数字孪生技术打造城市地下智慧管廊

李雪冰,李濠羽,杨寅,易傲冰,冉合欢,徐海鹰, 张捷通讯作者

重庆安驰电力工程有限公司 重庆市400015

北京启京科技有限公司   北京 101111

国网重庆市电力公司   重庆市400010

摘要：本论文研究了数字孪生技术在地下智慧管廊建设中的应用。首先，文章介绍了数字孪生的概念及其意义。随后，论文详细阐述了数字孪生在地下智慧管廊建设的不同阶段的应用，包括设计阶段、施工阶段和运营阶段。在设计阶段，数字孪生技术可以通过可视化的方式帮助设计师进行模拟、优化设计，提高设计的准确性和可靠性；在施工阶段，数字孪生能够帮助施工人员进行协同作业，提升施工效率和安全性；在运营阶段，数字孪生可以通过实时监测管廊设备和管道的状态，提高运营的效率和管理水平。希望本文能为数字孪生技术在城市地下智慧管廊方面的应用提供有益的参考。

关键词：数字孪生技术；地下管廊；智慧管廊

一、研究背景

城市地下综合管廊是城市基础设施建设的重要组成部分，数字孪生技术的应用可以提升其安全性、可靠性和运营效率，减少损失和浪费，同时也可以为城市的可持续发展提供更好的保障。因此，研究数字孪生技术在城市地下智慧管廊中的应用，具有重要的经济和社会意义。

二、数字孪生的概念

数字孪生是指将实物世界和数字世界进行对应、呈现和交互的技术和方法。具体来说，数字孪生是通过对现实世界进行数字化建模，获取其真实属性和状态，进而建立基于物理模型的实物和数字化模型双胞胎，并在其中融合各种传感、算法、模拟和分析等技术，以实现对真实世界的实时监测、模拟、分析和预测。

数字孪生的基本思想是“先建模、后分析”，即基于建模的数字孪生技术可以提供实时的物理仿真和数据分析，使用户能够更准确地建立模型、更快地预测变化、更快地分析数据。数字孪生技术已在在工业制造、智能交通、智慧城市、医疗健康、环境保护等多个领域中得到应用，为传统行业的数字化转型和提升提供了有力的技术支撑。

总体上，数字孪生是一种基于数字技术的模拟和分析技术，其核心思想是让现实世界和数字世界实现互通和交互，以提升现实世界的智能化和数字化水平。

三、数字孪生在地下智慧管廊建设中的应用

1、设计阶段

数字孪生技术可以通过对建筑信息建模（BIM）和地理信息系统（GIS）的融合，提供全方位的三维视图和数据支持。在设计阶段，设计师可以使用数字孪生技术进行各种模拟和分析，从而预测管道系统的响应。

此外，数字孪生技术还可以帮助设计师更好地理解地下环境，并且考虑如何解决它。数字孪生技术可以将地下智慧管廊的设计模型可视化，供设计者、建筑师和业主进行更直观的沟通和调整。使用数字孪生技术可以实现在一个系统中管理设计模型，使得设计者可以很简便地协作和联调各个设计模型，同时还能够创建时序分析，模拟管道系统在其整个生命周期内的运行。在设计阶段，数字孪生技术可以帮助设计者进行虚拟试验，从而避免实际建造过程中的削弱和破坏。通过数字孪生技术，设计者可以在虚拟世界中尝试新的设计，进行模拟运行并进行排布，从而大大提高管道系统最终完成的质量。利用数字孪生技术的建模和模拟功能，设计人员可以更好地分析所有管道系统的排布，从而减少建造管道过程中不必要的碰撞和错误；他们也可更清晰地检查和了解管道系统中的所有相关变化，同时，物理模拟可以帮助设计者模拟管理监测设备的控制逻辑或操作程式，以更好地预测管道系统在使用时可能发生的问题，以便确定运作更理想的、更安全的管道系统。

2. 施工阶段

数字孪生技术是集合现代信息技术和工程运营管理手段的全新工具，有助于在地下智慧管廊建设过程中大大提高工程质量和效率。在地下智慧管廊施工阶段，数字孪生技术也可以被应用于以下方面：

一是虚拟现实指导施工。如利用BIM等技术进行虚拟现实体验，施工人员可以在操作前先通过模拟设备进行模拟实训，从而大大降低失误率，为实现高质量施工提供有力保障。同时虚拟现实也可以直观展示施工的所有流程，更好地指导工作者操作，减少误差。

二是辅助施工管理。基于BIM的5D技术可以实时跟踪施工过程中各项指标的变化，包括施工质量、施工进度和工程风险等，及时反馈并修正对应问题，最终确保地下智慧管廊建设的顺利完成。此外还可用智能实测工具进行严密数据的采集和分析，及时发现异常地质变化和隐患，以便及时调整、采取合理的技术措施等。

三是进行远程集成控制。数字孪生技术可以实现基于远程集成集群的智能控制，在施工过程中，施工现场、环境监测、设备等元数据都会被收集，通过数字孪生技术实现远程协同操作，以便更好地掌握施工进度和施工质量。它不仅可以通过控制系统和人员的智能集成，实现设备自动控制调节等功能，而且可以通过物联网、互联网等技术从监控设备（如相机、激光雷达）获取景象图像，提供更高效和更精确的施工协助。

四是可利用互联网平台和大数据技术提高现场安全控制水平。依托互联网和大数据，数字孪生技术可以提供现场安全监控和风险评估服务。根据数据分析结果，监测施工现场的各种状态和动态，推导出施工现场上可能出现的各种风险事件，实现预警和预防，提高现场安全系数。

从这些方面看，数字孪生技术在地下智慧管廊施工阶段的应用可以为地下智慧管廊建设提供更加高效和真实的管理服务，减少施工风险和成本，提高工程建设质量，保证工程项目的顺利完成。

3. 运营阶段

数字孪生技术可以帮助管道系统的运营维护人员更好地掌握管道的状态，及时发现管道系统的问题，并对其进行有效的维修和保养。例如，管道系统的数据可以通过数字孪生技术进行集成和管理，包括地下水位、土壤条件、温度、湿度、腐蚀等，使管道运营人员能够动态地了解管道的情况。

此外，数字孪生技术还可以实现管道设施的远程监测，并在发现问题或预警时自动生成报警通知，从而使管道运营人员能够及时采取相应的措施，避免系统出现严重的故障。

在运营管理阶段，数字孪生技术可以有效地帮助管理人员进行应急管理。管理人员可以通过实时的管道运行数据和预警监测，快速高效地处理系统中存在的问题，及时排除隐患。例如，地下水位超过警戒值时，数字孪生技术可以提供更准确、更直观的数据并在系统上发出警报，方便应急服务人员较快地进行应急处理问题。

除此之外，数字孪生技术可以通过数字双胞胎管理建设管道的全生命周期，降低管道系统运营成本，增强管道系统的稳定性和安全性。

四、结语

通过本文，我们可以了解到数字孪生技术在地下智慧管廊建设中的应用和优势。数字孪生技术是一种将物理世界数字化的技术，能够实时监测管道运行状态，并模拟管道运行情况。数字孪生技术可以应用于地下管廊的设计、施工和运营阶段。在设计阶段，数字孪生技术可以通过建立模型来进行管道设计和评估，模拟管道运行情况，减少设计错误和减小工程风险。在施工阶段，数字孪生技术可以进行施工监控，实时记录施工过程中的变化，提供管道质量控制。在运营阶段，数字孪生技术可以实时监测管道运行状态、预判管道故障、进行管道维修和保养，提高管道的运行效率和安全性。通过数字孪生技术，地下智慧管廊建设具有了更高的效率和精度，为城市基础设施的建设提供了强有力的技术支持。随着数字孪生技术的不断发展和应用，我们相信地下智慧管廊建设将会更加智能化、高效化，并为城市的可持续发展打下坚实的基础。

参考文献

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