8月2日，上海北橫通道東段主線正式試通車，標(biāo)志著這一世界最長(zhǎng)城市核心區(qū)地下道路全線雙向貫通。北橫通道作為上海市中心城區(qū)北部東西向交通主動(dòng)脈，橫跨上海長(zhǎng)寧、普陀、靜安、黃浦、虹口、楊浦6個(gè)行政區(qū)，全長(zhǎng)約19.1公里，分為西段和東段兩部分，其中隧道段總長(zhǎng)約14.7公里。西段已于2021年通車，本文為北橫通道西段數(shù)字化運(yùn)維管理的相關(guān)介紹，隨著技術(shù)的進(jìn)步，有理由相信東段的數(shù)字化運(yùn)維將比西段更為先進(jìn)。作為核心城區(qū)的超長(zhǎng)地下通道，其基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化對(duì)國(guó)內(nèi)其他地下通道的數(shù)字化運(yùn)維有較強(qiáng)的借鑒意義，轉(zhuǎn)載此文，與行業(yè)共同學(xué)習(xí)。
本文節(jié)選自《上海土木科技》2023（04）
供稿：上海城建城市運(yùn)營(yíng)（集團(tuán)）有限公司
編者語(yǔ)：
北橫通道，是上海市內(nèi)環(huán)內(nèi)“三橫三縱”井字形通道的一部分，也是上海骨架性主干路網(wǎng)的重要組成部分，支撐并連接著上海城市東西向的發(fā)展與交通。因其線路長(zhǎng)、設(shè)計(jì)新、服務(wù)要求高，其運(yùn)行、維修和養(yǎng)護(hù)管理面臨巨大的挑戰(zhàn)。數(shù)字化運(yùn)維管理平臺(tái)的建立，是實(shí)現(xiàn)城市重要基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)中的重要一步。平臺(tái)綜合隧道運(yùn)維業(yè)務(wù)管理及數(shù)據(jù)應(yīng)用的各個(gè)方面，包括動(dòng)態(tài)養(yǎng)護(hù)、交通運(yùn)行、態(tài)勢(shì)感知以及隧道BIM模型展示，實(shí)現(xiàn)“一屏觀設(shè)施、一網(wǎng)管運(yùn)維”。
01
搭建數(shù)字平臺(tái)
賦能隧道變身“五全戰(zhàn)士”
數(shù)字化運(yùn)維管理平臺(tái)的建立，是實(shí)現(xiàn)城市重要基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營(yíng)管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)中的重要一步。平臺(tái)綜合隧道運(yùn)維業(yè)務(wù)管理及數(shù)據(jù)應(yīng)用的各個(gè)方面，包括動(dòng)態(tài)養(yǎng)護(hù)、交通運(yùn)行、態(tài)勢(shì)感知以及隧道BIM模型展示，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)單PDCA流程的全過程線上管控，可視化展示分析結(jié)構(gòu)、機(jī)電、環(huán)境、交通等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，集成全周期數(shù)據(jù)，對(duì)隧道技術(shù)狀況及管理行為進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)“一屏觀設(shè)施、一網(wǎng)管運(yùn)維”。
數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái)
通過數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái)，集成數(shù)據(jù)展示分析，實(shí)時(shí)監(jiān)管隧道設(shè)施養(yǎng)護(hù)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，提升服務(wù)質(zhì)量，提高管理效率，實(shí)現(xiàn)“五全”數(shù)字化運(yùn)維管理：生產(chǎn)要素“全”覆蓋、生產(chǎn)業(yè)務(wù)“全”過程、運(yùn)營(yíng)狀態(tài)“全”感知、技術(shù)狀況“全”透明、數(shù)據(jù)資產(chǎn)“全”周期。
02
應(yīng)用數(shù)字“法寶”
按下隧道精細(xì)運(yùn)維“加速鍵”
北橫通道以智慧、安全、高效為核心、綜合應(yīng)用智能巡檢、超高治理、交通增強(qiáng)感知及AI賦能系統(tǒng)等多種先進(jìn)技術(shù)裝備，全面掌握隧道技術(shù)及運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，及時(shí)處置設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)、結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，滿足市民對(duì)安全、舒適、通暢出行的需求，并且為隧道安全有序運(yùn)行提供保障。
先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用
2.1
法寶一：更“智能”的機(jī)器人巡檢系統(tǒng)
2.1.1 機(jī)器人巡檢系統(tǒng)需求分析
完善、健康的機(jī)電系統(tǒng)是隧道內(nèi)通車環(huán)境的重要保障。隧道機(jī)電設(shè)備通常包括供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)等，這些機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)隧道的正常運(yùn)行。機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的引入成為了提升設(shè)備安全性、保證運(yùn)維效率的重要一環(huán)。
2.1.2 機(jī)器人巡檢系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)
巡檢項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化。結(jié)合傳統(tǒng)人工巡檢經(jīng)驗(yàn)與當(dāng)代機(jī)器人技術(shù)，制定了機(jī)電設(shè)備巡檢項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，部署在數(shù)字化運(yùn)維管理平臺(tái)中。通過對(duì)每一類機(jī)電設(shè)備巡檢任務(wù)進(jìn)行細(xì)分，形成具體巡檢項(xiàng)，逐個(gè)檢查每一個(gè)儀表、按鈕的數(shù)值或狀態(tài)，確保每個(gè)設(shè)備都得到全面覆蓋和精確的監(jiān)測(cè)。巡檢內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化是對(duì)既往養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)的凝練總結(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種設(shè)備類型的全覆蓋，提高了巡檢的準(zhǔn)確性和效率。
設(shè)備房24小時(shí)值守。隧道內(nèi)機(jī)電設(shè)備24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)不息，需時(shí)刻保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)器人巡檢系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)設(shè)備房全天候值守監(jiān)控。機(jī)器人巡檢作業(yè)過程中，將采集的數(shù)據(jù)、照片等實(shí)時(shí)上傳到平臺(tái)。這樣一來，巡檢過程擺脫了時(shí)間限制，系統(tǒng)能夠持續(xù)不斷地運(yùn)行，可以保證設(shè)備狀態(tài)的及時(shí)監(jiān)測(cè)，迅速發(fā)現(xiàn)異常情況。
維修工單自動(dòng)生成。機(jī)器人巡檢系統(tǒng)具備智能分析功能，能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行快速識(shí)別和準(zhǔn)確分析。通過對(duì)巡檢數(shù)據(jù)的處理，系統(tǒng)能夠識(shí)別設(shè)備故障和缺陷，并通過平臺(tái)自動(dòng)生成相應(yīng)的維修工單，派發(fā)給維修人員，大大提高了故障排除的效率和準(zhǔn)確性，更迅速地完成設(shè)備維護(hù)。
機(jī)器人巡檢系統(tǒng)
機(jī)器人巡檢系統(tǒng)由巡視主機(jī)、智能巡檢機(jī)器人、高清視頻、操作平臺(tái)等組成。
2.1.3 機(jī)器人巡檢系統(tǒng)應(yīng)用情況
北橫通道的機(jī)器人布置在篩網(wǎng)廠變電所，可自由移動(dòng)，集成了激光雷達(dá)、可見光攝像機(jī)、熱成像、局放、超聲波傳感器等部件。機(jī)器人可以滿足室內(nèi)各種尺寸屏柜的檢測(cè)要求。機(jī)器人可識(shí)別變電所內(nèi)的設(shè)備及儀表狀態(tài)。
智能巡檢機(jī)器人(云臺(tái)型)
目前北橫的機(jī)器人巡檢系統(tǒng)已接入平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全天候值守，每天對(duì)設(shè)備房進(jìn)行2次全覆蓋巡檢，提醒運(yùn)維人員及時(shí)排查隱患，消除缺陷，有效的保證供配電設(shè)備安全。同時(shí)，巡檢機(jī)器人的引入探索了智能設(shè)備在基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)場(chǎng)景中代替人工巡檢的可能，為進(jìn)一步推廣基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維的智能化提升積累經(jīng)驗(yàn)。
2.2
法寶二：更“安全”的超高治理系統(tǒng)
2.2.1 超高治理系統(tǒng)需求分析
北橫通道作為橫穿上海多個(gè)區(qū)域的主干快速路，車流量位居上海道路的前列。北橫通道引入了超高治理系統(tǒng)，為城市道路交通管理帶來了革命性的變化。
2.2.2 超高治理系統(tǒng)技術(shù)路線
超高治理系統(tǒng)通過“監(jiān)測(cè)—預(yù)警—引導(dǎo)—攔截”四位一體、五級(jí)預(yù)警的治理方法，為超高車輛設(shè)置了“層層關(guān)卡”，在不影響正常交通的前提下，對(duì)駕駛員進(jìn)行多次提醒和勸離。
超高治理系統(tǒng)布置示意圖
2.2.3 超高治理系統(tǒng)應(yīng)用情況
超高治理系統(tǒng)從2023年3月份正式啟用，經(jīng)過近半年的調(diào)試優(yōu)化，目前北橫通道的超高車輛闖入的情況已有很大改善。隧道內(nèi)設(shè)施設(shè)備的安全得到了極大的保障。
超高治理系統(tǒng)不但能給及時(shí)給超高車輛提供預(yù)警，同時(shí)能在各門架記錄該車輛經(jīng)過的情況，以圖片和視頻的形式保留，為后續(xù)事故處理溯源提供更詳實(shí)的依據(jù)。
2.3
法寶三：更“靈敏”的交通增強(qiáng)感知及AI賦能系統(tǒng)
2.3.1 交通增強(qiáng)感知及AI賦能系統(tǒng)需求分析
北橫通道作為上海市東西向交通重要干道，保障通行的順暢就是保障整個(gè)城市路網(wǎng)交通的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。交通增強(qiáng)感知及AI賦能系統(tǒng)的誕生為城市運(yùn)行交通管理提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)了隧道內(nèi)全面、精準(zhǔn)感知和智能化管理。
2.3.2 交通增強(qiáng)感知及AI賦能系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)
毫米波雷達(dá)。在重點(diǎn)路段已有攝像頭的基礎(chǔ)上新增毫米波雷達(dá)，通過邊緣計(jì)算單元與AI算法，進(jìn)行雷視融合深度賦能，實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)外的全面、精準(zhǔn)感知。毫米波雷達(dá)可以更為有效的對(duì)道路上的車輛等進(jìn)行實(shí)時(shí)的探測(cè)和預(yù)警，適合于隧道運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)應(yīng)用。
邊緣計(jì)算單元。邊緣計(jì)算單元（MEC）具有多源融合感知功能，可將毫米波雷達(dá)與視頻（定焦、云臺(tái)）等多源數(shù)據(jù)融合提供的車輛類型識(shí)別按照車型進(jìn)行分類識(shí)別，多源融合感知單車拋錨、壓線行駛、逆行、行人/非機(jī)動(dòng)車闖入、占用應(yīng)急車道行駛、擁堵、交通事故等交通事件。
針對(duì)其余普通路段，則將已有攝像頭接入智能AI視頻服務(wù)器，進(jìn)行AI視頻賦能，將感知結(jié)果、分析結(jié)論具體應(yīng)用落實(shí)到交通流全時(shí)空運(yùn)行態(tài)勢(shì)及作業(yè)安全分析的管養(yǎng)實(shí)際作業(yè)中。
交通增強(qiáng)感知及AI賦能系統(tǒng)設(shè)備安裝示意圖
2.3.3 交通增強(qiáng)感知及AI賦能系統(tǒng)應(yīng)用情況
目前已在北橫西段下層重點(diǎn)路段，增設(shè)部署毫米波雷達(dá)，邊緣計(jì)算單元（MEC），接入已有視頻，進(jìn)行雷視融合深度賦能，提升了對(duì)隧道內(nèi)交通狀況的感知。
事件檢測(cè)。該系統(tǒng)的事件檢測(cè)功能配合超高治理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)下層車道的智慧賦能，實(shí)現(xiàn)了交通流全時(shí)空運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知。事件檢測(cè)平臺(tái)將各類事件在第一時(shí)間對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行語(yǔ)音和彈框提示，同時(shí)提供圖片和視頻，縮短了現(xiàn)場(chǎng)定位的時(shí)間，事件處置效率提高約15%。
數(shù)字仿真。該系統(tǒng)還運(yùn)用在了數(shù)字孿生的三維模型上，通過雷視融合技術(shù)仿真出當(dāng)前車輛軌跡，并可以根據(jù)車牌切換至任一車輛的第一視角進(jìn)行漫游，如果有需關(guān)注的車輛駛?cè)氡睓M通道，可以通過該功能并結(jié)合綜合監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)該車輛進(jìn)行持續(xù)關(guān)注。
2.4
法寶四：更“安心”的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
2.4.1 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需求分析
結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在城市基礎(chǔ)設(shè)施管理中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)、持續(xù)的監(jiān)測(cè)和評(píng)估，提高對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的感知和預(yù)警能力，為隧道工程的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)提供堅(jiān)實(shí)周全的技術(shù)保障。
2.4.2 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置
（1）超大直徑盾構(gòu)近距離多次穿越地鐵線
（2）9處隧道急曲線段
（3）工作井與盾構(gòu)段交界處
（4）盾構(gòu)段穿越蘇州河處
2.4.3 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用情況
隧道數(shù)字化運(yùn)維管理平臺(tái)中接入了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，管理人員可以隨時(shí)查看、調(diào)取結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的當(dāng)下或歷史數(shù)據(jù)，并進(jìn)行橫縱向?qū)Ρ确治?。同時(shí)，平臺(tái)植入數(shù)據(jù)處理算法，可以實(shí)現(xiàn)噪聲數(shù)據(jù)自動(dòng)化清洗，保證數(shù)據(jù)真實(shí)客觀；對(duì)于結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)，平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，并生成工單，通知管理人員及時(shí)采取措施。
結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以讓運(yùn)維人員實(shí)時(shí)掌握設(shè)施狀況，關(guān)注重點(diǎn)區(qū)域變化，彌補(bǔ)了人工按季度檢測(cè)結(jié)構(gòu)性能的滯后性，保證了北橫通道的設(shè)施安全受控。通過自動(dòng)報(bào)警、工單派發(fā)，依托平臺(tái)實(shí)現(xiàn)高效聯(lián)動(dòng)，充分發(fā)揮監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)價(jià)值。
2.5
法寶五：更“綠色”的能耗管理系統(tǒng)
2.5.1 能耗管理系統(tǒng)需求分析
為了響應(yīng)雙碳目標(biāo)，既要在發(fā)展中實(shí)現(xiàn)減碳，也要在減碳中實(shí)現(xiàn)更好發(fā)展。隧道管理開始聚焦能耗分析，從用電量合理性和用電均衡性兩個(gè)維度，研究不同因素對(duì)隧道用電能耗的影響，建立合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)閾值，對(duì)隧道用電能耗進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
2.5.2 能耗管理系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)
（1）能耗評(píng)價(jià)模型
通過基于現(xiàn)狀電費(fèi)的規(guī)律分析，結(jié)合分時(shí)段和分系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，將隧道所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)級(jí)分析，總結(jié)出可以實(shí)施的電耗評(píng)價(jià)模型。通過數(shù)據(jù)整理和因素分析得到隧道總用電能耗特點(diǎn)，建立合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)閾值，形成相應(yīng)評(píng)價(jià)模型。
綜合考慮用電量合理性和用電均衡性，建立用電能耗綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。用電合理性反映的隧道電能消耗的情況，用電均衡性反映的是用電管理行為，基于這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行能耗綜合評(píng)價(jià)，并將年度得分均值劃分為五個(gè)等級(jí)（等級(jí)為“一級(jí)”代表得分越高，越節(jié)能）。
（2）優(yōu)化策略推薦及策略集群庫(kù)的搭建
根據(jù)隧道能耗評(píng)價(jià)模型得到能耗總體得分低于二級(jí)的隧道給予節(jié)能提醒和優(yōu)化策略的推薦。項(xiàng)目可依據(jù)所推薦的策略參考實(shí)施，并組織檢查、摸排設(shè)備運(yùn)行情況，進(jìn)行分系統(tǒng)分析。根據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)維管理需求，通過技術(shù)節(jié)能、管理節(jié)能、政策節(jié)能等多維度開展節(jié)能舉措探索，對(duì)有改進(jìn)空間的設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。
2.5.3 能耗管理系統(tǒng)應(yīng)用情況
“能耗評(píng)價(jià)模型”、“節(jié)能優(yōu)化策略判定推薦”和“優(yōu)化策略集群庫(kù)”以數(shù)字化運(yùn)維管理平臺(tái)為載體，通過城市隧道用電設(shè)備電耗采集系統(tǒng)和各隧道的電費(fèi)賬單信息對(duì)每月城市隧道的關(guān)鍵能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，將記錄結(jié)果進(jìn)行分析匯總，可以宏觀把握所有隧道的整體能耗情況，也可以對(duì)單條隧道的用電能耗狀況進(jìn)行橫向縱向?qū)Ρ取?/p>
在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步下探用電能耗高的機(jī)電設(shè)備，針對(duì)隧道總用電能耗不合理不均衡和分系統(tǒng)用電過高的情況，提出相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)優(yōu)化管理策略，達(dá)到降低用電能耗和節(jié)約電費(fèi)的目的。
城市隧道能耗數(shù)字化管理平臺(tái)
03
打磨數(shù)字利器
助力城市蝶變發(fā)展
在北橫通道西段智慧化提升項(xiàng)目中，隧道股份城市運(yùn)營(yíng)通過數(shù)字化平臺(tái)的搭建和各種新技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)隧道內(nèi)各設(shè)施、設(shè)備及運(yùn)營(yíng)安全進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)、管理、應(yīng)用覆蓋，擴(kuò)大了對(duì)隧道設(shè)施設(shè)備、交通運(yùn)行狀態(tài)的感知范圍，提高了運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)管理水平和管理能力、縮短應(yīng)對(duì)突發(fā)事件或故障的反應(yīng)時(shí)間，減輕了交通事件所帶來的損失。這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用與數(shù)字化運(yùn)維平臺(tái)相結(jié)合，全方位打通數(shù)據(jù)流通節(jié)點(diǎn)，提高數(shù)據(jù)賦能和掌控能力。
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