本文是一篇工程管理论文,本文从管廊运维实际需求分析出发,基于数字化技术提出了一种综合管廊运维管理平台架构,该架构从顶到底主要分为应用展示处理层、服务程序层、数据存储及计算层、数据传输层、物理感知接收层。
1引言
1.1研究背景及意义
1.1.1研究背景
城市地下综合管廊建筑具有低碳环保可行性强、施工集成度高、后续运维方便特点,逐渐成为国内外城市地下管网类基础设施升级的重要方向之一[1-4]。住建部、发改委及地方政府从2016年的“十三五”到2021年的“十四五”规划中均明确地提出推进综合管廊持续发展,期间综合管廊设施不断加大建设,相关研究者不断发力,产出了一系列有关升级技术、配套标准等系列成果。特别是近三年来,在“十四五”规划期间中,各地方政府更是进一步积极出台了各地方的规划,如重庆市出台了《重庆市城市综合管廊建设“十四五”规划(2021-2025)》,南京市出台了《南京市“十四五”地下综合管廊建设规划》,石家庄市则出台了《石家庄市城市地下综合管廊专项规划(2021-2035年)》,其中大都明确提及要加大力度发展相关智慧化管理水平或者数字化专题研究,更好助推综合管廊运维标准化、智慧化等。随着BIM、CIM技术[5-8]、建筑智慧化[9]、数字孪生[10-12]等技术融入建筑行业并不断发力,将能更有效助推综合管廊设计、施工,特别是后续运维管理向智能化升级,以期更好服务于我国该类城市基础设施更加“智慧”运维管理深化。
从管廊建筑相关文献搜索特征宏观上来看,以“综合管廊”或者“地下管廊”为关键词进行文献搜集,学术期刊论文数量上突破五千余篇和近两千篇,这一结果显现相关的文献资料是丰富的,但是,将关键词进一步收缩在管廊的运维管理、数字运维、智慧运维及BIM运维等方面,相关的文献文献量显著减少,有些专题方向仅有数十篇甚至十余篇文献,可以看出综合管廊运维管理,特别是数字化、智慧化的综合管廊发展还处于探索阶段,如基于BIM的综合管廊运维管理不同的案例平台其框架体系分层具有多样性,这就有可能从一定程度上阻碍了综合管廊建筑运维的方向聚焦性及数字标准化发展。
1.2研究现状
1.2.1国外研究现状
国外综合管廊的建设可以追溯至欧洲地区,十九世纪初的法国首都巴黎建设了世界上第一条管线综合管廊,至今已经将近两百年的发展历程[16],巴黎现已经建成了两千公里,收纳管线网络类型多样;英国首都伦敦也于十九世纪中后期开展综合管廊的建设,将自来水、燃电、信息管廊纳入其中,管廊发展已经达到数十条专用管廊线路;北美的美国作为发达国家典型代表,也已于二十世纪中后期强力推进管廊的建设,如纽约州的白原市建构的地下管廊几乎涵纳了当时各类型线网管道;亚洲的日本受限于其狭小的国土面积,因此在城市的建设上着重考虑地下空间的开发利用[17],对于构建地下管廊体系化成套化建设,如对于电力管线设计了电力市政总管廊、气体绝缘输电管廊及其与周围商业共建的配套地下变电站系统[18];位于亚洲西南部阿拉伯半岛上的沙特阿拉伯王国也积极探索综合管廊建设,如在其西北部的工商业新城域管廊设计提出了预制装配式方案[19]。不难看出外国政府很重视这类隐伏于地下地线状基础公共设施为城市发展带来的价值。
伴随着综合管廊不断建设投产使用,国外在综合管廊运维管理有关探索方面关注并展开了信息化融利用与融合探索,为能够提高地下管线安全性,相关研究者从不同技术视角出发探究了管廊运维相关数字化技术,如从管廊管线安全运维监测技术出发,Martins等[20]、Bhuiyan等[21]提出建立更加智能的自动化报警系统,以便更好展开管网线路的运维;Bergman等[22]、Nakano等[23]从地下廊体、天然气线网介质出发,利用照相机等建议建立针对性的环境监测系统;Kang等[24]强调视频监控器及CCTV图像运用应引起足够重视,提升管道全范围监测效能。另一方面从管廊真三维可视化模型出发,Kim等[25]强调运用GIS实现地下管廊三维模型建构及建立三维信息数据库;Kishawy和Gabbar[26]提出综合管廊涉及众多类别的管线需要建构集成信息的管理平台。
2相关概念与基础理论
2.1相关概念
2.1.1地下综合管廊
城市地下综合管廊是一类主要建设在城市内部地下线状基础设施工程,一般被设计建造在主干道路地下空间中,其亦可以与地下公共交通隧道或地铁并线等其他形式被设计建造,施工方法包括明挖现场钢筋混凝土现浇施工、预制结构施工以及矩形或者圆形顶管施工等。管廊埋置深度一般位于地下几米至地下十几米不等,较早发端于欧洲、美国等西方发达国家,日本国及我国台湾地区称其为共同沟,其能用于消减削弱天空电线网、道路障碍与降低道路反复开挖情况等(见图2-1),最终以期有效解决或减低城市内一些“城市病”的发生[49-51]。
2.2运维平台建设及专门人才培育理论基础
2.2.1管廊运维平台架构与程序
综合管廊的运维过程,不单单是对其廊体的管理,还包括管廊内部的各类管道线缆、人员及环境等诸多因素,因此需从整体进行架构设计规划,专有程序的选用开发与模块化设计实现。
综合管廊运维管理的架构设立,首先是需要对综合管廊运维的实际需求进行梳理,包含廊道结构监控、入廊设施管理等具体需求内容,从物理感知到信息展示,设立多层次架构关系,其中需要包含如感知层、网络层、应用展示层等,配套的运行方式。通过BIM、GIS等核心程序以及B/S模式下WEB程序的综合利用,生成融合三维信息的管廊模型便于耦合传感器信号源,实质上实现数字孪生,明晰罗列出管廊运维系统子系统项,开发模块化的数字运维展示视窗(平台),其中涉及廊道网络需要考虑内网成员单位与外网接入问题,接入设备,以上主要过程是本文架构及运维平台展示应用实现的主要基础依据。
2.2.2管廊运维平台专门人才培养
综合管廊运维管理属于土木建筑专业、工程管理专业及信息管理专业多学科的综合性运用知识体系,相对专业性强,相关人才是当前我国城市基础设施急需培养的,缺口较大,尤其是具备数字化应用技术的管廊运维管理人才,然而经过土木工程、工程管理开设专业高校课程查阅,发现具有综合管廊运维管理相关教育资源或者相关教学课程等较为缺乏,因此需要相关高等教学单位围绕社会需求进行必要的课程革新探索,建设与完善相关课程、创造培训条件等。
3综合管廊数字化运维管理平台架构与平台构建..............................15
3.1管廊运维管理平台架构及运行方式................................15
3.1.1需求分析.......................15
3.1.2管廊运维管理平台架构设计................................16
4综合管廊运维管理平台工程项目案例............................23
4.1项目及管理运维可视平台介绍..................................23
4.1.1项目基本概况...............................23
4.1.2项目运维模块化可视平台.............................24
5综合管廊运维管理平台建设推进策略.................34
5.1问题剖析...............................34
5.2改进建议..................................36
5综合管廊运维管理平台建设推进策略
5.1问题剖析
作者经过文献调阅梳理、实际项目案例调研以及专家咨询等综合分析,共梳理出目前可能的三条阻碍综合管廊运维平台数字化发展的问题点值得注意,即综合管廊运维管理框架尚无相较统一标准、海量数据存储与调用不够长效稳定、专精人才缺乏及其教学教研不成体系,下面分别具体来看:本文在中国知网上,设定综合管廊、运维管理、系统架构等关键词,查阅相关文献同时查看教材、专著等图文类购物App网站或网络资源,管廊运维管理系统设计在国家、地方层面至今未能形成统一的设计标准规范。
本文初步梳理出了一些典型的管廊运维平台系统层级设计如表5-1所示,从表中可以看出,综合管廊运维平台层级架构各有不同,形式多样,有的分为三层、四层或五层,甚至还有的分为七层架构,对于我国后续大量正在建设及即将投产的综合管廊运维无可参考的相对廉价的统一标准系统架构流程,很明显这样每一条管廊必然独立开发后续系统平台及各自配套硬件,极大可能造成各地管廊运维建构成本增高。
6结论与展望
6.1结论
总体上,本文通过文献梳理、理论运用以及案例实证、培育专业人才方案探讨、实训平台搭建等,获得以下三点主要结论:
(1)本文从管廊运维实际需求分析出发,基于数字化技术提出了一种综合管廊运维管理平台架构,该架构从顶到底主要分为应用展示处理层、服务程序层、数据存储及计算层、数据传输层、物理感知接收层。基于专用网络与申请入网针对性提出了一种运维管理运行模式,明确了综合管廊运维管理平台系统最为关键子系统,即监控与管理两个子系统,同时初步设计了综合管廊运维模块化的可视展示平台。
(2)本文依托S市某实际管廊展开了平台的搭建及应用测试,通过本平台实际运用可以基本实现管廊监控与管理,如管廊关键环节的门禁防盗、气体泄漏监测、多视窗廊内监控、人员流动跟踪等,还对于前期存储的数据能够进行相关的管理操作,维修管理,应急管理等,值得指出的是传统的数据服务器相对长期应用存在的海量数据负担过大,可以考虑单独在环境温度适宜地区或搭建较新的液冷式服务器搭建小型的数据存储中心站点或者将数据通过网络保存至商用成熟的数据中心则更佳。
(3)综合管廊运维管理平台具有于专业性较强特征,特