数字孪生+智慧线系统在机场管廊中的应用

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2024.4
刘剑顺
（中铁建设集团有限公司 北京 100040）
摘 要：在国家大力推动基础设施建设数字化转型的背景下，鄂州机场工程通过延展工程实施过程中全周期BIM信息化模型成果，转化为数字孪生产品与能源管理平台进行挂接，实现数字化运维。

智慧线系统在管廊中的应用，与数字孪生技术相互加成，进一步提升运维的可视化。

该工程数字孪生及智慧线系统的应用，为后续相关基础设施数字化建设和运维提供参考。

关键词：数字孪生 智慧线系统 管廊 数字化运维
中图分类号：TU745.5 文献标识码：B 文章编号：1002-3607（2024）04-0069-03
数字孪生+智慧线系统在机场管廊中的应用
近年来，国家大力推动基础设施建设数字化转型，2021年10月交通部印发《数字交通“十四五”发展规划》并抄送国家铁路局、民航局以及部属各单位等相关部门及单位进行贯彻执行。

数字孪生技术从设计阶段至竣工阶段采用全周期BIM技术，通过施工阶段严格把控模型质量，保证模型与现场实施的一致性，并在竣工阶段进一步完善模型运维数据，最终将经轻量化后的模型成果延展至核心运维模型，实现数字化运维[1]。

1 工程概况
湖北鄂州民用机场性质为货运枢纽、客运支线机场，开展数字化建造，实现机场硬件设施数字化，最终在竣工时完成工程实体与数字模型的同时交付，为机场智慧化运营提供基础数据支撑。

工程地上单体包含航站楼、办公楼、宿舍楼等功能及配套建筑，地下管廊为普通明挖管廊，全长4.9km，结构形式为箱体结构，分为电力舱和综合舱。

工程采用“BIM+智慧工地”的设计施工管理模式，为竣工后的智慧运维打下基础。

2 数字孪生+智慧线系统典型应用
2.1 数字孪生运维模型的实现
数字孪生技术主要是将现实实体映射至物理模型，并将需要使用的数据参数进行录入，在模型中映射。

不同的使用环境下所实现的功能各有差异，其共有特点在
于通过数字孪生技术，直观反映实体变化过程，提升对实物的运维和管理质量。

2.1.1 基础模型
数字孪生的模型与运维平台挂接实现可视化管理，须保证模型体量足够小，避免加载模型卡顿。

因此，需将BIM竣工模型进行完整信息录入后，在模型固化的基础上，根据工程项目竣工验收要求，通过添加、修改相关模型构件或信息创建，达到能够反映竣工工程实体的物理信息模型，并对其进行全构件编码，最后对模型进行轻量化处理，达到数字孪生运维模型的需求。

PLC控制柜构件族部分模型属性信息见表1。

表1 PLC控制柜构件族部分模型属性信息
单项工程新建湖北鄂州民用机场工程单位工程航站楼及楼前停车场
阶段施工准备分部工程建筑设备监控系统
子分部工程机柜安装
构件类型400×800×1500-建筑设备监控系统
专业智能化子专业电子设备系统二级子专业建筑设备监控系统
构件类别设备构件子类别PLC控制柜……
……
2.1.2 模型编码
根据本工程BIM实施技术标准，任何单体模型中的任意模型构件，通过项目管理属性、设计（施工）管理
ANZHUANG
2024年第4期
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线视频通信系统，是一个综合性较强的系统，可提供无线网络覆盖、入侵报警、人员定位、无线语音通信、无线视频通信、在线式电子巡查等服务，综合信息控制器通过光纤环网将数据传输至地面综合管廊监控中心。

智慧线系统概念示意图见图1。

2.2.2 系统框架
智慧线系统由管理层、核心层、汇聚层、接入层和终端层组成。

管理层包括API网关、软件（OM）和监控显示终端。

管理层对上提供数据接口，方便统一管理平台集成；核心层包括网络控制、软件等各类服务器，处理入侵信号、定位数据以及相关语音功能；汇聚层主要为普通和有防爆需求的综合控制器；接入层包括智慧线无线子网接入和WiFi无线子网接入，智慧线无线子网包括智慧线基站、扩展基站和末端器，负责建立微波阵列，采集入侵传感和定位原始数据，语音数据转发。

WiFi无线子网由综合控制器和WiFi覆盖天线组成，负责WiFi设备接入和数据传输；终端层为智能手机、窄边无线通信模块和标签卡，实现定位、通信以及紧急求助等。

系统框架示意图见图2。

表2 模型构件编码表示例
代码项目管理属性
设计(施工)管理属性构件管理属性构件属性类别工程(项目)单项工程单位工程子单位工程
阶段专业子专业二级子专业
构件类别构件子类别构件类型构件实例位数xx xx xx xx xx xx xx xx xx xxxx xxxx xxxxxx 范围01~9901~9901~9901~9901~9901~9901~9901~9901~990001~99990001~9999000001~999999
示意01
02
04
03
03
02
06
01
01
0001
0001
000001
示例01.02.04.03_03.02.06.01_01.0001.0001_000001
示例说明
湖北国际物流核心枢纽项目.新建湖北鄂州民用机场工程.助航灯光工程.1#灯光站工程及地面服务部业务用房_施工图设计阶段.建筑.门窗工程.门_木门.单扇木门.M0921_1
属性、构件管理属性及构件实例属性，通过相关软件插件对通过审核并固化的模型进行编码处理，使模型中每一个构件最终生成唯一的12位构件编码，且后续可
以进行数据导出，用数字孪生模型进行识别。

模型构件编码表示例见表2[2]。

图1 智慧线系统概念示意图
2.1.3 模型审核
模型审核除本身模型所体现的可指导施工的方案外，模型上传施工管理平台后，由设计、咨询、监理、造价等单位对模型的精度、标准和计量进行深度审核，各单位主体充分融入BIM实施管理中，使模型质量进一步提高。

2.1.4 模型轻量化
施工过程中的信息化模型涉及大量专业及系统，在完善至竣工模型后，各施工标段提供最终模型成果体量极大，无法直接作为数字孪生的基础模型使用。

基于竣工阶段的最终模型成果进行模型轻量化处理，压缩模型至几十分之一的同时，收集其运维参数及几何参数，从而达到数字孪生模型所需的效果，实现建筑信息模型至数字孪生运维模型的转化。

2.2 智慧线系统应用2.2.1 智慧线系统概念
智慧线系统主要满足无线宽带、精确定位、移动通信与入侵报警四大基础功能，并涵盖智能在线巡检、区域管理、人员管理、安防系统联动、环境监测等功能应用。

智慧线系统包含了电子巡更系统、人员定位系统、人员入侵系统、无线语音通信系统、无线AC系统等。

无
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2.2.3 核心设备技术原理
智慧线是通过在通信电缆中密集植入微基站，将基带处理单元、射频单元、天馈系统以及传输线、电源线等汇集到一条线缆内，其外观与普通线缆相似，智慧线系统因此得名。

终端采集的数据通过无线空中接口接入到智慧线网络中，进而承载语音、数据、定位的业务。

综合控制器提供物联网通信平台接入功能，并提供全覆盖的稳定低功耗物联网数据传输通道，同时提供双向语音通信以及高精度的精确定位功能和防入侵微波阵列信息的收集功能。

2.2.4 综合管廊中的应用
系统的核心设备为综合控制器及智慧线，综合控制器安装于综合管廊两个防火分区之间的弱电小室内，通过连接2根智慧线，同时覆盖2个防火分区，形成2M的工业物联网无线通信平台。

综合控制器可接出2台定向天线，对2个防火分区进行300M宽带覆盖。

对于设备间、通风口、下料仓等特殊位置会影响其信号覆盖的地方，且有“入侵检测”的需求时，利用扩展基站实现上述场所的无线覆盖和安全防护的功能。

智慧线系统的应用，使安防通信等多系统一次建设完成，规划部署及建设均简单化，便于整体系统的集成，避免了不必要的重复建设，节约了综合成本。

2.3 数字孪生与智慧线系统的结合
工程实现数字孪生基础后，与综合运维管理平台各系统进行挂接，使数字孪生技术进一步充实，数字化运维管
理得以落地。

数字孪生技术与智慧线系统的结合，在运维过程中，通过防爆手机、标签卡等末端的信息监控和采集设备，将数据经智慧线接收和传输，由综合控制器并入综合管廊环网，最终反映到监控终端及综合控制平台，并在数字孪生模型中予以可视化
展现，将综合管廊内智慧线
系统下的巡
图2 系统框架示意图
检、通信、定位、安防入侵等信息体现在运维管理平台中的数字孪生模型当中，使智慧线系统相关功能更加可视化和直观化，实现BIM+智慧工地到数字孪生+智慧运维的转变。

3 结语
数字孪生可视化运维，实现运维的可视化和数字化。

对于大型基础设施建筑工程，建设阶段的BIM信息化模型转化为数字孪生模型并应用于后期数字化运维，前景广阔，提升了施工阶段的BIM应用价值，降低了数字孪生的模型成本及时间周期，提高了能源管理效率。

智慧线系统在机场综合管廊中的应用，将无线网络覆盖、电子巡检、人员定位、入侵报警、无线语音及视频通信等诸多功能和系统整合集成至综合运维管理平台，辅以数字孪生的特点，使后期运维质量提升一个层级。

数字孪生技术+智慧线系统在综合管廊中的应用，其实现过程对其他工程具有一定的参考价值。

参考文献：
[1] 中国信息通信研究院.工业数字孪生白皮书2021[R].芜湖：第三届中国互联网大赛，2021.
[2] 湖北国际物流机场有限公司.鄂州机场施工阶段工程信息模型技术实施要 求[Z].。