基于BIM+GIS 的城市地下綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)架構(gòu)研究

　　地下綜合管廊將電力、通信、給水、排水，燃?xì)獾裙芫€統(tǒng)一規(guī)劃集中鋪設(shè)，提高了地下空間利用率，可是一旦在運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段發(fā)生故障和災(zāi)害事故，就會(huì)產(chǎn)生連鎖效應(yīng)和衍生災(zāi)害，直接威脅整個(gè)城市的公共安全，造成重大影響。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)城市綜合管廊及入廊管線全生命周期高效的運(yùn)維管理，需要建立一套經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、科學(xué)、安全標(biāo)準(zhǔn)化的綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)。

　　此設(shè)計(jì)將BIM技術(shù)和GIS技術(shù)基于模型管理的思想運(yùn)用于管廊運(yùn)維管理平臺(tái)中，對(duì)平臺(tái)運(yùn)行架構(gòu)和功能模塊架構(gòu)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)集成了管廊本體、附屬設(shè)施、入廊管線及管廊周邊地理環(huán)境模型信息和設(shè)備實(shí)施運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)從二維到三維、宏觀到微觀的立體化、可視化管理，為管廊運(yùn)營(yíng)和運(yùn)維平臺(tái)開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

　　1地下綜合管廊建設(shè)的背景和意義

　　根據(jù)2015年國(guó)家財(cái)政部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部等部門(mén)聯(lián)合出臺(tái)的政策，我國(guó)各大城市要合理大力發(fā)展地下管廊建設(shè)，城市不能光有“面子”工程，更要解決好“里子”問(wèn)題。

　　國(guó)內(nèi)外部分地下管廊雖已運(yùn)營(yíng)數(shù)年，但在管廊運(yùn)維管理方面存在以下不足：管廊運(yùn)維管理方式落后;運(yùn)維管理各單位管理機(jī)制及聯(lián)動(dòng)性不足;保障管廊安全高效運(yùn)行的輔助系統(tǒng)缺乏功能性不足;管廊運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析再利用不足。

　　國(guó)家大力發(fā)展管廊建設(shè)，未來(lái)幾年將會(huì)有大量管廊建成，專(zhuān)業(yè)的管廊運(yùn)營(yíng)公司利用信息化手段對(duì)管廊實(shí)施安全高效運(yùn)維管理，是發(fā)揮地下管廊綜合效用的前提，所以建成一套經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、科學(xué)、全的管廊運(yùn)維管理平臺(tái)迫在眉睫。

　　2BIM技術(shù)和GIS技術(shù)結(jié)合應(yīng)用

　　BIM連接了建筑生命期不同階段的數(shù)據(jù)、過(guò)程和資源，從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)維都是圍繞BIM的單體精細(xì)化模型來(lái)進(jìn)行的，注重于微觀領(lǐng)域中建筑內(nèi)部的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);而GIS則一直致力于宏觀地理環(huán)境的研究，同時(shí)具備處理和分析宏觀地理環(huán)境中地理數(shù)據(jù)的能力。對(duì)于BIM來(lái)說(shuō)，三維GIS可基于周邊宏觀的地理信息，提供各種空間查詢(xún)及空間分析等三維GIS功能，為BIM提供決策支持;而對(duì)于三維GIS來(lái)說(shuō)，BIM模型則是一個(gè)重要的數(shù)據(jù)來(lái)源。

　　雖然BIM和GIS的集成運(yùn)用能夠?yàn)榫C合管廊運(yùn)營(yíng)的可視化、宏觀以及微觀管理功能的結(jié)合提供基礎(chǔ)。但目前為止，GIS與BIM數(shù)據(jù)的集成還存在很大的問(wèn)題，如集成后數(shù)據(jù)丟失、可視化效果不好、無(wú)法進(jìn)行空間數(shù)據(jù)分析等。為了促進(jìn)BIM和GIS技術(shù)的融合應(yīng)用，將各類(lèi)模型數(shù)據(jù)整合集成在一個(gè)平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)更加理想的運(yùn)維管理效果，需進(jìn)一步研究建立GIS與BIM之間模型精細(xì)度的映射算法、映射規(guī)則以及語(yǔ)義映射表等內(nèi)容。

　　3管廊運(yùn)維管理平臺(tái)運(yùn)行模式及架構(gòu)

　　為了給參與管廊建設(shè)、運(yùn)營(yíng)各單位提供一個(gè)全天候的便捷的交流和運(yùn)維管理平臺(tái)，將各類(lèi)數(shù)據(jù)及各個(gè)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(wù)器)運(yùn)行模式的管廊運(yùn)維管理平臺(tái)。

　　基于BIM+GIS的管廊運(yùn)維管理平臺(tái)主要包含監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)，為管廊運(yùn)維公司、權(quán)屬單位和政府監(jiān)管部門(mén)提供設(shè)施設(shè)備快速定位、維修計(jì)劃生成、專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)分析和圖表報(bào)告生成服務(wù)功能，可分為物理支撐層、數(shù)據(jù)資源層、服務(wù)界面層、應(yīng)用層以及用戶(hù)層5部分。

　　4監(jiān)控系統(tǒng)主界面功能區(qū)設(shè)計(jì)

　　主要分為七個(gè)功能模塊：

　　實(shí)時(shí)GIS地圖區(qū)

　　利用GIS地圖技術(shù)概覽全局，快速瀏覽任意位置、任意設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示廊內(nèi)任意位置以及BIM漫游錄像。

　　環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)區(qū)

　　實(shí)時(shí)顯示BIM漫游路線廊道內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器上傳的數(shù)據(jù)。

　　BIM漫游視頻區(qū)

　　提前設(shè)置BIM漫游路線，系統(tǒng)自動(dòng)漫游并且顯示相應(yīng)艙室視頻畫(huà)面。

　　報(bào)警提示區(qū)

　　環(huán)境監(jiān)測(cè)異?；蛘甙l(fā)生非法入侵，系統(tǒng)提示報(bào)警，電擊相應(yīng)按鈕提示詳情，并通過(guò)彈出BIM模型界面，進(jìn)行相應(yīng)操作。

　　子系統(tǒng)菜單區(qū)

　　廊內(nèi)人員、監(jiān)控界面、報(bào)警消息、管理系統(tǒng)、閾值設(shè)置、視頻設(shè)置等子系統(tǒng)入口。

　　交接提示區(qū)

　　該區(qū)域顯示交接班時(shí)的未盡事宜或重要通知。

　　值班監(jiān)督區(qū)

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

　　5管理系統(tǒng)功能模塊

　　管廊運(yùn)維管理平臺(tái)可根據(jù)不同人員所持有賬號(hào)分配相應(yīng)功能模塊進(jìn)入權(quán)限。管理系統(tǒng)功能模塊主要包括出入廊管理、設(shè)備管理、巡檢管理、系統(tǒng)管理、應(yīng)急流程，以及手機(jī)APP。

　　出入廊管理模塊

　　包含門(mén)禁卡辦理、外來(lái)參觀人員、權(quán)屬單位人員、運(yùn)營(yíng)公司人員和管線出入廊五個(gè)小模塊。從前期管線入廊進(jìn)場(chǎng)施工，到中期管線入廊，再到后期管廊運(yùn)營(yíng)公司及管線權(quán)屬單位的巡檢維護(hù)維修，通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行在線申請(qǐng)審批、許可跟蹤。

　　設(shè)備管理模塊

　　包含7個(gè)小模塊，分別是設(shè)備添加、設(shè)備養(yǎng)護(hù)、設(shè)備維修、檢測(cè)標(biāo)定、設(shè)備替換記錄、備品備件和統(tǒng)計(jì)分析。設(shè)備初次進(jìn)場(chǎng)投入運(yùn)行開(kāi)始對(duì)設(shè)備的名稱(chēng)、參數(shù)、型號(hào)、安裝位置等按照統(tǒng)一編號(hào)規(guī)則進(jìn)行編號(hào)，并與BIM模型和GIS模型關(guān)聯(lián)。

　　巡檢管理模塊

　　分為巡檢區(qū)域和巡檢記錄兩個(gè)子模塊。巡檢區(qū)域模塊總覽管廊總體分布及周邊環(huán)境情況，可結(jié)合巡檢任務(wù)量、巡檢路線連貫性等直接在GIS模型地圖上進(jìn)行合理的劃分，以防因區(qū)域劃分和路線設(shè)定不合理帶來(lái)繞路巡檢、重復(fù)巡檢等人力物力浪費(fèi)，并可同時(shí)設(shè)定巡檢日期、分配巡檢任務(wù)，巡檢區(qū)域劃分一步到位。

　　系統(tǒng)管理

　　設(shè)置賬號(hào)管理、排班管理、運(yùn)維日志、登錄記錄、報(bào)警信息匯總五個(gè)子模塊。賬號(hào)管理模塊主要針對(duì)PC端和移動(dòng)端管理員及用戶(hù)的登錄賬號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一有效管理。

　　應(yīng)急流程模塊

　　包含信號(hào)復(fù)位、通訊錄、會(huì)商系統(tǒng)、應(yīng)急演練、應(yīng)急記錄5個(gè)子模塊，每個(gè)子模塊緊密聯(lián)動(dòng)形成一個(gè)完整的應(yīng)急流程。

　　手機(jī)端

　　集成了申請(qǐng)審批、我的任務(wù)、今日當(dāng)班、通知公告、應(yīng)急預(yù)案、統(tǒng)計(jì)分析、經(jīng)驗(yàn)分享、發(fā)起聊天、位置查看等功能模塊。當(dāng)人員在管廊內(nèi)部作業(yè)時(shí)，可通過(guò)手機(jī)端連接廊內(nèi)無(wú)線網(wǎng)，與廊內(nèi)設(shè)置的RFID進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)巡檢任務(wù)接收，結(jié)果上報(bào)，人員定位，即時(shí)通信以及門(mén)禁開(kāi)啟動(dòng)功能。

　　本文以長(zhǎng)沙管廊項(xiàng)目為立足點(diǎn)，結(jié)合前期試運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，提出了基于BIM+GIS技術(shù)的城市地下綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了平臺(tái)功能模塊架構(gòu)，搭建了模擬平臺(tái)交互界面。在理論上和設(shè)計(jì)思路上，模擬平臺(tái)采用了先進(jìn)的信息化管理手段，將管廊運(yùn)維中每個(gè)事件及每一步操作與BIM模型和GIS模型關(guān)聯(lián)，通過(guò)BIM模型和GIS模型對(duì)設(shè)備實(shí)施遠(yuǎn)程控制，并對(duì)運(yùn)維中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)利用云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析處理，對(duì)后續(xù)運(yùn)維起到指引和預(yù)防作用，真正做到了信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化的全生命周期閉環(huán)式流程管理，為開(kāi)發(fā)管廊運(yùn)維管理平臺(tái)提供了技術(shù)支持和方案參考。

　　不夠完善的地方在于一是GIS與BIM數(shù)據(jù)的集成還存在很大的問(wèn)題，另外各類(lèi)數(shù)據(jù)量龐大，很考驗(yàn)瀏覽工具的處理速度。平臺(tái)的數(shù)據(jù)源包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、管廊BIM模型、管線設(shè)備出事數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)臺(tái)賬數(shù)據(jù)和后期管廊運(yùn)維數(shù)據(jù)等，原始數(shù)據(jù)經(jīng)平臺(tái)工具加工為標(biāo)準(zhǔn)格式后，經(jīng)由監(jiān)控中心內(nèi)網(wǎng)傳輸?shù)綉?yīng)用層供平臺(tái)使用。由于各類(lèi)數(shù)據(jù)量大，平臺(tái)采用B/S運(yùn)行模式時(shí)能否快速、流暢地加載和瀏覽模型是關(guān)鍵。除了需要進(jìn)行模型瘦身和優(yōu)化外，采用合適的BIM模型瀏覽工具也很重要。