文｜陳大海

綜合交通客運(yùn)樞紐是一個(gè)綜合性場(chǎng)所，承載多種交通方式的換乘銜接，聚集客流，大量的智能化設(shè)備設(shè)施，給樞紐的運(yùn)維管理帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。本文主要研究如何利用物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)樞紐空間和設(shè)備設(shè)施的數(shù)字化、模型化和互聯(lián)互通，打造一個(gè)與物理空間保持實(shí)時(shí)同步的高仿真的數(shù)字樞紐映射體，為樞紐高效、便捷、智能的運(yùn)維管理提供服務(wù)。

一、引言

綜合交通客運(yùn)樞紐（以下簡(jiǎn)稱“綜合樞紐”）是銜接鐵路、公路、民航等城市對(duì)外交通方式和軌道交通、出租車、網(wǎng)約車、城市公交等城市內(nèi)交通方式的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，具有運(yùn)輸組織管理、中轉(zhuǎn)銜接和安全應(yīng)急保障的大型公共基礎(chǔ)設(shè)施。因客流量聚集，綜合樞紐帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益越來(lái)越明顯，除交通運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)性功能外，正形成集購(gòu)物、休閑娛樂(lè)、商務(wù)辦公、特色旅游等多功能于一體的城市旗艦綜合體。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，綜合樞紐的建設(shè)對(duì)節(jié)能、高效、方便和安全管理等提出更高要求，將物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等新技術(shù)應(yīng)用于綜合樞紐的管理中，將會(huì)為樞紐運(yùn)維帶來(lái)巨大變革。

<1)，且各件產(chǎn)品是否為不合格品相互獨(dú)立．

二、綜合樞紐運(yùn)行維護(hù)管理現(xiàn)狀

當(dāng)前隨著我國(guó)交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的推進(jìn)，依托高鐵站和機(jī)場(chǎng)等交通設(shè)施打造“站城一體、功能互聯(lián)”的樞紐城市綜合體，實(shí)現(xiàn)樞紐與城市的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)交通出行和交通換乘的高效便捷、無(wú)縫銜接，同時(shí)融入了商務(wù)辦公、社區(qū)生活等多業(yè)態(tài)，樞紐的運(yùn)維管理難度也面臨空前的挑戰(zhàn)。

綜合樞紐以交通運(yùn)輸和換乘為核心功能，以綜合集約、多業(yè)態(tài)共存為特色，為滿足樞紐智慧化運(yùn)行要求，建設(shè)了大量的智能化設(shè)備設(shè)施。智能設(shè)備的運(yùn)維難度不斷增大，主要表現(xiàn)在設(shè)備預(yù)警和問(wèn)題發(fā)現(xiàn)不及時(shí)、出現(xiàn)故障定位不準(zhǔn)確、運(yùn)維人力和物資分布分散、運(yùn)維巡檢難度大、設(shè)備故障關(guān)聯(lián)影響等問(wèn)題亟待解決。基于物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術(shù)相結(jié)合的運(yùn)維體系將為樞紐的智慧運(yùn)維提供支撐。

三、物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術(shù)在綜合樞紐運(yùn)維管理中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)以傳感設(shè)備為基礎(chǔ)，按接口協(xié)議將設(shè)備實(shí)物與網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通信，實(shí)現(xiàn)智慧化的識(shí)別、追蹤、監(jiān)管等功能。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)采集，對(duì)樞紐區(qū)域內(nèi)的人、車、交通、運(yùn)營(yíng)管理業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行多維度的采集，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合樞紐智慧化運(yùn)維管理業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)整合、關(guān)聯(lián)分析以及指令下達(dá)等能力的支撐。

數(shù)字孿生是由物體實(shí)體與之對(duì)應(yīng)的數(shù)字模型及模型之間通信功能構(gòu)成，由軟件和系統(tǒng)數(shù)字孿生體等數(shù)字實(shí)體與管理部門形成的工作域，通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)字模型與物理實(shí)體之間狀態(tài)的同步，共同構(gòu)成物理實(shí)體和數(shù)字模型的映射體。數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用融合了BIM（建筑信息模型）和GIS（地理信息系統(tǒng)），將多領(lǐng)域、多物理量、多尺度、多概率的模擬過(guò)程，利用物理模型、設(shè)備傳感器、運(yùn)行業(yè)務(wù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行整合實(shí)現(xiàn)，在虛擬空間中完成映射，實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化和數(shù)字化管理與共享。BIM技術(shù)是用來(lái)對(duì)樞紐建筑空間和設(shè)備的物理特征和功能信息進(jìn)行數(shù)字化承載和可視化表達(dá)，GIS技術(shù)用來(lái)表達(dá)樞紐的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、空間分析和地理信息，因此，基于BIM和GIS技術(shù)相融合，可實(shí)現(xiàn)綜合樞紐建筑空間、設(shè)施設(shè)備等精細(xì)化構(gòu)建的高度集成共享和可視化運(yùn)維管理，提供樞紐運(yùn)維管理的高標(biāo)準(zhǔn)要求和全生命周期管理的重要技術(shù)支持。

數(shù)字孿生過(guò)程示意圖

本文將研究利用物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)綜合樞紐運(yùn)維對(duì)象的感知數(shù)據(jù)的可視化管理，對(duì)各對(duì)象的運(yùn)維管理過(guò)程進(jìn)行融合集成，實(shí)現(xiàn)樞紐空間、設(shè)備、運(yùn)維人員之間的互聯(lián)互通。通過(guò)樞紐設(shè)備管理與狀態(tài)監(jiān)測(cè)、日常巡檢與故障告警處理等，提升運(yùn)維管理的智能管控能力；推進(jìn)樞紐運(yùn)維管理向數(shù)字化、智慧化轉(zhuǎn)變，通過(guò)歷史和實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)分析，推演變化趨勢(shì)。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)樞紐設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和傳輸，包括監(jiān)控、門禁、停車和反向?qū)ぼ嚤O(jiān)測(cè)、電梯運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、能耗儀表等設(shè)備，以及消防、環(huán)境感知、數(shù)據(jù)中心機(jī)房、建筑機(jī)電設(shè)備等。實(shí)現(xiàn)可感知設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、匯聚和共享，為樞紐運(yùn)維信息化應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

基于數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)樞紐物理空間和設(shè)施設(shè)備的模型化、數(shù)字化，通過(guò)BIM將空間和設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化，同時(shí)結(jié)合GIS將數(shù)字模型和地理空間相結(jié)合，為樞紐各類設(shè)備設(shè)施提供精準(zhǔn)定位，提供樞紐空間和設(shè)備的可視化管理。

空間和設(shè)備基本信息管理。運(yùn)用BIM技術(shù)規(guī)范化管理樞紐所有建筑空間，包括空間基本信息及設(shè)備設(shè)施信息，租賃空間的租賃狀態(tài)、租戶、租賃期限等，并通過(guò)不同顏色在BIM模型中渲染空間的實(shí)時(shí)狀態(tài)；基于BIM中的設(shè)備數(shù)字化模型，構(gòu)建樞紐設(shè)備設(shè)施模型并管理其基本信息，包括設(shè)備型號(hào)、規(guī)格、生產(chǎn)廠商、設(shè)備供應(yīng)商、供貨時(shí)間、質(zhì)保期、設(shè)備位置、設(shè)備狀態(tài)、巡檢和維護(hù)記錄，提供所有設(shè)備快速查詢和基于三維空間中的精準(zhǔn)定位，采用不同顏色渲染設(shè)備狀態(tài)變化，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)進(jìn)行告警提示。

設(shè)備設(shè)施日常運(yùn)維管理。各類智能化設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議實(shí)時(shí)監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，為設(shè)備設(shè)施的日常巡檢保養(yǎng)、故障維修提供決策。通過(guò)數(shù)字孿生運(yùn)維管理平臺(tái)快速生成巡檢線路，下發(fā)至巡檢維護(hù)工作人員，巡檢人員在終端將巡檢信息實(shí)時(shí)回傳至平臺(tái)中，結(jié)合日常監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)變化和巡檢問(wèn)題，平臺(tái)可實(shí)時(shí)優(yōu)化運(yùn)維路線并推送重點(diǎn)巡檢事項(xiàng)至前端運(yùn)維工作人員，在設(shè)備發(fā)送故障告警前進(jìn)行運(yùn)維，避免故障發(fā)生。

設(shè)備故障預(yù)警及維修管理?；跇屑~數(shù)字孿生運(yùn)維管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)施監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)超過(guò)告警閾值時(shí)觸發(fā)設(shè)備運(yùn)維和知識(shí)庫(kù)，發(fā)送運(yùn)維工單至運(yùn)維終端，并在數(shù)字孿生環(huán)境中模擬故障位置、周邊資源、關(guān)聯(lián)設(shè)備，推送最優(yōu)路線、運(yùn)維時(shí)間、所需資源、操作指南，運(yùn)維結(jié)束，收集故障信息、維護(hù)過(guò)程、關(guān)聯(lián)設(shè)備、反饋信息等。

樞紐運(yùn)維調(diào)度和決策分析。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重設(shè)備故障時(shí)，樞紐運(yùn)營(yíng)指揮中心通過(guò)數(shù)字孿生運(yùn)維管理平臺(tái)快速模擬故障運(yùn)維預(yù)案執(zhí)行效果，調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員、遠(yuǎn)程專家、運(yùn)維物資配送等協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，實(shí)時(shí)跟蹤故障修復(fù)效果，同時(shí)借助數(shù)字孿生運(yùn)維管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)維過(guò)程的再現(xiàn)和結(jié)果復(fù)盤，總結(jié)分析和優(yōu)化運(yùn)維預(yù)案。

此外，樞紐數(shù)字孿生運(yùn)維管理還可對(duì)水電氣能耗管理，實(shí)現(xiàn)分功能區(qū)域的能源消耗數(shù)據(jù)分析，為能源決策提供支持，如智能照明控制等；基于數(shù)字孿生運(yùn)維可實(shí)現(xiàn)對(duì)樞紐垂直交通設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)維效率和設(shè)備故障情況；基于數(shù)字孿生運(yùn)維實(shí)現(xiàn)樞紐停車區(qū)域的管理，為樞紐停車引導(dǎo)和停車管理提供可視化的決策分析。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和基于BIM+GIS的數(shù)字孿生技術(shù)在綜合樞紐運(yùn)維中的應(yīng)用，側(cè)重于樞紐空間和設(shè)備設(shè)施類資產(chǎn)的實(shí)時(shí)化、可視化運(yùn)維管理，為運(yùn)維人員提供故障精準(zhǔn)定位、路線和資源推送服務(wù)，為管理決策提供運(yùn)維調(diào)度的可視化、過(guò)程總結(jié)分析和預(yù)案優(yōu)化，提高樞紐的運(yùn)維效率。同時(shí)可進(jìn)一步研究利用綜合樞紐數(shù)字孿生技術(shù)結(jié)合室內(nèi)定位服務(wù)進(jìn)行樞紐內(nèi)工作人員的實(shí)時(shí)位置跟蹤、樞紐應(yīng)急管理與人員疏散等。