物聯網傳感器系統主要負責數據信息的獲取與傳輸，當數據傳送至數據中心后，根據數據信息的具體用途，在數據中心進行分析整理，管廊的信息存入管廊數據庫、地理信息存入地理數據庫，相應的監測數據備份至監測數據庫，在構建綜合管廊三維模型時，直接送上述數據庫中調取所需的數據參數。另外，如果數據中反映出設備的異常狀態，會直接反饋給監控預警系統，通過監控預警系統完成三維模型的展示、預警消息以及相應的預警數據信息。數據中心內部業務數據庫主要存放管理人員、運維人員的業務數據，記錄其每日工作簽到、值班情況以及交接班情況等信息，在該系統的支持下，可以更好的實現績效考核工作以及監督管理，能夠發揮督促員工的作用，同時也能實現對工作細節的備注與工作交接。而應急指揮相應系統可以對預警信息進行及時的處理，可以根據數據中心提供的三維模型以及相關數據實現對事故的模擬，再結合相應的預警消息，制定更加有效的應急處理方案，這樣就實現了對故障、事故的預防，也提高了綜合管廊管理的應急響應能力。

4系統功能的設計與實現

綜合管廊智能化管理運維監控系統采用的系統框架為SOA架構，其采用的二維地圖為ArcGIS平臺，三維地圖采用BIM為核心的三維建模平臺，該系統的架構可以分為三個層次，第一層為數據中心，第二層為應用層，第三層為客戶端，對數據中心的數據訪問通過ODBC接口來實現，數據存儲采用Oracle數據庫，此環節能夠將數據準確性控制在90%以上，而且客戶端支持JSON、XML等前端技術，應用層為MVC框架，應用的計算機語言為C#。在此基礎上實現的具體功能如下：

4.1三維建模功能

三維建模功能時建立在BIM技術基礎之上的，其通過探測設備完成對管線狀態的檢測，通過激光點云等設備完成對數據的采集，進而實現與GIS地理環境信息的資源共享。通過控制系統即可觀看到模擬出來的管線布置結構與具體走向，這對運維工作有著重要的數據支持作用。

4.2監控預警功能

監控預警功能根據監控目標不同，采用的檢測設備也有所不同，例如檢測管廊內溫濕度以及氣體濃度等環境時使用的是溫濕度變送器、氧氣濃度變送器以及有毒氣體監測器等檢測裝置；對管廊內部情況的觀察采用的是視頻監控設備；對管廊的巡檢由機器人或人工實現；同時系統內部還設置相應的消防報警系統以及通風系統的檢測設備等，其可以實現對各種設備運行參數的檢測。所獲取的相關參數有數據中心統一進行處理分析，保存數據庫并根據用戶需求傳輸到客戶端。

表1城市地下綜合管廊監控系統

4.3綜合業務功能

綜合業務功能是由綜合業務系統及安裝有巡檢APP的智能巡檢終端組成的，巡檢人員通過智能巡檢終端與綜合業務系統進行遠程通信，完成人機交互，在智能選件終端上進行每日簽到，以及相關業務完成情況的匯報等工作。*終綜合業務系統記錄的數據信息可以作為考勤、業務審查等工作提供數據參考，進而實現日常業務的規范化、自動化管理。

在智能巡檢終端中包括了手機設備、計算機設備、平板電腦設備，智能巡檢APP的兼容性較強，可以適用在不同的終端之上，只要安裝智能巡檢APP，就能進行相應的綜合業務操作，這種模式更加便利，更加人性化，這符合當今時代的發展趨勢。

4.4應急指揮響應功能

在綜合管廊智能化管理運維監控系統之中，應急指揮響應功能是一項重要的系統功能，具備該功能才能實現對人員、設備以及相關資源的調控，以此功能為基礎，可以實現應急指揮預案的制定，通過預先設定應急響應策略，就能在發生相關意外事件時，讓系統在第一時間按照預案進行自動處理，將事件影響控制在較小范圍之內。在制定應急指揮預案前，有系統提供的相關數據進行預案的模擬演練以及相關事故的模擬，這樣可以提高預估結果的準確性，讓預案的有效性得到良好保證。

4.5出入口門禁系統與報警系統

為了防止綜合管廊闖入非工作人員，避免人為因素對市政基礎設施造成的破壞，綜合管廊智能化管理運維監控系統還與門禁系統相連，管理人員可以通過攝像頭來實現對綜合管廊出入口的遠程監控，通過電子門禁來實現對進入權限的發放，同時通過與報警系統的連接，實現對非法闖入事件的報警，這樣就有效保證了綜合管廊的安全性。另外，隨著虹膜識別、人臉識別以及指紋識別等技術的加入，將進一步提高綜合管廊的管理水平。

5、AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

5.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控制、環境監測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網絡、系統架構、聯動控制和綜合數據服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協調復雜的根本問題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的使用和恢復效率。

5.2平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所環境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

5.3平臺拓撲

5.4平臺子系統

5.4.1電力監控

電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

5.4.2環境監測

環境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方系統完成管廊環境綜合監控。

5.4.3電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理系統針對配電系統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門狀態傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

5.5相關平臺部署硬件選型清單

5.5.1電力監控及配電室環境監控系統

應用場合（10KV）		產品	型號	功能
	10KV進/饋線		AM6-L	相間電流速斷保護，相間限時電流速斷保護（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護，反時限相間過流保護（可帶低壓閉鎖），零序反時限過流保護，過負荷保護，控制回路異常告警。
	10/0.4KV變壓器		AML-S	分合閘位置、手車工作/試驗位置、接地刀閘位置、硬接點信號(保護跳閘、裝置告警、控制回路斷線、裝置異常、未儲能、事故總等)、報文(過流、過負荷、超溫報警、過溫報警、裝置告警、PT斷線、CT斷線、對時異常等)、遙控開關、故障波形分析(故障錄波、故障波形、故障記錄、跳閘、故障電流電壓)等。
	智能操控裝置		ASD500	一次回路動態模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、自動溫濕度控制及顯示（標配一路強制加熱）、遠方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲能旋鈕、人體感應、柜內照明控制、RS485接口、高壓柜內電氣接點無線測溫。
	10KV計量		PZ72L- E4/UT	該儀表采用交流采樣技術，能分別測量電網中的電流、電壓、功率、功率因數和電能等參數，可通過面板薄膜開關設置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協議;也可將電量信號轉換成標準的直流模擬信號輸出;或帶開關量輸入/輸出，繼電器報警輸出等功能。具有許昌開普研究院有限公司、國家繼電保護及自動化設備質量監督檢驗中心檢測合格的型式檢驗報告證書和電磁兼容檢驗證書，產品防護等級均達到IP65，符合管廊綜合監控系統中對相關產品功能、防護等級及電磁兼容的要求。
應用場合（0.4KV）		產品	型號	功能
	0.4KV進/出線		PZ72L- E4/UT	該儀表采用交流采樣技術，能分別測量電網中的電流、電壓、功率、功率因數和電能等參數，可通過面板薄膜開關設置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協議;也可將電量信號轉換成標準的直流模擬信號輸出;或帶開關量輸入/輸出，繼電器報警輸出等功能。具有許昌開普研究院有限公司、國家繼電保護及自動化設備質量監督檢驗中心檢測合格的型式檢驗報告證書和電磁兼容檢驗證書，產品防護等級均達到IP65，符合管廊綜合監控系統中對相關產品功能、防護等級及電磁兼容的要求。
	無功補償		ARC	測量I、U、Hz、cosΦ，具備過電壓保護、欠流鎖定、電網諧波過大保護功能,可控制電容器的投切，RS485/Modbus協議
			ANSVC	ANSVC低壓無功功率補償裝置并聯在整個供電系統中，能根據電網中負載功率因數的變化通過控制器控制電力電容器投切進行補償,無功功率補償裝置采用散件組成方案，主要以電容電抗、投切開關、控制器等組成。
			ANSVG	補償方式:線性補償，全響應時間<5ms，瞬時響應時間≤100us;補償效果:≥0.99，可補償容性無功和感性無功，濾除5、7、9、11、13次以內的諧波;自身損耗:≤2%，效率:>98%;監控以及顯示具備遠程通訊接口，可以通過PC機實時監控;具有人性化的人機交互界面，可通過該界面看到系統和本體的實時電能質量信息，操作簡單，可以遠控，也可以本控;標準模塊化設計，縮短交付周期，同時提高了使用的可靠性和可維護性。
	溫濕度控制器		WHD72- 11/UT	智能型溫濕度控制器以數碼管方式顯示溫濕度值，有加熱器、傳感器故障指示、變送功能、帶有RS485通訊接口可供遠程監控，用戶可通過按鍵編程自行設定系統參數。該儀表集測量、顯示、控制及通訊于一體，精度高、測量范圍寬，是一種適合于各個行業和領域的溫濕度測量控制儀表。具有許昌開普研究院有限公司、國家繼電保護及自動化設備質量監督檢驗中心檢測合格的型式檢驗報告證書和電磁兼容檢驗證書，產品防護等級均達到IP65，符合管廊綜合監控系統中對相關產品功能、防護等級及電磁兼容的要求。
智能網關			Anet系列	8個RS485串口2kV隔離，2個以太網接口，支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通訊協議設備的接入，支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上傳協議、支持多中心不同數據服務要求，支持斷點續傳，裝置電源:220VAC/DC。
應用場合（配電室）		產品	型號	功能
環境監測	溫濕度		/	用于配電房溫度和濕度。工作電源：AC/DC85～265V工作溫度：-40.0℃～99.9℃工作濕度：0%RH～99%RH
	煙霧		/	光電式煙霧傳感;電源正極（DC12V）：+12V，繼電器輸出：常開觸點
	水侵		/	接觸式水浸傳感器，監測變電所、電纜溝、控制室等場所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：-20℃~+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應時間：1s繼電器輸出：常開觸點
	局方檢測		/	監測變壓器、開關、開關柜的局部放電
	門禁		/	常開型；感應距離：30-50mm材質：鋅合金，銀灰色電度干接點輸出
	攝像機		/	視頻監控
	開關量模塊		ARTU-KJ8	8路開關量輸入,8路繼電器輸出
智能網關			ANet-2E4SM	4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊,可擴展16路。

5.5.2電氣火災監控系統

應用場合		產品	型號	功能
各變電所	0.4KV出線	$C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\1457501z.jpg$	ARCM200 系列	用于檢測TN-C-S、TN-S及局部TT系統中的剩余電流、溫度等電氣參數，從而預防電氣火災的發生。
各艙室	末端配電箱		ARCM300 系列	用于檢測TN-C-S、TN-S及局部TT系統中的剩余電流、溫度等電氣參數，從而預防電氣火災的發生。
區域變電所	區域分機		Acrel-6000/B3	接收電氣火災監控探測器信號，實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制與管理，采用485通訊
主變點所監控中心	控制主機		Acrel-6000/B	接收電氣火災監控探測器信號和各區域分機數據，實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制與管理，可采用485通訊。
配套附件
配套附件	0.4kV電流互感器		AKH-0.66	測量型互感器，采集交流電流信號。

5.5.3消防設備電源監控系統

應用場合		產品	型號	功能
消防設備電源電壓監控			AFPM3-2AVM	監測兩路三相交流電壓，二總線通訊。
區域變電所	區域分機		AFPM100/B3	接收消防設備電源監控探測器信號，實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制與管理，可采用二總線通訊。
主變點所監控中心	控制主機		AFPM100/B1	接收消防設備電源監控探測器信號和各區域分機數據，實現對被保護電氣線路的報警、監視、控制與管理，可采用二總線通訊。

5.5.4防火門監控系統

應用場合		產品	型號	功能
普通艙室配電室	常開防火門		AFRD-CK(YT)-65 AFRD-CK(YT)-85 AFRD-CK(YT)-120	監測常開防火門的開閉狀態。
普通艙室配電室	常閉防火門	$D:\WinEIM\users\682\temp\dfa0e266.png$	單扇：AFRD-CB1(YT) 雙扇：AFRD-CB2(YT)	監測常閉防火門的開閉狀態。
防爆艙室	常開/常閉防火門		AFRD-MC	監測常開、常閉防火門的開閉狀態。
防爆艙室	監測模塊		AFRD-CK/CB	接收AFRD-MC的狀態信息同步傳輸至防火門監控主機。
區域變電所	區域分機		AFRD100/B3	接收防火門監控模塊和防火門一體式探測器的信號，實現對防火門開閉狀態的報警、監視、控制與管理，采用二總線通訊。
主變點所監控中心	控制主機		AFRD100/B	接收防火門監控模塊和防火門一體式探測器的信號以及各區域分機的實時數據，實現對防火門開閉狀態的報警、監視、控制與管理，采用二總線通訊。

5.5.5消防應急照明和疏散指示系統

應用場合		產品	型號	功能
各變電所和非防爆艙室	集中電源集中控制型消防應急標志燈具（高防護）		A-BLJC-1LROEII1W-A431H(單面安全出口)	防護等級：IP67 設備尺寸：14540015 安裝方式：壁掛
	集中電源集中控制型消防應急標志燈具（高防護）		A-BLJC-1LROEII1W-A431H(單面疏散出口)	防護等級：IP67 設備尺寸：14540015 安裝方式：壁掛
	集中電源集中控制型消防應急照明燈具（高防護）		A-ZFJC-E*W-A604T8單管式應急照明燈具	防護等級：IP67 設備尺寸：Φ26L400、Φ26L600、Φ26*L1200 安裝方式：吸頂、吊掛設備功率：3、6、9、12、15W
			A-ZFJC-E*W-A603HC高防護應急照明燈具	防護等級：IP67 設備尺寸：Φ175*H60 安裝方式：吸頂、壁掛設備功率：3、6、9、12、15W
			A-ZFJC-E*W-A603HE高防護應急照明燈具	防護等級：IP67 設備尺寸：1989855 安裝方式：吸頂、壁掛設備功率：3、6、9、12、15W
	消防應急燈具專用電源		A-D-0.3KVA-A200L A-D-0.5KVA-A200L A-D-0.75KVA-A200L A-D-0.1KVA-A200L	防護等級：IP65 設備尺寸：500400200、600480230 安裝方式：壁掛設備功率：0.3、0.5、0.75、1KVA 回路數量：8路
防爆艙室	集中電源集中控制型消防應急防爆標志燈具		A-BLJC-1LROEI1W-A431EX（防爆單面出口)	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：16537565 安裝方式：壁掛
	集中電源集中控制型消防應急防爆標志燈具		A-BLJC-1LROEI1W-A431EX（防爆單面左向)	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：16537565 安裝方式：壁掛
	集中電源集中控制型消防應急防爆照明燈具		A-ZFJC-E*W-A630EX	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：25624378 安裝方式：壁掛設備功率：3、6、10W
	集中電源集中控制型消防應急防爆照明燈具		A-ZFJC-E*W-A632EX	防護等級：IP65 防爆等級：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設備尺寸：Φ135mm*H168mm 安裝方式：吊管安裝設備功率：3、6、9、12、15W
	消防應急燈具專用電源(防爆)		A-D-0.3KVA-A200EX A-D-0.5KVA-A200EX A-D-1KVA-A200EX	防護等級：IP43 設備尺寸：904702220、1354702220 安裝方式：壁掛設備功率：0.3、0.5、1KVA 回路數量：8路
區域變電所	區域分機		A-C-A100/B3	區域分機通過總線網絡實時監控各個終端，在險情發生時，自動將信息指令發布到每個終端，終端收到指令之后自動開始工作，如頻閃、變向、開、滅燈等工作，實時指示安全的疏散路線。
區域變電所	中繼器		CAN轉光纖中繼	通過CAN轉光纖中繼實現把CAN總線傳輸轉換至光纖傳輸延長通訊距離增加方案多樣性。
主變電所監控中心	監控主機	$C:\Users\Administrator\Desktop\琴臺柜.jpg$	A-C-A100	監控主機通過總線網絡實時監控各個終端，在險情發生時，自動將信息指令發布到每個終端，終端收到指令之后自動開始工作，如頻閃、變向、開、滅燈等工作，實時指示安全的疏散路線。

6結論

綜上所述，應用BIM與GIS技術建立起的綜合管廊智能化管理運維監控系統，可以顯著提升對綜合管廊的管理效率。目前，基于BIM與GIS技術之上構建的綜合管廊管理系統平臺已經在國內一線城市中加以應用，其發揮出的效果令人滿意，在應用過程中還存在改進空間，在日后的研究工作中，我們應該重點放在增加系統的功能性以及系統穩定性方面。隨著BIM技術應用經驗的不斷積累，綜合管廊智能化管理平臺勢必更加完善，在此基礎上開展綜合管廊的管理工作，可以有效推動綜合管廊行業的發展，進而更好的為構建智慧城市作出應有貢獻。

參考文獻

[1]周文,李倩楠,潘良波,楊國敬.基于BIM和GIS的綜合管廊智能化管理平臺研究與實現[J].地理信息世界,2017,24(03):97-100.

[2]姜勝利，劉亞軍.綜合管廊智能化管理運維監控的實現

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05

作者簡介：王明單，女，現任職安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監控研究發展，郵箱:2885026752@qq.com，手機：13636482524（微信同號），QQ:2885026752