城市綜合管廊運營管理的大數據平臺應用案例

摘要：通過面向成都市全域地下綜合管廊運營管理的大數據平臺應用案例分析，文章探討和研究城市在地下綜合管廊運營、管理、維護領域利用大數據平臺，實現管廊在規劃、設計、建設、運營和維護等各方面*的智慧化管理和運營，以實現城市地下管線監、控、管一體化管理，從而提升城市基礎設施功能和城市運行能力,以期推動地下綜合管廊的運營與推廣。

關鍵詞：城市地下綜合管廊；運營管理；數據資源庫

1主要內容

1.1項目背景

為貫徹落實黨、國務院“關于加強城市基礎設施建設"的指導精神，堅持走中國特色新型城鎮化道路，*推進綜合管廊建設。

自2013年以來，國務院先后出臺了《國務院關于加強城市基礎設施建設的意見》（國發[2013]36號）、《國務院辦公廳關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》（國辦發[2014]27號），國務院辦公廳關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見（國辦發[2015]61號），《城市地下綜合管廊建設規劃技術導則》（建辦城函[2019]363號），對地下市政管線統籌規劃、建設和管理以及編制提出一系列要求，以適應新時代基礎設施向綠色韌性、空間集約，安全智慧發展的新理念。

成都市結合舊城改造、新區建設、軌道交通建設等建設條件，考慮綜合管網的建設需求，于2016年3月批復同意市規劃局編寫的《成都市地下綜合管廊專項規劃2016-2035》，在市域內形成“雙核十四片"的格局，在*城區內規劃“一環、十射、多片"的綜合管廊體系，在成都天府新區直管區內規劃“四橫三縱、九片"的綜合管廊體系。至2035年，成都市地下綜合管廊專項規劃公里數為1000公里。

為滿足監管單位對管廊信息進行全域監控的監管要求，實現對綜合管廊的智能、協同、*和規范化管理，滿足應急指揮調度、運營監管、信息發布、數據管理與服務、可視化展示等需求，結合成都市整體管廊規劃目標和自身的信息技術發展規劃，在廣泛吸取國內外同業成功經驗的同時，結合自身的資源現狀，啟動和實施了《成都市地下綜合管廊市級總監控*建設項目》。

1.2需求分析

城市綜合管廊也被稱為綜合管溝、共同溝或地下共同溝，是通過將電力、通訊、給水、熱水、制冷、中水、燃氣、垃圾真空管等兩種以上的管線集中設置到道路以下的同一地下空間而形成的一種現代化、科學化、集約化的城市基礎設施，設有專門的檢修口、吊裝口和監測系統，實施統一規劃、統一設計、統一建設和管理，是保障城市運行的重要基礎設施和“生命線"。

地下綜合管廊包含多種智能化系統，其結構復雜，需要統一的集成管理，通過建設地下綜合管廊管理平臺實現各系統統一管理、信息共享及聯動控制。根據國標《城市綜合管廊工程技術規范》（GB50838）要求，建設地理信息系統和統一管控平臺，綜合管廊的建設應向智慧化方向發展，通過結合BIM、物聯網、大數據技術，建設智慧管控一張圖，智慧運營服務、智慧應急、大數據分析等系統平臺，覆蓋綜合管廊項目全生命周期，實現綜合管廊規劃、建設、運行、維護及管理、服務的智慧化，實現管廊在規劃、設計、建設、運營和維護等各方面*的智慧化管理和運營，以實現城市地下管線監、控、管一體化管理，保障綜合管廊全生命周期的安全、*、智能、綠色，從而提升城市基礎設施功能和城市運行能力。

項目要求充分利用市政務云平臺基礎資源，按照實際總監控*功能需求和標準，建筑面積約2790㎡，進行信息化基礎設施、信息化系統建設。項目建成后應發揮對全市綜合管廊統一管理和指揮調度作用，實現全域監控、指揮調度、信息發布、數據管理和服務、展示參觀、運營監督等功能。

1.3項目研究的創新點

本項目研究在充分調研并實踐的基礎上，提出了綜合管廊市級總控*建設關鍵性技術，通過以下四項技術創新，基本適應了綜合管廊市級總控*在建設中有建設周期長、地域分布廣、數據量大、實時性要求高、安全性要求高的特點，滿足前瞻性和全局性的總體要求，項目具有科學性與可持續發展性。

（1）分布式采集技術

圖1分布式采集邏輯圖

根據規劃在成都市各個區縣均有綜合管廊的建設，造成整體檢測點位分散，目前常規技術方案無法實現過于分散的數據采集，需根據實際情況采用定制化分布式部署應用。常見大型監控系統有樓宇監控、園區監控、車站監控等，這些系統大都采用的是一體式整體部署，且監控點位掛載數量有限，無法實現超大規模的集群監控。如圖1所示，采用分布式工控系統可實現多點分散監控，總監控*從各分控*獲取監控數據，實現化整為零拆大為小的監控策略。同時解決了綜合管廊建設周期長的突出問題，可實現建設一管廊接入一管廊，建設一分控接入一分控的靈活接入模式。

（2）高并發采集技術

對綜合管廊而言保證綜合管廊的安全穩定持續運行是首要任務。綜合管廊依靠放置在廊內的眾多傳感器實時檢測廊內的運行環境參數，如溫濕度傳感器、氣體傳感器、火災傳感器等，各傳感器如同神經組織一樣遍布綜合管廊各處。如何利用如此龐大且遍布在管廊中的神經組織是軟件設計的一大技術難點。如圖2所示，針對綜合管廊現狀數據采集服務應具有連接數量大、數據處理能力強、靈活配置、效率高等特性。

圖2高并發采集架構示意圖

（3）高壓縮數據存儲技術

圖3高壓縮數據存儲流程圖

根據目前的建設經驗，標準的雙艙管廊一公里需要接入的IO點位大約在1500個點位左右。到2035年成都市將建成綜合管廊超過1000公里，彼時綜合管廊檢測點位達到千萬數量級，不僅對采集有較高的性能要求，對儲存同樣有較高的要求。又根據建設標準分控*管廊監控平臺采集數據頻率不得低于2S每次，即一個點位在2S內*少要產生一條數據。如此循環一天產生的數據量就能致使普通數據庫無法承受而崩潰。如圖3所示，尋求*的高壓縮率的工業級數據庫是有效的解決辦法，因為除壓縮比高以外，有效的查詢速度也是制約系統的限制因素。若采用非數據庫方式在保證高壓縮率后無法實現快速查詢，則違背了數據使用原則。

（4）大數據技術

以基于Hadoop技術的大數據平臺作為核心，使用云平臺技術采集城市內各分控*的數據，可根據業務要求進行橫向縱向的資源擴容，實現城市地下綜合管廊統一規劃、分步建設、集中管理。緊密結合地下綜合管廊治理的業務需求開發各項應用，打通總控*與分控*之間的數據壁壘和業務管理流程，形成各種專題數據集和智能算法引擎，實現智慧化運營和管理。

1.4關鍵技術的建立與應用

（1）構建了管廊大數據標準要求，建立了管廊信息化建設模式

根據成都市綜合管廊建設規劃，到2035年綜合管廊將建成超過1000公里。綜合管廊總控制*職責決定了綜合管廊總控*無法待2035年綜合管廊總體建設完成后再建設，就需要我們在綜合管廊總控*建設時充分考慮綜合管廊信息化建設的實際情況，使用技術手段、技術標準和數據標準來保證綜合管廊信息化建設實現建設一條接入一條、綜合管廊監控*建設一個接入一個的模式。

為加強綜合管廊信息化、智能化的統一建設原則，由成管委牽頭、我司制訂、發布了《成都市地下綜合管廊智能監控系統技術導則》和《成都市智慧城市市政設施地下綜合管廊基礎數據規范》兩份地方標準規范，作為日后城市綜合管廊信息化建設的標準，導則統一了全市地下綜合管廊智能監控系統的數據標準，規范數據接口，確保各條管廊、分控*和總控*的系統功能有效銜接。導則適用于新建、改建、擴建綜合管廊智能監控系統的設計、施工、驗收及維護全過程。

（2）統一管廊大數據采集、存儲，構建城市管廊大數據資源庫

根據成都市綜合管廊建設規劃，在成都市各區縣均規劃有綜合管廊的建設，結合實際成都市探索出了總控+分控的兩級管理模式?？偪?建設了優質的數據資源*，以打破“信息孤島"消除“數據煙囪"為理念，通過大數據平臺*采集，處理分控*各項數據，對海量數據進行采集、計算、分析、開發處理，統一數據標準，提升數據質量，形成大數據資產，進而為用戶提供*、快捷、易用的數據服務?？偪?利用大數據平臺提供數據，快速開發應用場景，實現全域綜合管廊進行統一管理、指揮和調度，全域綜合管廊環境、智能設備、各專業系統的集中展示與監管，為總控*調度員、值班人員提供管理服務。

（3）綜合管廊實時性要求高

根據建設規范為保證綜合管廊的運行生產安全，綜合管廊監控*監測數據采集頻率不得低于2秒每次，以保證實現綜合管廊實時監測?？偪?匯集全市綜合管廊的各類數據保證超大數據量的實時刷新是軟件系統的首要任務。數據處理的時效性是我們面臨的*大挑戰，大數據平臺的數據采集處理能力可以在非常短的時間內對數據進行處理，支持上層應用低延遲實時的數據展示和數據運算，幫助客戶及時作出合理反應，充分發揮數據的實效價值。

1.5應用亮點及成效

通過本項目的實施積累了大量的綜合管廊建設和管理經驗，探索出了總控+分控的綜合管廊管理架構。成都市總控*的建設，為下級分控*建設積累了大量的寶貴經驗。同時總控*各系統設計時充分考慮各項突發情況，面對應急突發事件總控*能隨時接管分控*各項職能。分控*建設時可在總控*系統規模上進行刪減后直接部署到分控進行復用，縮短分控*建設周期，節約施工成本。國內的市級“1+1+N"綜合管廊管理架構，1個成都市市級控制*、1個成都市天府新區控制*和N個分控*，形成一主一備若干分控的兩級管理體系，其覆蓋全域的城市級架構居于國內**水平，將為保障全市地下綜合管廊*、安全、科學的運營發揮重要的作用。

成都市地下綜合管廊市級總控*項目充分利用地理信息、建模仿真、城市運行“大數據"分析等技術手段的應用，提高了管廊市域規劃、區域規劃編制科學水平。通過“多規合一"技術突破和管理創新，提升了空間規劃統籌能力和行政審批效能。使用信息技術、虛擬仿真、地圖資源在城市規劃、城市設計、城市管理和安全保障領域的新技術深度融合和創新應用。建立統籌地下綜合管廊空間規劃信息的“多規合一"數據庫，完善城市地下空間規劃信息平臺構建技術體系，支撐部門信息共享、管理協同和綜合評估，提升成都市市級一張藍圖實施管控力度。運用現代科學技術、整合信息資源，提升城市精細管理服務能力，支撐城市生態控制線和開發邊界的科學劃定，構建平衡適宜、可持續的城鄉空間格局，形成智慧城市典型案例和模式。

項目建設過程中應用了BIM技術、3D技術并探索相關技術在運維過程中的應用模式，整合GIS并融合設計圖紙實現分級分層監控管理，使用大數據系統平臺對所有系統相關數據進行匯總、存儲、分析、共享交換以形成數據價值鏈，應用虛擬實境技術進行人員培訓，結合智慧建筑技術、信息網路技術、物聯網技術等在內的智慧科技，提升整體管理水平，減輕人力負擔。

通過成都市地下綜合管廊總控*示范工程的實施，形成了具有行業標準的管廊建設體系，探索了關鍵技術自主掌控，形成了工程作業流程和組織管理體系?？偨Y項目建設經驗指導市內、省內其他管廊控制*建設，帶領管廊管理體系在全市、全省形成標準統一的管理模式。

成都市總控*項目立足于全市管廊控制*高層，采用工業控制系統和多維大數據分析系統，實時對管廊運行狀態進行監管。系統實時反饋管廊異常信息，為管廊運營單位提供決策數據支撐。

2 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

2.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控制、環境監測于一體，為建立可靠、安全、*的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網絡、系統架構、聯動控制和綜合數據服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協調復雜的根本問題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的使用和恢復效率。

2.2平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所環境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、*、有序的要求。

2.3平臺拓撲

2.4平臺子系統

2.4.1電力監控

電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

2.4.2環境監測

環境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內的水泵和通風排煙風機等設備集成的三方系統完成管廊環境綜合監控。

2.4.3電氣安全

 AcrelEMS-UT能效管理系統針對配電系統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門狀態傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

3結語

利用大數據平臺，有效實現了成都市全域地下綜合管廊的海量實時數據采集、高壓縮數據存儲。采用總控+分控的兩級管理模式，打破了“信息孤島"，通過大數據平臺*采集，處理分控*各項數據，對海量數據進行采集、計算、分析、開發處理，統一數據標準，提升數據質量，形成大數據資產，有力保障了全市地下綜合管廊*、安全、科學的運營。

參考文獻

[1]季文獻,蔣雄紅.綜合管廊智能監控系統設計[J].信息系統工程,2014(12):103-105.

[2]張志銳.面向成都市全域地下綜合管廊運營管理的大數據平臺應用案例探討.

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05