城市地下綜合管廊智能化運(yùn)維新技術(shù)

綜合管廊是城市重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施，可實(shí)現(xiàn)給水、排水、電力、通信、燃?xì)獾雀黝愂姓芫€的集成化管理，便于后期維護(hù)與檢修，保障城市“生命線”的正常運(yùn)行。自2015年以來，我國綜合管廊建設(shè)規(guī)模和里程已達(dá)到世界前列，目前已將重心從建設(shè)轉(zhuǎn)移到運(yùn)維上，周期智能化管理已成為今后我國綜合管廊運(yùn)維中需要實(shí)踐和貫徹的重要理念，而智能化運(yùn)維新技術(shù)應(yīng)用，旨在實(shí)現(xiàn)管廊的智能化管理，提升運(yùn)維效率及水平。

城市綜合管廊運(yùn)維中需要達(dá)到的目標(biāo)是：保障結(jié)構(gòu)及管線正常運(yùn)行、與城市綜合防災(zāi)機(jī)制聯(lián)動(dòng)和確保城市地下國土的安全；直觀顯示運(yùn)維情況和精細(xì)管理資產(chǎn)情況；節(jié)省能量開支和減少管道漏損。提升運(yùn)維管理水平的新技術(shù)有BIM+可視化技術(shù)和大數(shù)據(jù)+人工智能技術(shù)。

1 智能巡檢機(jī)器人

智能巡檢機(jī)器人（Intelligentinspection Robot）系統(tǒng)利用掛軌式或輪式機(jī)器人在綜合管廊內(nèi)進(jìn)行巡檢等任務(wù)，可有效減輕巡檢人員的工作量，還能彌補(bǔ)監(jiān)控系統(tǒng)只能定點(diǎn)監(jiān)控的缺陷。

結(jié)合人工智能技術(shù)，目前智能巡檢機(jī)器人可以做到：

1. 自主完成巡檢任務(wù)并出具體檢報(bào)告

智能巡檢機(jī)器人可設(shè)定基本任務(wù)，運(yùn)維人員通過選擇任務(wù)、編排順序、選擇巡檢管段等操作，定義日檢內(nèi)容并由機(jī)器人自主執(zhí)行。機(jī)器人工作過程中，無須人工干預(yù)，系統(tǒng)自動(dòng)將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。在體檢報(bào)告中可展示隱患點(diǎn)現(xiàn)狀以及異常數(shù)據(jù)。

2. 智能識(shí)別滲漏水等管廊病災(zāi)

經(jīng)過大量真實(shí)照片的訓(xùn)練后，系統(tǒng)可針對(duì)該條管廊的特征滲漏水作出標(biāo)示，幫助巡檢人員篩選出隱患點(diǎn)，并且記錄該隱患點(diǎn)的歷史變化趨勢(shì)，巡檢人員只需對(duì)篩選出的隱患點(diǎn)作重點(diǎn)補(bǔ)救或監(jiān)控病災(zāi)的演變趨勢(shì)。

3. 完整、準(zhǔn)確的巡檢數(shù)據(jù)采集

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)且完整數(shù)據(jù)采集的方式。從依靠巡檢人員經(jīng)驗(yàn)判斷隱患轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)閾值判定進(jìn)行隱患告警。從沒有數(shù)據(jù)檔案的維護(hù)歷史轉(zhuǎn)變?yōu)榇髷?shù)據(jù)分析進(jìn)行歷史重現(xiàn)和趨勢(shì)預(yù)判。

4.應(yīng)急狀態(tài)下的高速馳援和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控

當(dāng)出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，機(jī)器人可通過高速馳援，先于救援人員到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)，回傳現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況畫面和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)（如O2、CO、H2S、CH4氣體濃度，溫濕度等），以協(xié)助制定救援方案，自帶的語音通話功能可提高救援效率。

5.對(duì)接綜合管理平臺(tái)，提升智慧化水平

智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控和應(yīng)急處理上的優(yōu)勢(shì)，必將成為綜合管廊運(yùn)維平臺(tái)的有效補(bǔ)充。靈活的接口對(duì)接能力，還可以將信息數(shù)據(jù)對(duì)接至更高一級(jí)的智慧管理平臺(tái)，尤其為突發(fā)事件的多部門協(xié)同解決提供了技術(shù)支持。如果將智能巡檢機(jī)器人與現(xiàn)有的弱電、安防系統(tǒng)對(duì)接，則可實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，提升整體管廊運(yùn)維系統(tǒng)的智能化。

下表為傳統(tǒng)人工巡檢+固定傳感器的巡檢方式，和智能巡檢機(jī)器人巡檢方式的效率優(yōu)化對(duì)比。

2 BIM+AR技術(shù)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AugmentedReality, AR），在人們的生產(chǎn)生活的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中疊加由計(jì)算機(jī)生產(chǎn)的圖像、視頻、3D模型等。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)硬件作為人工智能的核心硬件之一，集成了大量的人工智能技術(shù)，例如通過物體識(shí)別技術(shù)識(shí)別和理解現(xiàn)實(shí)環(huán)境、依靠語音識(shí)別技術(shù)檢測(cè)和分析用戶指令、利用空間同時(shí)定位及建圖判別所在空間中的位置等等。

目前，在現(xiàn)有AR設(shè)備的基礎(chǔ)上，針對(duì)BIM行業(yè)的特殊工作環(huán)境，研制適用于BIM行業(yè)工作環(huán)境的AR分體式設(shè)備，搭建具有物體識(shí)別、基于深度學(xué)習(xí)的異常目標(biāo)檢測(cè)、BIM模型輕量化、3D內(nèi)容管理的云服務(wù)平臺(tái)，開發(fā)面向BIM行業(yè)的基于AR技術(shù)的智能化應(yīng)用，并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化示范，從而協(xié)助工程設(shè)計(jì)、施工監(jiān)理、工程維保等企業(yè)人員提高工作效率，具體的建設(shè)工作如圖所示:

運(yùn)用到綜合管廊運(yùn)維的BIM+AR可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

1.基于視覺的異常檢測(cè)

基于視覺的異常檢測(cè)功能利用BIM匹配和深度學(xué)習(xí)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行協(xié)同決策，智能檢測(cè)場(chǎng)景中的異常。基于BIM匹配技術(shù)的異常檢測(cè)即將建筑的三維模型疊加到真實(shí)場(chǎng)景之上，通過真實(shí)場(chǎng)景與三維模型的1:1匹配，檢測(cè)出建筑中存在的異常。通過對(duì)異常樣本的大量學(xué)習(xí)，能夠得到不同類型異常的本質(zhì)特征，從而對(duì)真實(shí)場(chǎng)景中的異常進(jìn)行檢測(cè)?；谏疃葘W(xué)習(xí)的異常目標(biāo)檢測(cè)對(duì)于位置的要求不高，因此能夠很好地補(bǔ)充BIM匹配技術(shù)的不足。真實(shí)場(chǎng)景圖像在同時(shí)經(jīng)過上述兩種檢測(cè)方式處理后，再通過智能化的協(xié)同決策系統(tǒng)進(jìn)行最終的決策處理，智能判定異常類型和異常位置。

2.智能化BIM信息呈現(xiàn)

智能化BIM信息呈現(xiàn)基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的多種人工智能技術(shù)，將BIM模型直接嵌入到真實(shí)場(chǎng)景中，通過虛實(shí)融合的方式，實(shí)現(xiàn)智能化BIM信息呈現(xiàn)。首先，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的物體識(shí)別技術(shù)識(shí)別場(chǎng)景中的目標(biāo)，其次通過SLAM技術(shù)估計(jì)當(dāng)前的位置和姿態(tài)，最后通過虛擬融合技術(shù)，將虛擬的BIM信息以特定的大小和姿態(tài)固定到真實(shí)場(chǎng)景中。使用者通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)設(shè)備可以實(shí)時(shí)全方位觀察BIM模型，即可以在設(shè)計(jì)階段與客戶共同探討設(shè)計(jì)實(shí)例和模型展示，也可以在施工階段及時(shí)了解當(dāng)前施工進(jìn)度和剩余進(jìn)度，更可以在維保階段作為維修參考基準(zhǔn)。

3.智能化BIM 信息標(biāo)注

智能化BIM信息呈現(xiàn)通過AR虛實(shí)疊加等人工智能技術(shù)，把工程設(shè)計(jì)、施工以及維保過程中發(fā)現(xiàn)的問題和其他相關(guān)內(nèi)容，實(shí)時(shí)標(biāo)注到BIM模型中。支持的標(biāo)注類型包括任意畫圈、高亮顯示、文字標(biāo)注等。

4.智能化BIM多人協(xié)同

智能化BIM多人協(xié)同交互功能，搭建了一個(gè)包含多個(gè)用戶的全息交流場(chǎng)景，支持隨時(shí)隨地“面對(duì)面溝通”，同時(shí)每個(gè)參與者都能以自己的獨(dú)有視角學(xué)習(xí)、體驗(yàn)、互動(dòng)，并且支持多用戶通過手勢(shì)操作等方式對(duì)同一個(gè)BIM模型進(jìn)行交互操作。

3 結(jié)語

綜合管廊運(yùn)維需要提升信息化和智能化，最終促進(jìn)城市的科學(xué)化、精細(xì)化、智能化管理。