1.1 国内外发展现状

1.1.1 国外发展现状

由于国外发达国家城市化进程较早，城市综合管廊建造历史悠久，且早期建造的城市综合管廊标准、结构、环境各异，使得城市综合管廊运维技术的发展呈现渐进特点。由于建设标准的不同，管廊运维环境的差异性使得开发低成本的机器人技术非常困难，机器人的应用主要集中在管道和地铁、公路隧道中，其中一个主要的原因是管道相对标准化，可以简化机器人的开发和应用成本，而地铁、公路隧道空间大，可以利用一些路面或轨道工具实现低成本的检测作业。例如，Seet G，Yeo S H，Law W C等人，针对地下排污管道，研制了一种轮式管道机器人，对新加坡大量排污管道进行检查，如图1-1所示；Montero R，Menendez E等人开发了一种地面轮式机器人ROBO-SPECT，它可以搭载3D视觉系统、激光、超声检测等多种检测设备，并且不影响交通，如图1-2所示；Jenkins M.D，Buggy T，Morison G等人则利用轨道式巡检车对伦敦地铁隧道进行了检测，如图1-3所示。

随着机器人技术的发展，以及管廊建造水平和城市管线的发展，国外的城市管廊由单一类型、复杂的管网，逐渐向多种类、大类型综合管廊发展，为各种信息化的监控和机器人技术发展应用奠定了基础。目前，国外城市综合管廊比较重视信息化和自动化技术应用，重点围绕设施监测评估、人员安全防范等方面，采用了一些自动监控系统和一些辅助工具与低成本巡检机器人，并逐渐向智能化方向发展。例如，2015年，Stent S A I，Girerd C，Long P J G等人利用轨道，研制了一种低成本的吊轨式机器人，如图1-4所示；Kang Jin A等人提出通过安装监控设备和处理闭路电视（Closed Circuit Television，CCTV）图像对综合管廊进行实时监控，以应对综合管廊中的突发情况；Hossam A.Gabbar提供了一种管道完整性管理框架，有助于使用自动化工具实现管道完整性管理。Pill-Jae Kwak等人介绍了一种基于物联网的地下水管风险评估系统，可以对地下水管进行监测，预测由于水管泄漏而引起的地下灾害，如图1-5所示。

综上，由于国外综合管廊发展历史较长，相对缓慢，造成环境、运维模式、标准差异较大，增加了智能运维技术开发难度和应用成本，制约了机器人与信息化技术的应用，机器人技术的应用还处于探索阶段。在城市综合管廊运维技术方面，则主要是利用各种自动监测和传感技术对设施进行安全评估和人员安全防范，并开始利用物联网技术对管道等进行数据自动检测和融合分析，尚未能构建跨系统和平台的智慧运维平台和技术。

1.1.2 国内发展现状

2015年前后，国务院等相关部门密集出台了指导城市综合管廊建设相关的文件。财政部2014年底发布《关于开展中央财政支持地下综合管廊试点工作的通知》（财建〔2014〕839号）规定，国家将对地下综合管廊试点城市给予专项资金补助。2015年，国务院办公厅发布了《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》（国办发〔2015〕61号），提出要把地下综合管廊建设作为履行政府职能、完善城市基础设施的重要内容，在继续做好试点工程的基础上，总结国内外先进经验和有效做法，逐步提高城市道路配建地下综合管廊的比例，全面推动地下综合管廊建设。我国城市综合管廊实现了爆发式增长，目前正在规划建设综合管廊的城市有数百个，规划综合管廊建设长度超过1万km。

在中国知网上以“综合管廊”为关键词进行搜索，总共搜索到5382篇文献（截至2020年5月）。对这些文献进行发表年度趋势分析，可以看到2015年之后出现了大量综合管廊相关的研究文献（图1-6），而在此之前研究文献寥寥无几，进一步说明我国城市综合管廊正在经历一次快速爆发式发展，并得到学术研究的关注。

2015年之后，综合管廊巡检机器人及智慧运维相关的研究相继开始被人们关注，其中综合管廊巡检机器人文献30篇，智慧运维文献21篇，相关文献呈逐年快速增加趋势，但是还处于初级阶段，机器人及智慧运维方面文献数量尚不及综合管廊文献数量的0.9%，大部分研究依然关注综合管廊建设和运营相关的技术和理论问题，然而随着智慧城市技术发展以及城市综合管廊建设逐渐进入平缓期，运营的综合管廊数量和时间逐渐增长，城市综合管廊运维相关的技术问题会逐渐成为行业和研究单位研究和关注重点。

由于我国综合管廊建设历史较短（图1-7），且近几年呈现爆发式发展态势，综合管廊智慧运维技术还处于研究和示范建设阶段，缺乏系统性的分析和理论，主要集中在局部智能技术和面向人员作业的运维管理方面，尤其是在巡检机器人的应用方面，大量集中建设的综合管廊建设条件和标准相对统一，大大降低了机器人应用的难度。

在机器人应用方面，Fu Zhuang，Chen Zupan，Zheng Chao等人研制了一种履带式的巡检机器人，对电力管廊内部的环境和设施进行检测，如图1-8所示。刘学功、王霞、吴培敏等人则利用轨道式机器人实现了综合管廊应急消防和日常巡检功能，并在我国广东的某个电力管廊进行了应用，巡检平均速度可以达到1m/s，如图1-9所示。

针对综合管廊智能化运营管理，中建地下空间有限公司田强等人提出了以计算机技术、网络技术、电气控制技术及传感器技术为硬件基础，结合数据分析建立综合管廊运营管理的智能化系统，由综合监控系统和数据分级及评估系统两方面构成，如图1-10所示。

厦门精图信息技术有限公司黄秀等人针对不同城市的综合管廊发展特征，将管廊信息化管理分为数字化和智慧化两个层次。数字化管廊是以数字化信息和网络为基础，通过计算机和网络技术实现对管廊内部信息的收集、处理、整合、存储、传输和应用，适用于管廊建设起步阶段，如图1-11所示。智慧化管廊建立在数字化管廊的基础之上，通过将云存储、GIS、物联传感、通信定位、视频监控等多种技术综合集成，将传统人与人交互技术，提升到人与物、物与物信息互通互联的智能化管理，偏重于智能网络建构的设计。

北京城建勘测设计研究院有限责任公司唐超等人本着保障综合管廊安全，提高综合管廊运维水平、应急能力和经营管理水平的目的，利用云计算、大数据、物联网、GIS、BIM等高新技术将全寿命周期管理思想应用于城市综合管廊运维管理中，集成管理各个阶段的管廊竣工模型数据，基于我国管廊运维管理现状与特点，对基于GIS-BIM的综合管廊智能运维管理平台架构和功能模块展开研究与设计，为城市综合管廊的运维和构建统一的信息化管理平台提供理论依据和技术参考。

针对城市地下综合管廊的巡检、监控问题，中信重工裴文良等人设计了一种实用的、可以代替人工进入管廊中进行巡检、数据采集和灾害报警的机器人装置，利用该巡检机器人系统可以实现对综合管廊的自动巡检，实现综合管廊的现场灾害处置，为城市工程管线的可靠运行提供全面的技术保障。刘学功等人从综合管廊运行安全角度出发，分析影响安全因素的内因和外因，利用机器人技术、图像识别技术、网络技术等多种技术集成，通过大数据分析，实现资源共享和信息互通，提出模型主动预测控制方法，建立综合管廊中机器人等各子系统的联动和快速反应机制，达到综合管廊的安全运行、节省人力资源的目的。

综上所述，国内外城市综合管廊基本实现了信息化，还尚未真正形成智慧化的城市综合管廊运维平台，城市综合管廊智慧运维技术的研究已逐渐成了热点。目前，城市综合管廊的智能化运维研究主要考虑现场作业人员干预情况下的智能运维，还未充分考虑智能巡检机器人对城市综合管廊智能运维业务和管理的影响，偏重局部智能化和智能网络平台架构与体系的研究，在智能预测、分析技术和基于智能巡检机器人的可视化智能业务管理方面研究较少。