隧桥管廊BIM+GIS运维管理系统方案解析

本期河姆渡方案馆为你带来隧桥管廊BIM+GIS运维管理系统方案解析。

一、系统介绍

    基于BIM+GIS的隧道运营管理是升级版的信息化管理。如全面应用，将形成隧道运营管理新模式。通过信息的集成、智慧化应用，降低运营管理的人力成本，同时提升管理效率，为用户提供更优质的运营服务。

    GIS应用于隧道管理工作的优点在于其能够将对项目的地理分布如实直观反映，并通过矢量信息对隧道的各类管理元素进行展现，通过矢量地理信息与业务信息的融合及交互，实现隧道的信息化管理。

    BIM技术目前已广泛应用建筑设计、建筑施工阶段，但在运营阶段仍处于起步状态，部分高端建筑项目通过BIM实现了运营数据的集成， BIM技术应用于运营阶段，恰恰可以弥补上述基于GIS的建筑管理系统的劣势，补充建筑内部的机电管线、设备的信息，并以三维的方式直观体现建筑的空间及建筑内构件的形状、位置，将GIS技术与BIM技术结合，可覆盖建筑管理中各类管控对象，通过三维直观可视化的形式真正实现建筑的信息化管理，全方位保障建筑运营。

    BIM+GIS可在隧道的设施设备信息管理、空间管理、应急响应、建筑运营服务等方面提供完善的信息化支撑和直观高效的管理手段。

1.1 平台设计理念

• 轻量化GIS+BIM融合应用

    本GIS+BIM软件平台完全充分结合GIS+BIM融合技术，采用PORIS 全新一代WebGL轻量化GIS+BIM融合引擎，实现对GIS及BIM模型及数据的轻量化应用。

    本GIS+BIM软件平台充分发挥GIS+BIM的可视化与数据化的价值，通过BIM轻量化技术将工程项目的变配电系统、通风系统、预留照明系统、消防系统、广播系统、交通管理系统等进行统一的集成管理，实现可视化的设备运行状态显示及管理。

• 私有云部署、WEB+App

    本GIS+BIM软件平台采用WEB+App应用技术方案，技术架构先进，可靠！系统采用在服务器端统一部署模式，维护简单便利，WEB及App应用使用方便快捷，体现了技术以人为本的理念！

1.2 平台部署架构

1.3 系统应用架构

1.4 平台实现功能

• 智能设备管理

    通过数据采集网关，通过Moubus，RS232，RS485等协议接口，获取设备数据。然后通过4G/5G，WiFi网络将数据传输给服务器进行处理，并与管理系统功能进行对接。

• 数据存储模块

    系统配置一套完整独立的工业实时数据库系统，可存储长时间的数据。

    数据库满足如下要求：

    具有丰富的数据类型，如：离散量（开关量）、整型量（有符号/无符号，8 位/16 位/32 位/64 位）、模拟量（32 位单精度、64 位双精度）、字符串（ANSI/UNICODE，定长、不定长）、日期型数据（日期、时间、时间戳）；

    单台数据库服务器稳定支持不低于100万设备监控点的数据存储；

    支持 5--10 年连续历史数据的存储、分析与查询。数据文件占有的磁盘空间可高达几十TB。比如进行10年重大交通事故的对比，隧道运营费用的对比分析，以便更好的控制事故量、高效运营；

    查询速度快，检索任意变量任意一天的历史数据（比如10）用时在秒级；

    提供开放的数据接口（API for C/C++/VB/VC、OLE DB、ODBC），供系统二次开发使用；

    支持XML标准，查询数据结果可以保存为XML文件；也支持从XML 文件导入数据；

    支持冗余和镜像功能，保证系统的高可靠性。支持重计算功能，在数据出现断连情况下，重新连接后或缺失数据导入，额外的数据添加，以及统计方法的简单改进之后，运用重计算完成缺失的数据之后的统计计算，保证统计分析的正确性与完整性；

    支持从其他的应用程序或其他数据库中导入数据到历史数据库当中，例如 SQLServer、Oracle、Excel、Access 等；

    不同的时区设置，可自动将时间按客户端的时区进行转换；数据应始终以 UTC格式时间存储；

    可以通过标准的数据访问接口可与MES、ERP、Office和其他关系型数据库系统集成，实现数据的双向交换和共享；

    具有数据的分析、统计计算功能。

• 物联网设备数据集成

    主要采集外场设备的如下信息：

    ① 车辆检测器；

    ② CO/VI 检测器；

    ③ WS 检测器、亮度检测器；

    ④ 风机工作状态；

    ⑤ 照明模式、等级；

    ⑥ 紧急电话记录；

    ⑦ 火灾报警情况；

    ⑧ 所有外场设备工作状态和故障信息；

    ⑨ 上级机构下发的信息和命令；

    ⑩ 工作站操作记录；

• 隧道监测

    变形监测：拱顶沉降监测、净空收敛监测、沉降分组监测；

    应力/应变监测：应变监测初支衬砌应变监测、二次衬砌应变监测、钢支撑应力监测、锚杆轴力监测；

    受力监测：衬砌受压力监测。

    视频可与BIM模型关联，可通过BIM模型展示大型设备的位置、危险异常数据等。

• GIS+BIM模型管理

1.5 基础支撑软件

    PORIS WebGL轻量化GIS+BIM融合引擎，PORIS WebGL轻量化GIS+BIM引擎主要提供GIS/BIM轻量化展示及应用的基础支撑，在此基础上开发本系统中与BIM模型应用相关的功能，比如BIM沙盘、协同办公中的BIM模型位置标签绑定等。全新一代WebGL技术的GIS+BIM融合引擎、完美实现GIS数据+无人机倾斜摄影模型+激光点云模型+大体量BIM模型的无缝融合。满足各种规模、工程类型的GIS+BIM应用需求。

二、软件平台开发方案

    系统平台基于综合应用BIM技术和GIS技术并有效结合，充分展现三维可视化技术、数据库技术、通信技术、自动化控制技术等先进的信息技术手段，遵循实用方便、先进灵活、安全可靠以及高可扩展的原则，实现对专用公路隧道模型数据的集中统一管理与服务，直观的展示专用公路隧道规划模型数据，达到及时准确地为专用公路隧道建设、管理、运营维护等提供全面、高质量服务的目的。

    通过信息共享，加强资源整合，开放接口，提高值息资源整合及共享能力、保证信息通畅、建立科学便捷的值息采集、更新与发布机制。

    保障专用公路隧道管理业务快速、准确、高效运行，为领导提供全方位、多层次的决策数据支持，提高对专用公路突发事件的快速反应能力。

    通过三维电子地图、物联网、大数据和人工智能等先进技术，对专用公路全段及隧道重点路段“全方位、全专业、全时段”的实时监控，提供智能化的辅助决策支持。

    系统通过物联网技术对火灾自动报警及联动系统、交通管理系统、消防广播系统、通风排烟系统、供配电系统等建立一体化的远程实时监控管理体系，并预留消防水系统接口、照明系统接口，方便后期接入，与此同时预留与坝区消防指挥中心对接接口和专用公路交通指挥中心接口。

    网格化室外定位技术和地理信息系统技术，在电子地图上方便、形象地展示监控目标的地理分布总体概况、预警监测、气象水文实时数据等信息，为指挥决策提供可靠支撑。

    智能预警机制，实现风险预控，服务管理部门统筹决策。

    有效提升设备管理的智能化运维效率，提升综合管理水平，保障可持续的安全生产过程。

    通过智能分析系统，对数据进行分类、重组和交互分析，形成各类图形和报表，直观展示、突出重点、全盘分析，细节剖析、并将分析得出的不安全因素进行置化，生成趋势曲线及指标指数图，可直观、动态反映当前运营现状是安全、注意、警告或是危险，对可能导致事故发生的征兆进行事先预警，以便及时采取针对性措施，进行事前“预警、预防、预控”。

2.1 数据范围分析

2.2 软件平台选取

    本系统建设涉及的基础软件平台包括地理信息系统平台（GIS）、建筑信息模型开发平台（BIM）、应用开发平台、数据库平台、应用系统接口等。

• 地理信息系统平台

    选择ArcGIS作为三维开发平台。ArcGIS是ESRI在全面整合了GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它多方面的计算机主流技术之后，成功地推出了代表GIS最高技术水平的全系列GIS产品。ArcGIS是一个全面的，可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完善的GIS系统提供完整的解决方案。ArcGIS的基本体系能够让用户在任何需要的地方部署GIS功能和业务逻辑，无论是在桌面、服务器、网络。

• 建筑信息模型开发平台

    选择Autodesk Revit 2018作为三维模型开发平台。

• 应用开发平台

    采用MS.NET。

• 数据库平台

    数据库平台MS-SQL Server。

2.3 系统体系架构

    在数据访问模式上客户机/服务器（C/S）模式。C/S具有强大的数据操纵和事务处理能力，以及数据的安全性和完整性约束。与组件服务器和数据库服务器处于同一局域网之内或通过专线相连，实现需求中所有功能模块，是一个较为完备的系统。

    为满足总体需求以及业务设计的内容，以基础软件平台和信息安全为依托，地理空间信息和业务信息为基础，丰富的信息化终端展示、应用为手段，建设智能运维平台。软件平台建设内容主要包括基础设施层、生产运维层和展现层，平台架构图如下图所示：

三、软件平台与各系统对接方案

    平台通过接口开发可接入照明系统、变配电系统、光纤感温系统、消防报警系统、消防水系统、广播系统、视频图像系统、交通管理系统，实现系统状态显示和远程操作。

3.1 与照明系统对接

    通过 OPC 接口、MODBUS、BACNET、KNX等协议即可与智能灯光控制系统集成，对智能灯光控制系统设备 的工作状态进行集中监控，在工作站上以电子地图的形式显示各照明区域的信息。对重要回路的运行状态、电流值及故障信息进行监控。

    可实现以下功能：

• 对各种照明设备的开关状态监控，对照明设备非正常工作状态的监控
• 可选择的对具体某个照明设备实现开/关控制、强制开/关控制等操作
• 可配合其他系统联动照明设备的强制开关
• 可计量照明用电情况
• 要求照明系统提供照明系统的运行状态和开、关灯控制权限。
• 智能灯光控制系统提供实时通信接口如：（OPC,RS232）

3.2与变配电系统对接

    通过OPC、API、SDK、MODBUS、WEBSERVER等方式接入变配电数据。

    可实现以下功能：

• 市供电回路电压、功率因素等参数
• 出线电压、电流、频率、功率因素、总有功电能及视在电能参数
• 各回路真空断路器或负荷开关的开关状态
• 各回路失压或负载过流及时报警
• 变压器工作温度、遇超温时及时报警
• 变压器运行工作状态
• 变压器强制风冷机组各风机运行状态
• 低压柜各进线三相电压、电流、频率、功率因素、有功电能及视在电能 参数
• 低压柜各进线断路器开关工作状态
• 低压柜各进线失压、过压、接地保护装置故障并及时报警
• 低压柜各主要供电回路三相电压、电流、频率、功率因素、有功电能等 参数
• 低压柜各主要供电回路断路器开关状态
• 过压、接地保护装置故障并及时报警
• 各补偿电容器工作运行状态,电故障或失效及时报警

3.3 与光纤感温系统对接

    火灾监测宜采用线型光纤测温，将光纤测温主机与感温光纤等作为主要的火灾监测装置。先由测温光纤精确定位火灾发生的位置，将信息反馈给光纤测温主机，再由测温主机将实时温度、火灾发生位置、火灾报警信号输出至火灾报警系统，最后由火灾报警系统完成相应的消防联动。

    平台对于光纤侦温系统进行接口开发，可通过OPC、API、SDK、MODBUS、WEBSERVER等方式读取每点感温数值，进行超温报警。系统可设定报警值，报警可分为高报、高高报。

3.4 与火灾自动报警及联动控制系统对接

    根据火灾报警系统特殊的通讯协议，编写通讯接口，完成与消防系统的无缝集成。接入方式：OPC、API、SDK、MODBUS、WEBSERVER等。

    实现功能：

• 提供各类火灾报警探测器的报警统计,归类和制表。
• 提供以事件联动程序信息为主的报表，报表内容包括：报警设备地址码，描述，联动设备名称，描述。
• 提供消防值班员确认火灾报警信号的时间和修改者姓名的资料。
• 提供消防设备运行状况的信息。
• 提供其他管理所需的各类报告文件。
• 消防系统与一卡通系统联锁:当出现火灾报警时，所有门禁、通道闸门打开，以便人员快速撤离现场。
• 消防系统与智能照明系统联锁:当出现火灾报警时，自动关闭所有照明系统，防止引起新的着火点。
• 消防系统与视频监控系统联锁:当出现火灾报警时，系统画面自动切换到报警位置，以便管理人员及时了解现场情况。

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