綠色城市智慧管理：數字孿生地下綜合管廊平臺

1833 年，世界第一條市政管線綜合管廊在法國巴黎建成。1994 年，上海市政府規劃建設了大陸第一條規模最大、距離最長的綜合管廊——浦東新區張楊路綜合管廊。至今，地下綜合管廊，已演變為城市功能的 “生命線”，是人們生活的保障。

當我們暢行在寬敞大道，徜徉在平坦綠地時，在我們看不見的地下 7 至 8 米處，城市“大動脈”正源源不斷地為市民輸送與生活息息相關的水、電、氣和通訊訊號，確保城市正常安全高效執行。

Hightopo 採用輕量化三維建模技術，模擬模擬綜合管廊內部場景，以 3D 場景為基礎，2D 資料皮膚為輔，數字化展現城市地下隧道空間，瞭解電力、通訊，燃氣、供熱、給排水等各種工程管線的鋪設情況，並在圖撲視覺化大屏進行檢修口、吊裝口和監測系統的檢視。

地下綜合管廊智慧管理 Web 平臺利用三維視覺化和虛擬模擬技術，對地下綜合管廊的物理要素和資訊系統進行高精度模擬重現，圍繞感知、傳輸、資料、平臺與應用以及展現等層面的關鍵技術研究及其應用，實現城市地下綜合管廊安全運營與智慧管控。

綜合管廊概覽

Hightopo 的視覺化大屏展示陸家嘴幹線部分的管廊敷設情況，管廊總體長度 10.14 km，共有 11 個匯集點。綜合管廊依託智慧管廊綜合運營管理平臺，通過管廊內佈設的紅外對射報警、感測器、人員定位系統等智慧裝置，對管廊內部的環境引數、裝置狀態進行實時監測，及時處理管廊內部報警資訊及遠端排程工作。

其中在系統方面，綜合管廊附屬系統設計除包含消防、通風、供電、照明、環境與裝置監控、安防等系統外，還有智慧疏散、人員定位、火災自動報警與可燃氣體探測報警、本體排水等系統。

裝置統計

通過 Hightopo 地下綜合管廊智慧管理 Web平臺，工作人員輕點滑鼠，就可以清楚看到各個艙內的運維、保養、故障維修等情況統計資料。用環形圖展示離線裝置、線上裝置，告警裝置、待檢修裝置的比率，如果離線裝置過多，應派員工進入綜合管廊進行實地檢測。

艙室情況

電力 1 艙、電力 2 艙、綜合艙和燃氣艙共 4 個艙室的電壓、電流、負責人和聯絡方式展示，便於出現問題後及時溝通處理。

幹線綜合管廊：用於容納城市主幹工程管線採用獨立分艙方式建設的綜合管廊。

支線綜合管廊：用於容納城市配給工程管線採用單艙或雙艙方式建設的綜合管廊。

纜線管廊：採用淺埋溝道方式建設，設有可開啟蓋板但其內部空間不能滿足人員正常通行要求，用於容納電力電纜和通訊線纜的管廊。

預警資訊

Hightopo 視覺化系統收集管廊供電系統、感煙探測器、排水排煙系統、環境溫、溼度，可燃氣體探測、門禁、入侵檢測、視訊等資訊，有異常，通過智慧管理平臺推送報警訊號，並且可以派發工單，進行跟蹤閉環處理。

7 天內管線破損、人員異常、環境異常、裝置異常的告警資料採用環形圖展示，讓管理者清楚告警的構成情況。告警列表動態顯示警報級別和故障地址，便於統計事故易發地。

工單統計

巡檢工單、維修工單、動火作業、管廊參觀、管線入廊、維護工單分別統計，30 日工單數量累計展示，採用折線圖展示歷史工單的統計情況。

工單的收集利於問題的統計，後續可排查出事故頻繁發生的地點和時間，提前採取預防措施，避免類似問題的發生。

環境監測

HT 視覺化利用豐富的圖表、圖形和設計元素將相對複雜、抽象的資料通過可視的方式以更直觀理解的形式展現，便於管廊運維人員的高效管理，無需通過人工核算等複雜形式進行地下綜合管廊的運維分析。

HT 視覺化大屏，利用各種圖表實時展現“地下生命線”各項健康指數：氧氣、溫度、溼度、通風，如果電力艙、燃氣艙、綜合艙內哪項指數異常監控平臺都會自動報警。如果某一地段含氧量過低，可通過圖撲的視覺化大屏結合 GIS 快速定位問題點，及時安排人員進行救援。Hightopo 與 GIS 的結合可有效縮短救援時間。

管廊內會產生一些有毒有害氣體，根據氣體的化學性質可以分為可燃氣體和有毒氣體兩大類。管廊中的可燃性氣體主要成分是甲烷和揮發性有機化合物，有毒氣體主要是硫化氫、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，所以管廊內需安裝使用檢測儀器對氣體進行監測，保障人員安全。選用氣體檢測儀器首選要確定管廊檢測氣體的種類和濃度範圍。

地下管廊環境監控解決方案主要由溫溼度感測器、氧氣感測器、一氧化碳感測器、二氧化碳感測器、硫化氫、甲烷感測器、壓力感測器、液位感測器、水浸感測器、煙霧報警器、環境監控主機和雲平臺組成。連線環境監控主機通過 GPRS/4G 上傳至雲平臺，實現 24 小時不間斷線上監控，並支援線上報警、遠端檢視資料、歷史資料曲線檢視等功能。

當檢測到某項氣體的引數超過預置報警值時會通過 HT 大屏發出聲光報警訊號，提醒運維人員注意作業安全。當系統發生應急啟動、故障等事件時，控制器能自動記錄事件型別，事件發生時間，事件發生區域以及事件的詳細資訊。

城市地下綜合管廊安全運營與智慧管控的核心在於資料與應用，城市地下綜合管廊的資料是典型的多源異構資料，資料來源不同，有環境監控實時資料，有視訊監控資料，有管廊本體資料，還有管廊及其裝置人員空間位置資料以及應急預案文字資料等，為此多源資料整合、聯動與融合是管廊安全運營與智慧化管控的核心。

管廊內部系統

無論承載的管線出現故障，還是自身附屬裝置出現故障，都可能造成部分功能的癱瘓，因此建設綜合管廊時需要設定各類現場感測器用於監測和控制管廊內部設施執行情況。通常包括：管廊附屬地面及內部供電系統、照明系統、消防系統、排水排煙系統、巡更等。

通風系統

綜合管廊屬於密閉地下構築物，必須設定通風系統。保證管廊內電纜散發的熱量能及時排出併為檢修人員提供適量的新鮮空氣。管廊內發生火災時，能有助於控制火勢蔓延和人員疏散。常見管廊通風方式分為自然通風和機械通風，機械通風包括機械排風、機械進風。如果綜合管廊內容納電力、通訊、給水等常規管線，可以採用自然和機械結合的通風方式。如果綜合管廊內容納汙水、天然氣等特殊管線，則必須採用機械進、排的通風方式。

運用 Hightopo 自主研發核心產品 HT for Web，實現可互動的 Web 通風裝置三維場景，畫面可進行縮放、平移、旋轉，以此實現不同位置和編號的風機、風閥狀態和模式的監控，便於管理。

安防系統

無論是管廊建設之初還是投入使用中，它的安全問題都至關重要。城市綜合管廊的安防建設主要包括：環境與裝置監控系統、視訊監控系統、消防系統、入侵報警系統、紅外探測報警、緊急報警、燃氣洩漏報警、火災煙霧報警、高溫預警、特殊區域防爆報警系統、大屏顯示系統、電子巡查系統以及綜合平臺管理等。

通過 HT 視覺化系統將溫溼度探測器、氧氣感測器、有害氣體和積水監測、自動報警和滅火等各種裝置的執行狀態展示。輪播報警觸發的情況，做到全方位監測無死角，全時段監測不遺漏，幫助管理者及時發現問題、解決問題，排除隱患。

監控系統

監控中心是保證綜合管廊後期維護執行的指揮中心，HT 作為基於 HTML5 標準的元件庫，可以無縫結合 HTML5 各項多媒體功能，支援整合各類視訊資源形成統一的視訊流，可在 2D、3D 態勢地圖上標註攝像頭物件並關聯其視訊訊號源，通過場景互動來調取相應監控視訊，滿足運維人員對場景進行實時態勢感知、歷史資料回溯比對、應急處理預案等監測需求。

傳統視訊監控多個分鏡頭畫面以 2D 的方式平鋪在顯示器上，很難將分鏡頭視訊與實際地理位置相對應，無法對大場景進行有效直觀的實時監測，沒有態勢感知。HT 視訊融合技術採用 WebGL 技術， 利用 GPU 高效能運算能力對視訊影像進行實時處理，影像處理不佔用 CPU 資源，畫面流暢。

綜合管廊監控系統包含若干個子系統，例如：綜合管廊執行工況多點高清視訊監測系統、綜合管廊紅外報警實時視訊監測系統、綜合管廊內管道等裝置監控系統等。

當某區段溫度過高（高於40℃），或溼度過高（高於90%）時，監控計算機啟動該區段的通風機，強制通風換氣，保障綜合管廊內電力電纜的執行容量和各設施和工作人員的安全。

工作人員資訊

每位運維員的入廊時間、離開時間、工作點位、聯絡方式都實時顯示，如有異常，監控室運維可及時聯絡管廊內巡檢員工快速撤離到安全地帶。在每位運維員頭頂的紅色安全帽裡安裝藍芽定位、小攝像頭，遇到突發狀況時，運維員按下帽子上的求救按鍵，訊號、畫面就會實時傳回指揮中心。

排水系統

地下綜合管廊內有專做的生活汙水雨水管路，也有專業的排水管道配套設施，遇上城市汙水管不能馬上洩水時候，可以立即藉助地下綜合管廊的較大空間來實現排洪。通過液位檢測系統快速確定液位高低，併傳送資料至 HT 監控中心。如液位過高可實時調整水泵執行狀態，有效降低管廊維護成本，提高效率。

當區段內兩個爆管檢測專用液位開關同時報警和水管上壓力開關壓力低報警、或紅外防入侵裝置報警時，PLC 開啟相應區間的照明。

綠色節能

雙碳目標持續推進，節能減排是重點。對於感測器和智慧皮膚的節能設定。其中感測器作為自動控制感應模組，嵌入式安裝在管廊頂部，可以設定有人經過時紅外感應控制亮燈，人離開後在設定的時間內熄燈。智慧皮膚等手動控制裝置，可嵌牆安裝在管廊分割槽入口處，這樣可實現自動控制、現場控制和值班室遠端控制相結合。

綜合管廊各艙智慧監測系統，具備對各艙本體、執行環境等進行智慧檢測。採用環形圖動態顯示各艙室能耗佔比，比對分析巡檢資料，可及時發現裝置和執行環境中存在的高耗能情況，及時進行調整。

裝置能耗監控

採用柱狀圖分別對比通風、監控、照明、排水、安防的能耗資料並進行儲存和管理，識別能耗較大的裝置並採取調整措施。能耗歷史的統計方便管理者對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

節能減排考核

建立科學、完整、統一的節能減排統計、監測和考核體系，按規定做好各項能源和汙染物指標統計、監測，按時報送資料。要對節能減排各項資料進行質量控制，加強統計執法檢查和巡查，確保各項資料的真實、準確。嚴肅查處節能減排考核工作中的弄虛作假行為，嚴禁隨意修改統計資料，杜絕謊報、瞞報，確保考核工作的客觀性、公正性和嚴肅性。

Hightopo 3D 視覺化綜合管廊系統摒棄傳統運維管理模式的缺陷，打造“綠色管廊監管運維一體化”體系。城市地下綜合管廊安全運營與智慧管控主要整合環境監控、管廊本體監控、人員裝置定位、入侵探測安全防範等，構建環境、設施、裝置與結構安全體系，最終基於 3D GIS+BIM+全景的管廊安全監測監控綜合整合、聯動報警與控制，並基於 ITSS 的綜合管廊智慧運維與服務，建立運維、成本與管理等服務的地下管廊綜合評價指標體系，全面考核管廊安全健康狀況、運維服務情況以及成本與管理情況，全面構建城市地下綜合管廊安全運營與智慧管控體系。