基于BIM+GIS 的城市地下综合管廊运维管理平台架构研究

　　地下综合管廊将电力、通信、给水、排水，燃气等管线统一规划集中铺设，提高了地下空间利用率，可是一旦在运营维护阶段发生故障和灾害事故，就会产生连锁效应和衍生灾害，直接威胁整个城市的公共安全，造成重大影响。为进一步实现对城市综合管廊及入廊管线全生命周期高效的运维管理，需要建立一套经济、实用、科学、安全标准化的综合管廊运维管理平台。

　　此设计将BIM技术和GIS技术基于模型管理的思想运用于管廊运维管理平台中，对平台运行架构和功能模块架构进行研究和设计，设计集成了管廊本体、附属设施、入廊管线及管廊周边地理环境模型信息和设备实施运行数据，实现从二维到三维、宏观到微观的立体化、可视化管理，为管廊运营和运维平台开发提供理论依据和技术参考。

　　1地下综合管廊建设的背景和意义

　　根据2015年国家财政部、住房城乡建设部等部门联合出台的政策，我国各大城市要合理大力发展地下管廊建设，城市不能光有“面子”工程，更要解决好“里子”问题。

　　国内外部分地下管廊虽已运营数年，但在管廊运维管理方面存在以下不足：管廊运维管理方式落后;运维管理各单位管理机制及联动性不足;保障管廊安全高效运行的辅助系统缺乏功能性不足;管廊运营过程中产生的数据统计分析再利用不足。

　　国家大力发展管廊建设，未来几年将会有大量管廊建成，专业的管廊运营公司利用信息化手段对管廊实施安全高效运维管理，是发挥地下管廊综合效用的前提，所以建成一套经济、实用、科学、全的管廊运维管理平台迫在眉睫。

　　2BIM技术和GIS技术结合应用

　　BIM连接了建筑生命期不同阶段的数据、过程和资源，从设计、施工到运维都是围绕BIM的单体精细化模型来进行的，注重于微观领域中建筑内部的设计与实现;而GIS则一直致力于宏观地理环境的研究，同时具备处理和分析宏观地理环境中地理数据的能力。对于BIM来说，三维GIS可基于周边宏观的地理信息，提供各种空间查询及空间分析等三维GIS功能，为BIM提供决策支持;而对于三维GIS来说，BIM模型则是一个重要的数据来源。

　　虽然BIM和GIS的集成运用能够为综合管廊运营的可视化、宏观以及微观管理功能的结合提供基础。但目前为止，GIS与BIM数据的集成还存在很大的问题，如集成后数据丢失、可视化效果不好、无法进行空间数据分析等。为了促进BIM和GIS技术的融合应用，将各类模型数据整合集成在一个平台上，实现更加理想的运维管理效果，需进一步研究建立GIS与BIM之间模型精细度的映射算法、映射规则以及语义映射表等内容。

　　3管廊运维管理平台运行模式及架构

　　为了给参与管廊建设、运营各单位提供一个全天候的便捷的交流和运维管理平台，将各类数据及各个操作流程整合到BIM模型和GIS模型中，建立基于BIM+GIS并采用B/S(浏览器/服务器)运行模式的管廊运维管理平台。

　　基于BIM+GIS的管廊运维管理平台主要包含监控系统和管理系统，为管廊运维公司、权属单位和政府监管部门提供设施设备快速定位、维修计划生成、专业数据分析和图表报告生成服务功能，可分为物理支撑层、数据资源层、服务界面层、应用层以及用户层5部分。

　　4监控系统主界面功能区设计

　　主要分为七个功能模块：

　　实时GIS地图区

　　利用GIS地图技术概览全局，快速浏览任意位置、任意设备实时运行状态，实时显示廊内任意位置以及BIM漫游录像。

　　环境监测数据区

　　实时显示BIM漫游路线廊道内环境监测传感器上传的数据。

　　BIM漫游视频区

　　提前设置BIM漫游路线，系统自动漫游并且显示相应舱室视频画面。

　　报警提示区

　　环境监测异常或者发生非法入侵，系统提示报警，电击相应按钮提示详情，并通过弹出BIM模型界面，进行相应操作。

　　子系统菜单区

　　廊内人员、监控界面、报警消息、管理系统、阈值设置、视频设置等子系统入口。

　　交接提示区

　　该区域显示交接班时的未尽事宜或重要通知。

　　值班监督区

　　通过系统“我的”按钮每隔三分钟点击与否判断值班人员是否在岗，作为值班人员考核依据。

　　5管理系统功能模块

　　管廊运维管理平台可根据不同人员所持有账号分配相应功能模块进入权限。管理系统功能模块主要包括出入廊管理、设备管理、巡检管理、系统管理、应急流程，以及手机APP。

　　出入廊管理模块

　　包含门禁卡办理、外来参观人员、权属单位人员、运营公司人员和管线出入廊五个小模块。从前期管线入廊进场施工，到中期管线入廊，再到后期管廊运营公司及管线权属单位的巡检维护维修，通过平台进行在线申请审批、许可跟踪。

　　设备管理模块

　　包含7个小模块，分别是设备添加、设备养护、设备维修、检测标定、设备替换记录、备品备件和统计分析。设备初次进场投入运行开始对设备的名称、参数、型号、安装位置等按照统一编号规则进行编号，并与BIM模型和GIS模型关联。

　　巡检管理模块

　　分为巡检区域和巡检记录两个子模块。巡检区域模块总览管廊总体分布及周边环境情况，可结合巡检任务量、巡检路线连贯性等直接在GIS模型地图上进行合理的划分，以防因区域划分和路线设定不合理带来绕路巡检、重复巡检等人力物力浪费，并可同时设定巡检日期、分配巡检任务，巡检区域划分一步到位。

　　系统管理

　　设置账号管理、排班管理、运维日志、登录记录、报警信息汇总五个子模块。账号管理模块主要针对PC端和移动端管理员及用户的登录账号进行统一有效管理。

　　应急流程模块

　　包含信号复位、通讯录、会商系统、应急演练、应急记录5个子模块，每个子模块紧密联动形成一个完整的应急流程。

　　手机端

　　集成了申请审批、我的任务、今日当班、通知公告、应急预案、统计分析、经验分享、发起聊天、位置查看等功能模块。当人员在管廊内部作业时，可通过手机端连接廊内无线网，与廊内设置的RFID进行通信，实现巡检任务接收，结果上报，人员定位，即时通信以及门禁开启动功能。

　　本文以长沙管廊项目为立足点，结合前期试运维经验，提出了基于BIM+GIS技术的城市地下综合管廊运维管理平台设计方案，设计了平台功能模块架构，搭建了模拟平台交互界面。在理论上和设计思路上，模拟平台采用了先进的信息化管理手段，将管廊运维中每个事件及每一步操作与BIM模型和GIS模型关联，通过BIM模型和GIS模型对设备实施远程控制，并对运维中产生的数据利用云计算技术进行大数据分析处理，对后续运维起到指引和预防作用，真正做到了信息化、标准化、精细化的全生命周期闭环式流程管理，为开发管廊运维管理平台提供了技术支持和方案参考。

　　不够完善的地方在于一是GIS与BIM数据的集成还存在很大的问题，另外各类数据量庞大，很考验浏览工具的处理速度。平台的数据源包括基础地理信息数据、管廊BIM模型、管线设备出事数据、业务台账数据和后期管廊运维数据等，原始数据经平台工具加工为标准格式后，经由监控中心内网传输到应用层供平台使用。由于各类数据量大，平台采用B/S运行模式时能否快速、流畅地加载和浏览模型是关键。除了需要进行模型瘦身和优化外，采用合适的BIM模型浏览工具也很重要。