2.1 城市综合管廊智慧运维理论概述

根据服务对象和地域范围，可以把基础设施分为国民经济基础设施、城市基础设施和农村基础设施，前者服务对象是整个国民经济，后两者服务对象是城市和农村的生产和生活，两者相互衔接，相辅相成。城市基础设施只包括市政公用设施及城市供电、交通、货运、邮政电信、防灾等分布于城市并直接为城市生产与生活服务的基础设施，它是既为物质生产又为人民生活提供一般条件的公共设施，也是城市赖以生存和发展的基础。城市综合管廊包括市政公用设施、城市供电、电信等基础设施，它是城市基础设施重要的组成部分。因此，城市基础设施管理理论构成了城市综合管廊智慧运维理论的基础。

城市基础设施管理理论包括城市基础设施的概念、内容、特点、性质、作用、管理原则与方法、金融及经营体制等，涉及城市基础设施与城市经济、社会发展之间的关系。城市综合管廊关系到“城市生命线”安全，因而，可靠与安全是城市综合管廊运维的主要目标。信息技术的进步，带来了智能机器人、人工智能、大数据等先进的技术手段，使得设施管理向着更加省力、高效和安全的方向发展，这引发了设施管理领域的技术革命，也带来了城市综合管廊运维技术的进步，构成了城市综合管廊智慧运维技术理论的重要基础。

2.1.1 城市综合管廊概念和主要内容

城市综合管廊的概念在很长一段时间存在混乱，特别是不同国家对综合管廊的称呼不一，尚无统一的名称。美国、加拿大称为pipe gallery或public utility conduit，英国称为mixed services subways，法国称为technical gallery，德国称为collecting channels，日本称为共同沟（英译为common conduit）。在20世纪90年代至21世纪初，国内也将城市综合管廊称作多功能隧道（multi-purpose tunnel）、综合管道、地下管线、综合廊道（utility tunnel）等，通常是指埋设于道路下，用于容纳两种以上公用设施管线的构筑物及其附属设备。目前的称呼主要有城市综合管廊、城市地下综合管廊、综合管廊、地下管廊等，地下共同沟的名称也依然在使用，但以综合管廊称谓为主，这主要得益于综合管廊相关国家标准的出台。《城市综合管廊工程技术规范》（GB 50838—2015）给出的综合管廊术语定义为“建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施”。

从基础设施的角度来说，城市综合管廊显然属于城市基础设施。它包括市政公用设施、城市供电、城市通信等为城市生产与生活服务的基础设施，也是为社会生产和再生产提供一般条件的公共设施。因此，从这个角度来看，城市综合管廊关系到城市各行各业与千家万户，它涵盖了城市人民生产生活密切相关的水、电、气等城市“生命线”，是城市基础设施重要组成部分。从“狭义”的角度来定义城市综合管廊，城市综合管廊就是一种建于城市地下用于容纳城市工程管线的城市基础设施，这与目前相关国家标准中综合管廊的术语定义基本一致。从“广义”的角度来说，城市综合管廊不仅包括实体的构筑物及附属设施，还包括围绕城市综合管廊建设、运营技术及管理的部门等无形资产。

与城市基础设施一样，城市综合管廊的内容范围不是一成不变的，也是社会化生产和专业化协作发展的产物。随着城市基础设施的发展，经济与技术的进步以及社会生活需要的增长，城市综合管廊内容范围也是不断扩展和变化的。对于某个具体的城市综合管廊的内容范围，指的是一定发展阶段的城市综合管廊内容和范围。这就要求城市综合管廊的发展具有规划性。不同地域和发展程度的城市综合管廊内容范围可能存在较大差异。例如城市集中供热、燃气等管线，电信等公用设施发展的历史就不长，即使相同历史阶段，不同的地域发展程度也不同。

目前，我国城市综合管廊主要包括三个方面：

1）水资源及供水、排水系统。包括自来水、雨水、污水等管线设施。

2）能源动力系统。包括电力、燃气和集中供热管线设施。

3）通信系统。包括电信、移动等通信电缆设施。

由于水资源及供水、排水系统属于城市公用设施是地方性的，由城市政府组织和归口管理，而能源动力系统及通信系统是非地方性的，不由城市政府组织和归口管理。它们在行政、计划、资金等安排上不同，前者主要由城市政府负责，后者由企业相关部门负责（通常为中央企业管理）。由于这种归口管理的差异，也导致了城市综合管廊在规划、建设、运营等方面需要多方协调，容易造成规划、权责等方面的混乱，在一定程度上代表着一个城市和国家建设部门的管理能力和水平。

2.1.2 城市综合管廊特点与作用

城市综合管廊和任何事物一样，都有其自身运行的规律，这种规律反映出城市综合管廊所具有的特点。只有认识这些特点，才能掌握它的运行规律，才能科学地进行规划和管理，从而保证它的健康发展。城市综合管廊具有城市基础设施的一些特点，这些特点如下：

1.城市综合管廊是一个相对独立的大系统。城市综合管廊包括独立的部门和行业，但它们不是彼此孤立的，也不是简单地相加组合。城市综合管廊正发展成为城市正常生产和生活不可缺少的一般条件，承载城市经济与人民生活的支撑系统，这就要求城市综合管廊应与城市的发展保持协调。城市综合管廊是从劳动资料中分化出来的生产力因素，而生产力本身就是一个大系统。它作为市政公用设施、能源、通信的输送和安全保障系统，彼此之间有共同的属性和紧密的联系，与其他城市基础设施之间需要相互适应和配合。城市综合管廊与城市经济、社会发展以及其他城市基础设施的这种有机结合和联系，使它本身成为一个相对独立的大系统。

2.城市综合管廊是提供社会化服务的公共设施。城市综合管廊服务的对象不是特定的或个别的企业、单位、家庭和个人，它是面向整个城市的、社会化的公共设施，是城市各行各业、千家万户共同使用的。作为社会化的公共设施这一特点，也就要求城市综合管廊具有一定的公开性，不允许被少数单位控制和独占。

3.城市综合管廊兼有为生产和生活服务的职能，不仅产生经济效益，而且还产生环境效益和社会效益。城市综合管廊通过内部的管线为城市提供生产和生活服务，这些生产和生活服务既是城市各行各业生产所不可缺少的，又是城市居民生活所不可缺少的。它通过为内部管线单位提供服务，不仅产生直接的经济效益，还产生间接的经济效益。由于城市综合管廊的建设，改善了管道运行环境，降低了运维成本，从而提高了经济效益。这种间接的经济效益会远远高于它的直接经济效益。因此评价城市综合管廊的经济效益的主要着眼点应该是它产生和带来的间接经济效益。此外，城市综合管廊可以解决“马路拉链”、架空线路以及路面反复开挖造成的城市环境和道路交通公共安全问题。这给城市带来了显著的社会效益。

4.城市综合管廊需要适当超前和留有余量。城市综合管廊工程规模大，施工周期长，属于地下工程，需要提前安排。然而，城市的生产和人口一般都是逐步增长，而城市综合管廊及其相关的管线设施具有一定的规模效应，按照一定的等级跳跃发展。部分老城区由于工程难度大，拆迁费用昂贵，还可能影响管线的正常运转。因此，城市综合管廊不仅要在时序上超前，而且要在设计容量上超前，这样才能保证它与城市其他建设的同步协调发展。

5.城市综合管廊管理上的特殊性。城市综合管廊是社会化的公共设施，关系到各行各业的生产和千家万户的生活，关系到整个城市的布局和发展方向。它的投资大，资金回收缓慢。因此，在城市综合管廊的经营上，需要加强管理，避免浪费性竞争，不能完全依赖市场机制。政府部门应在行政、经济、法规方面实施必要的统一管理，尽可能避免在同一地区范围内重复建立和经营同类项目。

城市综合管廊是一种比较先进的城市基础设施，它在城市的发展中作用是多方面的，主要体现在如下几点：

1.城市综合管廊是现代城市可持续发展的重要前提和基础。城市的发展是建立在城市“生命线”工程基础上的。传统的“生命线”工程建设和运营模式，带来了管线反复开挖，容易引发事故以及“马路拉链”等城市病，已经很难满足城市可持续发展。城市综合管廊不仅能够确保“生命线”工程的安全，而且减少了土地的需求，能够为城市发展释放一定的空间。例如，传统的城市高压输电线工程占据了大量城市用地，城市综合管廊可以将这些高压线布置在较深的隧道中，不仅有利于检测维修，也释放了大量城市用地，为城市发展提供空间。同时，城市综合管廊通过各种市政管线为城市提供生产和生活的基本资料要素，是现代城市发展的重要基础。

2.城市综合管廊是现代城市经济与社会发展的支撑系统和承载体，推动了分工和协作的发展，是提高城市经济效益的重要因素。由于城市综合管廊是现代城市可持续发展的重要手段，因此，现代城市的建设一般都会把城市综合管廊作为城市“生命线”工程的重要部分，并先行规划和建设，尤其是在我国一些城市的新型经济开发区，如北京的雄安新区，它承载了现代城市建设的重要内容，推动着现代城市经济和社会的不断发展。城市综合管廊把各种管线集中在一起进行管理，在一定程度上体现了社会分工和协调的进步，解决了为城市提供水、电、煤、气等生产单位在管线运维方面的难点，有利于各生产单位集中力量从事和完成自己的基本职能和提高劳动生产率。从整体来看，城市综合管廊有利于资源的充分利用，从而带来显著的宏观经济效益。

3.城市综合管廊有利于发挥城市中心作用和改善城市环境质量，保障城市公共安全。城市综合管廊为城市经济与社会发展提供基础的生产与生活资料保障服务，并将提供这些资料的各种管线集中布置和管理，有利于城市中心作用的发挥，代表着城市基础设施的发展水平。城市综合管廊在国内城市的建设主要集中在经济较发达的城市新区或中心，这种集约式的发展方式就是为了增强城市的经济辐射面和吸引力，吸引社会资本的加入，有利于增加公共产品有效投资、拉动社会资本投入、打造经济发展新动力。此外，城市综合管廊不仅向城市提供能源和用水服务，而且管线的集中布置和管理减少了传统管线反复开挖导致的城市“马路拉链”等交通拥堵现象，可以避免蜘蛛网式的架空线路，有利于完善城市功能、美化城市景观、促进城市集约高效和转型发展，有利于提高城市综合承载能力和城镇化发展质量。由于管线运营环境得到极大的改善，监测和维护更加容易，这不仅延长了管线使用寿命，也能极大地保障管线安全，预防管线事故，保障城市生产和人民生命财产安全。

2.1.3 城市综合管廊管理原则和方法

城市综合管廊的管理原则应建立在一定的科学依据基础上，它是城市综合管廊管理工作的基础。只有按照这些基本原则才能有效地发挥城市综合管廊在城市经济和社会发展中的作用。根据城市基础设施管理的基本原则，城市综合管廊的管理也应遵循如下基本原则：

1）经济效益、社会效益和环境效益的统一。

2）供需综合平衡与协调发展。

3）统一规划、建设和管理。

4）加强安全生产，不断提高服务质量。

城市综合管廊的管理方法包括行政手段、经济手段和法制手段。

行政手段主要体现在各级政府及所属部门，依靠行政组织、运用行政手段，按照行政方式来组织、管理、监督城市综合管廊部门的经济活动，包括研究制定发展城市综合管廊的具体方针政策、规划和法规，进行行政管理的组织与协调和监督。典型的行政手段包括国家或地方标准和各种规章、制度与决议。

经济手段是指各级政府和有关部门根据客观经济规律，运用经济手段来管理城市综合管廊，包括范围很广，典型的方法是政府部门和经济组织制定经济计划，实行经济核算制和经济责任制，规定和缔结经济合同以及税收、价格、信贷、利率、资金、财政补贴、贴息、罚款等经济杠杆，核心是通过物质利益解决政府、企业等各种经济关系。

法制手段是指通过立法建立法律、法令、条例等一系列法规，并通过司法工作，规定经营者和用户在城市综合管廊运行和使用过程中的权利和义务，以及违反规定所要承担的法律责任。运用法律手段是由于城市综合管廊具有很强的社会性和公共性，涉及城市各行各业的生产和千家万户的生活。城市综合管廊只有加强安全生产和不间断地运行，才能提供“按时按质”的保障供应。

2.1.4 城市综合管廊智慧运维技术体系

与“人工智能”的定义一样，智慧运维也没有统一的定义。国内外主要是针对某一项技术（如BIM技术）在综合管廊运维管理中进行研究，且运维管理方面的技术研究非常滞后，缺乏对城市综合管廊智慧运维技术的整体分析与研究，还没有形成一套完整的、较成熟的智慧运维技术体系。从城市综合管廊智慧运维管理要实现的功能角度分析，智慧运维即是能实现精准维修、运行安全保障、监测预警减灾、日常物业管理、应急处置等功能的集成智能化运维管理。有学者把智慧管廊管理定义为以各类智能化监控设备为基础，数据融合分析应用为手段，利用计算机信息技术、网络通信技术、自动化控制技术、地理信息技术、大数据分析技术、智能传感、3S（GIS、GPS、RS）和三维建模等技术，实现对管廊廊体、管廊管线附属设施（消防系统、通风系统、排水系统、供配电系统、照明系统、安防系统、环境监控系统）进行实时监控、故障报警、统计分析，对管廊运营进行扁平化管理，实现管廊运营管理的数字化、智能化。它与城市综合管廊智慧运维的内涵是一致的，但是局限在了技术层面，缺乏经济与安全方面的平衡。

城市综合管廊智慧运维涵盖了城市综合管廊设施管理的技术要素，涉及全寿命周期设施管理、可靠性与安全评估、信息化技术等理论，通过信息化、智能化等先进的技术手段来增强设施管理人员的体能和智能，优化设施管理业务，从而提升城市综合管廊的运营管理水平，达到降低运营成本，保障安全的目的。与传统的运维技术体系不同，智慧运维是以信息技术为特征，以人工智能、机器人、大数据分析为主要表现形式，以全寿命周期安全运营为目标，代表当前最高技术水平的一种先进设施管理手段。

传统的运维方式重点关注设施的运行，是单纯以设施运行业务为核心开展的，其他业务更多以人工或者独立的系统开展。现场运行管理人员主要通过远程监控平台的监视器或者按钮指示灯等终端设备监控设施运行，大修施工、人员管理、合同商务等与运行非直接相关系统往往独立运行，系统之间的接口复杂，需要通过人员管理方式实现，增加了管理和业务的复杂度。智慧运维是在传统运维的方式基础上采用智能传感器、机器人、物联网、大数据以及人工智能等技术从信息流、业务流和全寿命周期方面构建集成度、智能化、经济性、安全性更高的运维管理体系，进一步降低现场人员劳动强度，将运行人员从复杂的脑力劳动中解放出来。智慧运维技术的先进水平体现在能在多大程度上解放人员劳动生产力水平，提升系统运行的经济性和安全性。它是传统运维方式由自动化向信息化和智能化发展的必然结果，也是信息技术发展到一定阶段在行业中应用的结果，是信息技术革命推动行业技术进步的具体体现，如图2-1所示。

可见，城市综合管廊智慧运维技术体系，不仅包括传统的运维技术体系，如传感、自动化、网络通信、远程监控、人机交互等，还具有较强的延展性，包括设施管理、经济学、管理学、大数据、机器人、物联网等跨领域学科。虽然城市综合管廊智慧运维技术体系范围广，但根本上是以设施管理、可靠与安全、信息技术理论为基础，其中设施管理是业务基础，可靠与安全是业务目标，信息技术是手段（图2-2），它是城市综合管廊智慧运维技术最本质的特点，包括人工智能、机器学习、大数据、智能机器人等技术。虽然机器人已发展为独立的学科，但是从信息技术的内涵来看，机器人技术是信息技术发展的必然产物。没有信息技术的进步，机器人智能化水平将停留在传统的自动化阶段，也无法替代人们完成复杂的任务。