綜合管廊運維管理信息化系統建設過程中結合BIM的建議

孔令超,　姬衛東,　郭亨波

[1.上海博坤信息技術有限公司, 上?！?00032;2.上海電器科學研究所(集團)有限公司, 上?！?00063]

0　引　言

當前,綜合管廊的建設工作在各地展開,已有多地完成建設施工而轉入運維階段,更多地方則正在進行建設施工,同時籌備用于監控報警和管理運維業務的信息化系統建設工作。信息化已不僅是對傳統紙質管理模式的簡單替代,而是向著體系化、人性化、智慧化的方向發展。然而,綜合管廊行業依然面臨一系列問題:如何在移交運營之初建立起一個數據齊備、功能完善的管理系統,如何將信息化管理與現實世界進行對應管理,以何種方式對紛繁的動靜態信息進行收集承載、聚合索引并直觀呈現等[1-3]。

本文針對管廊運維階段的各方需求,基于BIM管理理念和信息支撐能力,對此展開研究。

1　綜合管廊運維信息化建設目標與現狀

綜合管廊信息化建設的指導綱要是住建部、國家質監總局聯合發布的《城鎮綜合管廊監控與報警系統工程技術規范》,在此之上,各地也結合自身需求,籌劃建設更為智慧化的、融合監控報警和運維業務的統一管理平臺。雖然各地在實現上會各有不同,但整體目標中有如下共通點:

(1) 信息化系統圍繞保障運作安全、提升管理效率來規劃和設計,在傳統監控報警系統的基礎上結合各項技術實現智慧化的監控和管理。

(2) 通過融合監控報警、安全防范、會商指揮調度等子系統,結合室內定位、移動網絡、電視墻等技術和設施,實現管理鏈路的全貫通,提升管理效率和應對的及時有效性。

(3) 結合GIS/BIM,通過三維可視化技術,實現直觀信息展示。

(4) 應用移動互聯網、物聯網、云服務、大數據、人工智能等一系列新技術概念。

綜合管廊運維的信息化建設周期長,涉及多專業、涵蓋多領域的系統工程,雖然各地綜合管廊在開始都以“高起點規劃、高標準建設”的指導方針建設,但是當綜合管廊設計施工工作進入尾聲開始轉入運維階段時,仍會發現在管理信息化方面存在如下問題:

(1) 綜合管廊缺乏成熟的運維管理經驗,而新制定的運維管理規范不夠明確,雖有規范指導,但落實到應用層面仍顯不足,需求的不明導致在信息化建設方向上的不明確。

(2) 在綜合管廊的設計和建設過程中雖然有應用BIM技術,但是對BIM的理念精髓把握不夠準確,更多地把BIM技術當作三維展示的工具,全生命周期管理的制度化建設明顯不足。

(3) 綜合管廊的運維信息化系統建設是一個系統工程,前期規劃缺失或準備工作不到位,導致在運維階段無法達到設想的效果。

(4) 信息分散,缺乏一條主線將各類紛繁的數據進行整合索引。

(5) 新技術應用空泛,隔離網絡中無法體現云計算價值,大數據技術應用不夠深入,對人工智能技術的理解還停留在巡檢機器人的階段,沒有有效利用各項信息化技術。

2　基于BIM的綜合管廊運維信息化體系

結合綜合管廊信息化系統的整體建設目標和當前普遍存在的問題分析,可以發現這些問題都是需要建立相關的制度化規范體系和規劃相應的應用體系來解決[4-5]。

2.1　BIM全生命周期管理體系

全生命周期管理是BIM的一個核心理念,在管廊的規劃設計和建設施工階段貫徹此理念,除能保證管廊本體建設的順利進行,對后續管廊運維階段的數據積累、體系建設都大有益處。在管廊的設計建造階段可以進行以下方面的機制建設。

(1) BIM建模標準的制定,綜合管廊的BIM建模標準將約束模型的顆粒度、模型屬性的完備度,而這些也決定后續運維階段可用數據的范圍和精細度,一般需要在設計階段和機電招標階段對設計單位和機電供應商提出要求。

(2) BIM與資產清冊的對應及統一,通過BIM的集成交付來實現資產清冊的交付是理想方式,但是在實踐中很難實現,在此條件下必須實現BIM與資產清冊的對應及統一,來實現后續運維過程中的資產管理。

(3) 約束和規范BIM與綜合監控報警系統的對應,BIM與綜合監控報警系統的融合是智慧運維管理平臺的一個核心功能,因而將BIM中的設施設備與監控系統的點位進行對應也是重要工作,此項工作的建立將大幅提升后續管廊運維管理信息的信息融合度。

(4) 確立BIM更新機制,在管廊投入運營中隨著管線入廊、內部調整、改擴建等,管廊本身會發生各種變化,這些變化要持續體現在運維系統中,需要一個長效機制來保障BIM的及時性、準確性。

2.2　多源異構信息整合索引數據體系

在綜合管廊的運維過程中,需要納入管理或在管廊運維過程中會涉及到各方面的信息源,而這些數據自身的形式多種多樣。在面向多源異構信息源構建數據整合索引體系時,將數據分為三類不同方式:

(1) 時序數據,即實時數據,包括環境監測數據、管線監測數據、結構檢測數據等時間序列數據,宜采用時序數據庫存儲。

(2) 結構化數據,包括靜態屬性信息、業務數據等,宜采用關系型數據庫,如Oracle、MySQL、PostgresQL等存儲。

(3) 非結構化數據及元數據鍵值對,包括大量的視頻影像、文檔文件等,此類數據宜采用MongoDB GridFS和 Hbase混合方式實現。

多源異構信息源的數據整合索引體系如圖1所示。

在數據體系的建設中,GIS/BIM既是承繼管廊規劃設計和建設施工階段信息、整合索引多源數據的線索,同時又是信息展示、數據表達的重要載體。采用GIS來實現城市地下綜合管廊的空間數據、屬性數據和拓撲關系的一體化管理,不僅會使城市綜合管廊管理工作量大大減少,還可以為大數據的應用提供預留,為綜合管廊的規劃和建設提供科學的決策支持。

圖1　多源異構信息源的數據整合索引體系

2.3　高擴展性高伸縮性系統架構體系

管廊信息化系統根據管廊管理的需要,建議采用數據與應用大集中的架構方式,即平臺主要的數據存儲和應用系統集中放置于一處,采用成熟先進的基礎軟件系統和設計模式,滿足各項應用及性能指標要求。

綜合管廊智慧運維管理平臺建立在各常規監控子系統之上,平臺匯集大量的實時傳感器信息后可結合規則進行實時數據分析,及時準確發現隱患及突發意外,并警示應對。將物聯網與BIM技術整合,再結合平臺知識共享、協同工作功能,實現管廊的可視化動態管理。

綜合管廊智慧運維管理平臺系統架構如圖2所示。

圖2　綜合管廊智慧運維管理平臺系統架構

在技術層面,系統采用面向服務的架構(SOA)方式,可以把業務與技術分離,實現軟件資源的共享與重用、隨需求擴展系統。

2.4　多部門多終端應用體系

在綜合管廊的運維管理工作中涉及到不同部門不同崗位,這些部門和崗位因其自身職責的不同,對信息化系統也有多樣的訴求。

(1) 政府管理部門:對管廊運營進行行業指導和監管,協調管廊運營企業和管線權屬單位之間的工作。

(2) 管廊運營企業:負責管廊運營具體實務,對管廊運營的各類業務進行連續性規劃,向政府管理部門上報各類信息;一線工作人員則需采集管廊運行的各類數據,對各類事件進行現場處置。

(3) 管線權屬單位:本專業地下管線的管理責任主體,自有管線入廊計劃編制及工程實施,負責自有管線的設施維護及日常管理。

這些崗位分布在不同的機構部門中,而且工作場合也不盡相同,因而有必要設計多種終端形式(面向控制中心的監控大屏,面向各類人員的Web客戶端,面向現場工作人員的移動客戶端,面向管理人員和外部人員的微信服務號,面向外部系統的數據接口)針對性地提供信息服務,支持業務開展。

3　建設內容及實施路徑

基于BIM技術的綜合管廊智慧運維管理平臺將構建由多個部分構成的信息化體系,這需要在管廊的規劃和建設階段進行整體方案的設計,在機電安裝時做好充分的準備和技術預留,并在運維階段的應用中持續演進。在實踐中,建設內容應包含以下方面。

(1) 建立綜合管廊運營管理的一系列標準規范,以此指導和約束后續工作,包括用以構建系統BIM基礎的BIM建模標準及BIM信息收集管理標準。

(2) 建立實用、先進的機房及控制中心。

(3) 建立安全、穩定的網絡環境,包括廊內無線覆蓋。

(4) 建立監控數據收集機制。

(5) 建立共享數據庫。

(6) 建立面向服務的軟件架構。

(7) 建立穩定、高效的組件服務。

(8) 在以上標準、原則、架構的基礎上建設系統功能:管廊本體及入廊管線綜合監控集成;資產及物資管理;管廊日常運維工作管理;管廊入廊及費用核算;應急預案及事件處置;綜合統計分析;其他輔助功能。

(9) 面向不同參與角色的應用終端。

(10) 建立完善的安全保障機制。

(11) 長效的平臺維護管理機制。

在實施路徑上應通過標準先行的方式,以標準約束各項工作,保障信息化建設的各底層結構的完善建立,在建成綜合管廊智慧運維管理平臺后,更應以標準監管督促各項工作,體現信息化建設的應用價值,為平臺提供準確及時的信息反饋,進而形成良性循環。

4　結　語

為解決管廊運維信息化建設中遇到的幾個普遍問題,提出基于BIM全生命周期管理理念,在規劃設計和施工建設階段開始為運維階段的信息化建設預設鋪墊,開展各項前期工作,為管廊運維交付時同步提供信息化管理工具準備相關資源,避免運維初期的管理空窗,保障管廊運維安全,提升地下綜合管廊的管理效率,并設立長效機制,保障管廊運維信息化工作的延續性。