构建基于CIM的智能化城市燃气设施管理平台_张涛.pdf

上海煤气上海煤气 2023 年第 1 期 17 17 构建基于 CIM 的智能化城市燃气设施管理平台 深圳市规划国土发展研究中心 张 涛 张 旭 摘要：基于 CIM 技术的城市燃气设施管理平台，融合了 BIM、GIS、IoT 等技术。可实现“可视化一张图”综合展示。通过统筹协同规划、设计、建设和运营一体化应用管理，可大力提升城市燃气设施的精细化管理水平和高质量发展水准，提高城市安全韧性。关键词：CIM 城市燃气设施 管理平台 信息化 智能化 燃气设施(燃气管网和场站)是居民用户、商业用户、工业企业用户和城市燃气电厂用户等的气源保障，是城市重要的市政基础设施之一，是城市有效运行和健康发展的重要条件，也是城市高质量发展的重要内容。回顾我国城市近十余年的高速发展，地下和地上的城市燃气设施在规划、设计、建设和运营的全流程管理方面仍然存在诸多弊端，特别是信息化、智能化和可视化管理的短板尤为突出。住房和城乡建设部于 2020 年 12 月 30 日发布关于加强城市地下市政基础设施建设的指导意见(建城2020111 号)。文件要求加强城市地下市政基础设施体系化建设，加快完善管理制度规范，补齐规划建设和安全管理短板，同时要求推动数字化智能化建设，运用新一代信息技术，提升城市地下市政基础设施数字化、智能化水平。城市信息模型(City Information on Modeling，简称 CIM)中的城市燃气设施管理平台，是以数字孪生为载体，基于城市燃气管网和场站的二维和三维视角、静态和动态一体化的全要素综合数据库，且融合有城市其他市政地下管线、地下通道、地下公共停车场、地面施工环境、地面周边建(构)筑物和地上电力架空线等基础设施的多源数据及动态监测信息平台1。CIM 的城市燃气设施管理平台可实现“可视化一张图”，综合展示及管理，有效解决多平台的衔接问题，统筹协同规划、设计、建设和运营一体化应用，全面提升城市燃气设施的精细化管理水平和高质量发展水准，提高城市安全韧性。1 平台设计思路 1.1 打造数字基底，构建数据融通 结合 BIM 小空间与 GIS 大空间的技术特点，兼容物联信息和国土空间规划数据等构筑城市数字空间基底，极力融合燃气工程的专业水力计算模型，形成一体化的城市燃气设施管理平台。这样可以完成“规、设、建、管”的一体化业务数据的融通，最终逐渐实现城市燃气管网和场站的全生命周期管理。1.2 形成联合设计，不断迭代完善 将城市燃气管网和场站的规划和设计进行信息化处理。在协助规划决策的同时，利用 BIM 进行辅助和联合设计。将规划和设计方案进行数字化转换，实现二维和三维呈现，使其规划和设计方案可以多角度、多维度的不断优化，反复迭代模拟，助力规划和设计方案达成最优解。1.3 模拟多维场景，互联实时要素 利用 CIM 平台的优势，达到对城市燃气管网和场站在建设过程中的可视化展现，实现对燃气工程建设项目施工环境和态势的全方向、多层次的综合查看。具体表现在 CIM 平台上进行模拟的现场施工空间布局、材料堆场的用地布置、施工过程的动态模拟等，也可以开展深度的数字处理和信息化操作，逐步将人、机、料、法、环等要素进行实时互联，以此更好地把控建设进度、控制项目成本、提 1818 2023 年第 1 期 上海煤气上海煤气 升工程质量、保证施工安全、满足环保要求等。由此实现真正意义上的施工过程精细化管理。1.4 积累信息资源，实现升级管理 结合城市燃气管网和场站的运行动态监测数据，借助城市燃气设施管理平台的优势，积累历史信息数据和资源，及时发现管网和场站老化动向、安全事故隐患等异常信息。通过平台进行提前的预警和指挥，有力地掌握和控制可能的突发事件，以此实现事前预控及时和协同联动处置，使得防范措施可以未雨绸缪。2 平台主要功能 城市燃气设施管理平台以 CIM 技术为核心，集成物联网、云计算、大数据、人工智能等手段，突破传统链条式模式，将规划、设计、建设、运营的阶段性数据进行集成和共享，为全过程的管理提供可视化服务，提升城市燃气设施管理的信息化和智能化水平。城市燃气设施管理平台的主要功能设计，如图1 所示。图 1 城市燃气设施管理平台功能示意 3 平台在燃气项目各阶段的功能分解 3.1 规划、设计阶段 基于 CIM 提供 GIS+BIM 的应用支持服务，面向城市燃气设施项目工程的规划、设计提供可视化方案比选分析、协同设计、审查优化等，满足工程宏观管理与精细化微观管理的相辅相成应用诉求。(1)管理基础数据。在 CIM 平台上，提供二维、三维可视化服务和 BIM 服务，将城市燃气管网和场站项目工程的规划情况、用地信息、路由走向、BIM模型、GIS 数据、设计要点、结构参数、文档管理和变更资料等基础要素，进行有效的整理、储存、分析和优化，在平台上以二维和三维的形式展现出来。如果打通城市燃气设施管理平台的数据链端口，还可以支持视图导航、移动端查询查看等功能。(2)支持规划决策。城市燃气设施管理平台可通过系统的升级和二次开发，支持 BIM 和二维、三维可视化模型进行深度融合。通过 BIM 模型的优势，将地表上的城市燃气场站、地表下的城市燃气管网、规划用地红线、规划管道路由和规划限高等多维空间要素进行体系化集成，逐步将要素融入规划方案的对比分析中，模拟分析周边地上和地下建、构筑物对规划方案的影响、论证研究不同规划方案对环境的影响等，为规划决策提供智慧化和可视化的数据支持。(3)协调多方设计。城市燃气设施管理平台能够实现全生命周期的在线功能，协同各个权益方，并为其搭建协调设计系统。主要以 GIS 空间信息为基础，支持城市燃气管网和场站项目工程的 BIM 模型共享和各权益方的协作设计。在设计方案形成后，利用 BIM 模型可以进行设计成果的共同校对、审核、审定、修改和完善等操作，以此提高各方的协调度，保证各方诉求的体现，解决各专业的空间冲突，提升设计方案品质。3.2 建设阶段 在平台上融合 CIM 的技术优势与 BIM 的技术特点，对城市燃气管网和场站项目工程的现场情况开展全方位的了解，有效掌握施工现场信息，围绕现场的“人、机、料、法、环”五大因素，从城市燃气管网和场站的项目工程进度、质量、安全、人员和信息等进行有效的管理，并开展基于 CIM 的项目工程可视化查看，实现对多要素的 BIM 信息化管理，进一步的提升项目工程的施工管理水平。 上海煤气上海煤气 2023 年第 1 期 1919 (1)管控工程进度。基于一个界面的不断开发，可以逐步集成 BIM 模型数据、远程视频监控信息、项目计划进度控制表、工程的现场拍摄照片、工程项目周报等，开展工程计划进度和工程实际进度的对比分析，预测工程项目进度误差时间，并通过二维、三维可视化的形式展现给各权益方进行查看。(2)管理项目质量。城市燃气设施管理平台可按照初检、复检和终检的流程，将质量检查的验收标准进行数据化处理，并输入平台中与 BIM 模型开展数据关联，还可以植入强制性的质检点，预先约定各方进行现场检查。同时，平台可以汇总各个阶段的质量检查情况，分析以往数据，开展质量问题的预警和提示，实现对事前质量问题的预防，事后质量问题的追溯。(3)控制施工安全。按照施工安全管理的相关规定及要求，在平台上进行全过程的记录和管理。通过物联网技术，对城市燃气管网和场站项目工程的现场作业进行远程安全监督、安全管控和安全提示，并基于以往数据和经验分析，对项目工程开展多维度和多要素的安全检查。例如：责任人履职情况、是否有分包现象、安全职责落实是否到位、安全隐患问题是否消除等。(4)掌握人力资源。融合物联网的相关技术，可以较为实时地了解城市燃气管网和场站施工相关人员的规模和工作时间等基础信息，并结合外部环境影响(天气情况、周边工程施工情况、节假日情况和疫情情况等)、人员工种和考勤状态等要素进行综合性的模拟分析，预测城市燃气管网和场站项目工程的施工进度和人力风险。(5)打造信息资产。将城市燃气管网和场站建设过程的工程资料进行电子化转换，形成以时间为序列的数据资源，集成到以 BIM 为载体的项目数据库之中，汇聚成系统化的信息资源和信息资产，为城市燃气管网和场站以后的信息化运营、智慧化管理、安全生产和快速抢维修等提供强大的后台数据支持，并无形中打造属于权益方的信息资产。3.3 运营阶段 (1)“可视化一张图”展示。城市燃气设施管理平台可基于 CIM 的数字底座，外部链接各类传感器，实时、自动、快捷地收集城市燃气管网和场站的在线数据，实现“可视化一张图”综合展现，形成城市燃气管网和场站的数字孪生融合应用。城市燃气管网和场站以二维平面和三维立体的形式进行可视化展现，将线性分布的管道和点状布局的场站集成专题化的信息，点击即可查看。例如：管道管径、管材型号、场站名称、场站功能、场站运行数据等，并可在其基础上演化形成“设施历史信息一张图”“设施监控状况一张图”或“设施运行状态一张图”等。(2)智能预警、事故模拟。基于各类传感监测设备，城市燃气设施管理平台可以对各类在建项目的工程进度、安全管理和质量管控等进行提前提示。如果与相关职能部门的“多规合一”信息平台进行联通，则可以对已运行管网和场站的运行数据异常、外部环境风险(地震、台风等)、临近地块的用地规划影响和周边施工威胁等开展预警，并进行智能化的初步事故模拟分析。(3)数据共享、应急联动。集成 CIM 系统与视频监控系统，通过数据共享的方法，实现事故、预案、调度相互联动的可视化应急管理，并在城市燃气管网和场站出现安全事故的情况下，辅以监控、跟踪、评估等多种线上或线下的反馈方式，以此大大提高平台的实时感知和智能分析能力。这样可有助于提升整个城市燃气管网系统的应急调度管理水平。(4)横向延伸、纵向拓展。从纵向和横向进行平台数据的广度和深度挖掘，拓展平台的应用范围。例如：接入现状层面和规划层面的城市燃气管网系统水力计算模型评价系统工况，结合国土空间规划基础数据开展用气量的负荷预测，以此评估燃气管网系统；研究最不利场景分析事故风险等，以此逐步实现平台的横向和纵向延展，不断赋予其智能化属性。4 结语 构建基于 CIM 的智能化城市燃气设施管理平台能够加强城市地下空间利用和市政基础设施建(下转第 28 页) 2828 2023 年第 1 期 上海煤气上海煤气 http:/ 成都市经济和信息化局.关于印发成都市非居民燃气用户可燃气体报警装置实施指引的通知(成经信办202128 号)R.2021.Applicability Analysis of Law and Regulation Related to Combustible Gas Alarm for Gas User Guizhou Gas Group Co.,Ltd.WEI Yongjin Abstract:This paper analyzes the laws and regulations referred to in the hidden danger rectification of combustible gas alarm device and alarm control system for urban gas users.By combing the relevant laws and regulations,this paper also compares and analyzes the terms of setting combustible gas alarm devices for three types of urban gas users(residential users,commercial users and industrial users),and summarizes the applicability of the laws and regulations involved in gas user alarm control.At the same time,the setting requirements of comb