物联网在城市综合管廊中的应用

物联网在城市综合管廊中的应用

刘峰

天地（常州）自动化股份有限公司213015

摘要：随着人与自然和谐发展现代化建设新格局的推进，国家倡导“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念，综合管廊作为绿色智慧城市建设的重要组成部分，迎来了前所未有的机遇和挑战。综合管廊实现了电力、通信、给水、燃气等各种管线集约化管理，可以有效解决反复开挖路面，防止管线破裂引起的水蚀塌陷、爆炸、断水停网等事故发生，对城市管线的正常建设、运营、维护和安全意义重大。鉴于此，本文主要分析

物联网是互联网的应用拓展，物联网技术主要集中于设备感知层、网络传输层、控制管理层以及业务应用层。从物联网的技术要求层面、解决方案及物联网产品形态三个方面反映彼此之间的关系，其中物联网的组网模式采用先进的软件定义网络（Software-DefinedNetworks，SDN）技术，使得整体解决方案更具有适应任意场景的一般性及灵活性。

1、概述

随着城市化进程的不断推进，其对电力、通信、燃气等管线工程的需求量越来越大，而城市地下管线的安全问题愈来愈突出。传统采用直埋式的管线，设计缺乏系统性、整体性，排布错综复杂，地下空间未得到合理有效的利用，经常引起反复开挖路面的“马路拉链”的现象。地下综合管廊作为一种集约化的城市管线解决方案，将管线排布纳入到城市规划中，统筹各方管线信息，具有解决城市地下空间布局不合理，减少城市道路反复开挖，提高城市地下空间利用率，延长管线使用年限等优点。

地下综合管廊是指将修建于城市地下，用于容纳两种及以上城市地下管线的构筑物及附属设施。一般来说，将城市地下的电力、通讯、给水、排水、热力等管线集中布置到同一共用空间内，实现管线“统一规划、统一建设、统一管理”的集约化、规范化管理目标，进而做到城市地下空间的综合利用和资源共享。

2、城市综合管廊建设中存在的问题

城市综合管廊信息化建设主要包括有环境与设备监控、安全防范、通信、预警与报警、智能巡检等子系统及管控一体化信息平台等。这些系统的建立为综合管廊的正常运行起到极大的保障。但由于综合管廊的监控与报警系统对象是综合管廊的公共环境，不包括入廊专业管线，存在以下问题：

（1）夏季管廊内长期空气湿度高，雨季相对湿度为100%，极易造成管廊内大量电气设备损坏，也极易造成管线外护层腐烂而危害管线安全。而现有的环境监控系统没有建立科学的防止结露出现的策略，大多依靠人的经验开启通风系统，除湿效果不佳。

（2）管廊的监控系统是在管线入廊前已经建设完成，而管线入廊后才能真正确定危险源位置，现行的监控解决方案不能根据管线实际情况灵活布控监控点，真正的危险源难以得到有效监控。

（3）没有有效建立大数据系统。在建立有效的监控系统后，可以利用监控系统收集的数据进行大数据分析，从而给出有效的模型，对管廊体和管线的健康状况进行有效的分析（如结露的控制策略，传感器的状态分析，及时给出有问题的传感器）。

3、物联网在城市综合管廊中的应用

3.1设计阶段的应用

（1）仿真分析。利用物联网和BIM技术，可以在设计阶段对地下综合管廊里面的节点、管线、装饰、监控中心等建筑结构进行建模，并提前将这些建筑结构的设计效果模拟出来，然后技术人员可以根据模拟出的结果来进行仿真分析。

（2）管线碰撞检查。利用3D模型建立功能，可以在设计阶段将管线的工作状况模拟出来，这样就能检查管线是否存在碰撞现象，从而避免在实际的施工过程中发生管线碰撞问题。

（3）施工过程模拟。全数字模型建立功能，可以在设计阶段将施工的过程提前模拟出来，这样就能够有效地减少在实际的施工过程中可能出现的失误或返工现象。

3.2施工阶段的应用

在地下综合管廊的施工阶段，技术人员可以利用BIM技术对地下管廊的各个构件、管线进行命名，使各个构件、管线拥有唯一的身份，然后技术人员可以使用二维码技术或RFID射频技术，将RFID芯片卡外嵌到预制构件或现浇构件当中，再通过扫描终端对这些RFID芯片卡进行扫描，就能将各个构件、管线所对应的操作时间、操作人等信息查询出来。在确定了这一工序之后，扫描出的信息就会被输送到服务器中，而构件的生产、质量验收、运输位置等信息也会被输送到事先建立的模型中，最后经由信息系统来将构件信息和施工信息反映给管理人员，这样管理人员就能够直接通过管理平台来对施工的全过程进行管理。而在地下管廊的施工过程中，技术人员可以通过物联网技术将各个构件、管线的尺寸、型号、厂家、位置等信息全都记录下来，并汇聚成地下管廊运维数据库，从而使施工管理工作和后期运营工作变得更加方便。而在验收阶段，技术人员可以通过激光扫描仪来确定地下管廊中各个部件、管线的空间位置，构建出一个空间数据库，这样在施工环节发生故障的地点就可以得到所需的基础数据。

3.3维护阶段的应用

将物联网、GIS相融合，构建一个地下综合管廊运维管理平台，相较于传统有如下优势：①实时、定位、可视的了解管廊的构件信息及运行情况，提升管廊运维管理水平；②基于管廊运维平台设置相应的预警阈值，当发生预警后，自动推送预警信息至管理人员，同时通过模型定位，快速、准确找到故障构件的位置，引导维修人员至故障发生地，显著提高运维效率。

在管廊施工资料分类整理的基础上，实现管廊模型与施工资料的挂接，基于模型可快速查找模型中某一构件的图纸、方案等资料；其次，实现管某一构件的传统二维平面图与模型三维视图关联，并可相互切换查看。

采用轨道式机器人对管廊内的设备、管线、环境进行移动监测及信息采集。管廊巡检方式可根据实际需求分为：常规巡检、重点区域巡检，巡检结束后，将所采集到的信息传输至管廊综合管理平台，提高管廊运维的自动化和智能化。

例如，技术人员在利用物联网技术进行数据建模时，就可以用添加参数的方法来输入管线的相关数据，如管线保修电话、管线维护时间等相关信息，当管线在未来发生故障时，事先设置的物联网传感器就能够根据故障的具体现象，自动将管线的相关信息提示给技术人员，这样就可以有效地减少地下管廊的维护成本，使故障的排除时间缩短。另外，技术人员在维护地下管廊时还可以采取机器人巡检的检测方式，在机器人的内部安装传感器，来实现数据的实时采集，这种检测方式能够最大程度地促进地下管廊的智能化，这也是未来地下管廊建设运维工作的重要发展趋势

总之，城市地下综合管廊的建设应立足于长远规划理念，最大限度尊重城市建设发展规律，统一规划地上地下空间的路网建设，将电力、通信、给水、燃气等各种管线实现集约化管理及后期的高效运维，为改善城市居民生活的便利奠定了坚实的基础。

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