綠色城市智慧管理：數(shù)字孿生地下綜合管廊平臺(tái)

1833 年，世界第一條市政管線綜合管廊在法國巴黎建成。1994 年，上海市政府規(guī)劃建設(shè)了大陸第一條規(guī)模最大、距離最長的綜合管廊——浦東新區(qū)張楊路綜合管廊。至今，地下綜合管廊，已演變?yōu)槌鞘泄δ艿?“生命線”，是人們生活的保障。

當(dāng)我們暢行在寬敞大道，徜徉在平坦綠地時(shí)，在我們看不見的地下 7 至 8 米處，城市“大動(dòng)脈”正源源不斷地為市民輸送與生活息息相關(guān)的水、電、氣和通信訊號(hào)，確保城市正常安全高效運(yùn)行。

Hightopo 采用輕量化三維建模技術(shù)，高仿真模擬綜合管廊內(nèi)部場景，以 3D 場景為基礎(chǔ)，2D 數(shù)據(jù)面板為輔，數(shù)字化展現(xiàn)城市地下隧道空間，了解電力、通信，燃?xì)?、供熱、給排水等各種工程管線的鋪設(shè)情況，并在圖撲可視化大屏進(jìn)行檢修口、吊裝口和監(jiān)測系統(tǒng)的查看。

地下綜合管廊智慧管理 Web 平臺(tái)利用三維可視化和虛擬仿真技術(shù)，對(duì)地下綜合管廊的物理要素和信息系統(tǒng)進(jìn)行高精度模擬重現(xiàn)，圍繞感知、傳輸、數(shù)據(jù)、平臺(tái)與應(yīng)用以及展現(xiàn)等層面的關(guān)鍵技術(shù)研究及其應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)城市地下綜合管廊安全運(yùn)營與智慧管控。

綜合管廊概覽

Hightopo 的可視化大屏展示陸家嘴干線部分的管廊敷設(shè)情況，管廊總體長度 10.14 km，共有 11 個(gè)匯集點(diǎn)。綜合管廊依托智慧管廊綜合運(yùn)營管理平臺(tái)，通過管廊內(nèi)布設(shè)的紅外對(duì)射報(bào)警、傳感器、人員定位系統(tǒng)等智能設(shè)備，對(duì)管廊內(nèi)部的環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)處理管廊內(nèi)部報(bào)警信息及遠(yuǎn)程調(diào)度工作。

其中在系統(tǒng)方面，綜合管廊附屬系統(tǒng)設(shè)計(jì)除包含消防、通風(fēng)、供電、照明、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、安防等系統(tǒng)外，還有智能疏散、人員定位、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與可燃?xì)怏w探測報(bào)警、本體排水等系統(tǒng)。

設(shè)備統(tǒng)計(jì)

通過 Hightopo 地下綜合管廊智慧管理 Web平臺(tái)，工作人員輕點(diǎn)鼠標(biāo)，就可以清楚看到各個(gè)艙內(nèi)的運(yùn)維、保養(yǎng)、故障維修等情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。用環(huán)形圖展示離線設(shè)備、在線設(shè)備，告警設(shè)備、待檢修設(shè)備的比率，如果離線設(shè)備過多，應(yīng)派員工進(jìn)入綜合管廊進(jìn)行實(shí)地檢測。

艙室情況

電力 1 艙、電力 2 艙、綜合艙和燃?xì)馀摴?4 個(gè)艙室的電壓、電流、負(fù)責(zé)人和聯(lián)系方式展示，便于出現(xiàn)問題后及時(shí)溝通處理。

干線綜合管廊：用于容納城市主干工程管線采用獨(dú)立分艙方式建設(shè)的綜合管廊。

支線綜合管廊：用于容納城市配給工程管線采用單艙或雙艙方式建設(shè)的綜合管廊。

纜線管廊：采用淺埋溝道方式建設(shè)，設(shè)有可開啟蓋板但其內(nèi)部空間不能滿足人員正常通行要求，用于容納電力電纜和通信線纜的管廊。

預(yù)警信息

Hightopo 可視化系統(tǒng)收集管廊供電系統(tǒng)、感煙探測器、排水排煙系統(tǒng)、環(huán)境溫、濕度，可燃?xì)怏w探測、門禁、入侵檢測、視頻等信息，有異常，通過智慧管理平臺(tái)推送報(bào)警信號(hào)，并且可以派發(fā)工單，進(jìn)行跟蹤閉環(huán)處理。

7 天內(nèi)管線破損、人員異常、環(huán)境異常、設(shè)備異常的告警數(shù)據(jù)采用環(huán)形圖展示，讓管理者清楚告警的構(gòu)成情況。告警列表動(dòng)態(tài)顯示警報(bào)級(jí)別和故障地址，便于統(tǒng)計(jì)事故易發(fā)地。

工單統(tǒng)計(jì)

巡檢工單、維修工單、動(dòng)火作業(yè)、管廊參觀、管線入廊、維護(hù)工單分別統(tǒng)計(jì)，30 日工單數(shù)量累計(jì)展示，采用折線圖展示歷史工單的統(tǒng)計(jì)情況。

工單的收集利于問題的統(tǒng)計(jì)，后續(xù)可排查出事故頻繁發(fā)生的地點(diǎn)和時(shí)間，提前采取預(yù)防措施，避免類似問題的發(fā)生。

環(huán)境監(jiān)測

HT 可視化利用豐富的圖表、圖形和設(shè)計(jì)元素將相對(duì)復(fù)雜、抽象的數(shù)據(jù)通過可視的方式以更直觀理解的形式展現(xiàn)，便于管廊運(yùn)維人員的高效管理，無需通過人工核算等復(fù)雜形式進(jìn)行地下綜合管廊的運(yùn)維分析。

HT 可視化大屏，利用各種圖表實(shí)時(shí)展現(xiàn)“地下生命線”各項(xiàng)健康指數(shù)：氧氣、溫度、濕度、通風(fēng)，如果電力艙、燃?xì)馀?、綜合艙內(nèi)哪項(xiàng)指數(shù)異常監(jiān)控平臺(tái)都會(huì)自動(dòng)報(bào)警。如果某一地段含氧量過低，可通過圖撲的可視化大屏結(jié)合 GIS 快速定位問題點(diǎn)，及時(shí)安排人員進(jìn)行救援。Hightopo 與 GIS 的結(jié)合可有效縮短救援時(shí)間。

管廊內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一些有毒有害氣體，根據(jù)氣體的化學(xué)性質(zhì)可以分為可燃?xì)怏w和有毒氣體兩大類。管廊中的可燃性氣體主要成分是甲烷和揮發(fā)性有機(jī)化合物，有毒氣體主要是硫化氫、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，所以管廊內(nèi)需安裝使用檢測儀器對(duì)氣體進(jìn)行監(jiān)測，保障人員安全。選用氣體檢測儀器首選要確定管廊檢測氣體的種類和濃度范圍。

地下管廊環(huán)境監(jiān)控解決方案主要由溫濕度傳感器、氧氣傳感器、一氧化碳傳感器、二氧化碳傳感器、硫化氫、甲烷傳感器、壓力傳感器、液位傳感器、水浸傳感器、煙霧報(bào)警器、環(huán)境監(jiān)控主機(jī)和云平臺(tái)組成。連接環(huán)境監(jiān)控主機(jī)通過 GPRS/4G 上傳至云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)不間斷在線監(jiān)控，并支持在線報(bào)警、遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)曲線查看等功能。

當(dāng)檢測到某項(xiàng)氣體的參數(shù)超過預(yù)置報(bào)警值時(shí)會(huì)通過 HT 大屏發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)維人員注意作業(yè)安全。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生應(yīng)急啟動(dòng)、故障等事件時(shí)，控制器能自動(dòng)記錄事件類型，事件發(fā)生時(shí)間，事件發(fā)生區(qū)域以及事件的詳細(xì)信息。

城市地下綜合管廊安全運(yùn)營與智慧管控的核心在于數(shù)據(jù)與應(yīng)用，城市地下綜合管廊的數(shù)據(jù)是典型的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源不同，有環(huán)境監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，有視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，有管廊本體數(shù)據(jù)，還有管廊及其設(shè)備人員空間位置數(shù)據(jù)以及應(yīng)急預(yù)案文本數(shù)據(jù)等，為此多源數(shù)據(jù)集成、聯(lián)動(dòng)與融合是管廊安全運(yùn)營與智能化管控的核心。

管廊內(nèi)部系統(tǒng)

無論承載的管線出現(xiàn)故障，還是自身附屬設(shè)備出現(xiàn)故障，都可能造成部分功能的癱瘓，因此建設(shè)綜合管廊時(shí)需要設(shè)置各類現(xiàn)場傳感器用于監(jiān)測和控制管廊內(nèi)部設(shè)施運(yùn)行情況。通常包括：管廊附屬地面及內(nèi)部供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、排水排煙系統(tǒng)、巡更等。

通風(fēng)系統(tǒng)

綜合管廊屬于密閉地下構(gòu)筑物，必須設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)。保證管廊內(nèi)電纜散發(fā)的熱量能及時(shí)排出并為檢修人員提供適量的新鮮空氣。管廊內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，能有助于控制火勢(shì)蔓延和人員疏散。常見管廊通風(fēng)方式分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)，機(jī)械通風(fēng)包括機(jī)械排風(fēng)、機(jī)械進(jìn)風(fēng)。如果綜合管廊內(nèi)容納電力、通信、給水等常規(guī)管線，可以采用自然和機(jī)械結(jié)合的通風(fēng)方式。如果綜合管廊內(nèi)容納污水、天然氣等特殊管線，則必須采用機(jī)械進(jìn)、排的通風(fēng)方式。

運(yùn)用 Hightopo 自主研發(fā)核心產(chǎn)品 HT for Web，實(shí)現(xiàn)可交互的 Web 通風(fēng)設(shè)備三維場景，畫面可進(jìn)行縮放、平移、旋轉(zhuǎn)，以此實(shí)現(xiàn)不同位置和編號(hào)的風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥狀態(tài)和模式的監(jiān)控，便于管理。

安防系統(tǒng)

無論是管廊建設(shè)之初還是投入使用中，它的安全問題都至關(guān)重要。城市綜合管廊的安防建設(shè)主要包括：環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、入侵報(bào)警系統(tǒng)、紅外探測報(bào)警、緊急報(bào)警、燃?xì)庑孤﹫?bào)警、火災(zāi)煙霧報(bào)警、高溫預(yù)警、特殊區(qū)域防爆報(bào)警系統(tǒng)、大屏顯示系統(tǒng)、電子巡查系統(tǒng)以及綜合平臺(tái)管理等。

通過 HT 可視化系統(tǒng)將溫濕度探測器、氧氣傳感器、有害氣體和積水監(jiān)測、自動(dòng)報(bào)警和滅火等各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)展示。輪播報(bào)警觸發(fā)的情況，做到全方位監(jiān)測無死角，全時(shí)段監(jiān)測不遺漏，幫助管理者及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，排除隱患。

監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控中心是保證綜合管廊后期維護(hù)運(yùn)行的指揮中心，HT 作為基于 HTML5 標(biāo)準(zhǔn)的組件庫，可以無縫結(jié)合 HTML5 各項(xiàng)多媒體功能，支持集成各類視頻資源形成統(tǒng)一的視頻流，可在 2D、3D 態(tài)勢(shì)地圖上標(biāo)注攝像頭對(duì)象并關(guān)聯(lián)其視頻信號(hào)源，通過場景交互來調(diào)取相應(yīng)監(jiān)控視頻，滿足運(yùn)維人員對(duì)場景進(jìn)行實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)感知、歷史數(shù)據(jù)回溯比對(duì)、應(yīng)急處理預(yù)案等監(jiān)測需求。

傳統(tǒng)視頻監(jiān)控多個(gè)分鏡頭畫面以 2D 的方式平鋪在顯示器上，很難將分鏡頭視頻與實(shí)際地理位置相對(duì)應(yīng)，無法對(duì)大場景進(jìn)行有效直觀的實(shí)時(shí)監(jiān)測，沒有態(tài)勢(shì)感知。HT 視頻融合技術(shù)采用 WebGL 技術(shù)， 利用 GPU 高性能計(jì)算能力對(duì)視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，圖像處理不占用 CPU 資源，畫面流暢。

綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)包含若干個(gè)子系統(tǒng)，例如：綜合管廊運(yùn)行工況多點(diǎn)高清視頻監(jiān)測系統(tǒng)、綜合管廊紅外報(bào)警實(shí)時(shí)視頻監(jiān)測系統(tǒng)、綜合管廊內(nèi)管道等設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等。

當(dāng)某區(qū)段溫度過高（高于40℃），或濕度過高（高于90%）時(shí)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)啟動(dòng)該區(qū)段的通風(fēng)機(jī)，強(qiáng)制通風(fēng)換氣，保障綜合管廊內(nèi)電力電纜的運(yùn)行容量和各設(shè)施和工作人員的安全。

工作人員信息

每位運(yùn)維員的入廊時(shí)間、離開時(shí)間、工作點(diǎn)位、聯(lián)系方式都實(shí)時(shí)顯示，如有異常，監(jiān)控室運(yùn)維可及時(shí)聯(lián)系管廊內(nèi)巡檢員工快速撤離到安全地帶。在每位運(yùn)維員頭頂?shù)募t色安全帽里安裝藍(lán)牙定位、小攝像頭，遇到突發(fā)狀況時(shí)，運(yùn)維員按下帽子上的求救按鍵，信號(hào)、畫面就會(huì)實(shí)時(shí)傳回指揮中心。

排水系統(tǒng)

地下綜合管廊內(nèi)有專做的生活污水雨水管路，也有專業(yè)的排水管道配套設(shè)施，遇上城市污水管不能馬上泄水時(shí)候，可以立即借助地下綜合管廊的較大空間來實(shí)現(xiàn)排洪。通過液位檢測系統(tǒng)快速確定液位高低，并發(fā)送數(shù)據(jù)至 HT 監(jiān)控中心。如液位過高可實(shí)時(shí)調(diào)整水泵運(yùn)行狀態(tài)，有效降低管廊維護(hù)成本，提高效率。

當(dāng)區(qū)段內(nèi)兩個(gè)爆管檢測專用液位開關(guān)同時(shí)報(bào)警和水管上壓力開關(guān)壓力低報(bào)警、或紅外防入侵裝置報(bào)警時(shí)，PLC 開啟相應(yīng)區(qū)間的照明。

綠色節(jié)能

雙碳目標(biāo)持續(xù)推進(jìn)，節(jié)能減排是重點(diǎn)。對(duì)于傳感器和智能面板的節(jié)能設(shè)置。其中傳感器作為自動(dòng)控制感應(yīng)模塊，嵌入式安裝在管廊頂部，可以設(shè)定有人經(jīng)過時(shí)紅外感應(yīng)控制亮燈，人離開后在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)熄燈。智能面板等手動(dòng)控制設(shè)備，可嵌墻安裝在管廊分區(qū)入口處，這樣可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、現(xiàn)場控制和值班室遠(yuǎn)程控制相結(jié)合。

綜合管廊各艙智能監(jiān)測系統(tǒng)，具備對(duì)各艙本體、運(yùn)行環(huán)境等進(jìn)行智能檢測。采用環(huán)形圖動(dòng)態(tài)顯示各艙室能耗占比，比對(duì)分析巡檢數(shù)據(jù)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備和運(yùn)行環(huán)境中存在的高耗能情況，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

設(shè)備能耗監(jiān)控

采用柱狀圖分別對(duì)比通風(fēng)、監(jiān)控、照明、排水、安防的能耗數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，識(shí)別能耗較大的設(shè)備并采取調(diào)整措施。能耗歷史的統(tǒng)計(jì)方便管理者對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

節(jié)能減排考核

建立科學(xué)、完整、統(tǒng)一的節(jié)能減排統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測和考核體系，按規(guī)定做好各項(xiàng)能源和污染物指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測，按時(shí)報(bào)送數(shù)據(jù)。要對(duì)節(jié)能減排各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，加強(qiáng)統(tǒng)計(jì)執(zhí)法檢查和巡查，確保各項(xiàng)數(shù)據(jù)的真實(shí)、準(zhǔn)確。嚴(yán)肅查處節(jié)能減排考核工作中的弄虛作假行為，嚴(yán)禁隨意修改統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，杜絕謊報(bào)、瞞報(bào)，確?？己斯ぷ鞯目陀^性、公正性和嚴(yán)肅性。

Hightopo 3D 可視化綜合管廊系統(tǒng)摒棄傳統(tǒng)運(yùn)維管理模式的缺陷，打造“綠色管廊監(jiān)管運(yùn)維一體化”體系。城市地下綜合管廊安全運(yùn)營與智慧管控主要集成環(huán)境監(jiān)控、管廊本體監(jiān)控、人員設(shè)備定位、入侵探測安全防范等，構(gòu)建環(huán)境、設(shè)施、設(shè)備與結(jié)構(gòu)安全體系，最終基于 3D GIS+BIM+全景的管廊安全監(jiān)測監(jiān)控綜合集成、聯(lián)動(dòng)報(bào)警與控制，并基于 ITSS 的綜合管廊智能運(yùn)維與服務(wù)，建立運(yùn)維、成本與管理等服務(wù)的地下管廊綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，全面考核管廊安全健康狀況、運(yùn)維服務(wù)情況以及成本與管理情況，全面構(gòu)建城市地下綜合管廊安全運(yùn)營與智慧管控體系。

審核編輯：符乾江