當城市地下綜合管廊被形象地稱為“城市的生命線”,如何守護這條看不見的“生命線”安全,成為智慧城市建設的必答題。面對傳統監測系統“靜態化缺陷”“數據孤島”“運維成本高”三大痛點,安徽理工大學一支由多學科學生組成的創新團隊——“生命守望”,基于數字孿生技術,成功研發出一套地下管廊監測預警系統,用硬核科技為城市安全運行注入青春力量。

圖為 團隊成員調試產品模塊
從“靜態”到“動態”:一場風險的算法革命
“現有系統多采用靜態閾值報警,就像給管廊設定一個固定的‘安全線’,但環境是動態變化的,這種做法極易導致誤報或漏報。”項目負責人王晨一針見血地指出行業痛點。
從“孤島”到“大陸”:一張孿生的可視藍圖
“各管線單位數據獨立,環境監測、安防、消防系統互不相通——這是管廊智能化的核心瓶頸。”團隊成員趙予韌介紹道。
數字孿生可視化平臺
團隊構建了“端—邊—云”三級協同架構,將多源數據統一接入、融合分析與協同聯動;贐IM+GIS融合技術,他們搭建了,通過WebGL/Three.js引擎構建管廊三維模型。運維人員可以“透視”墻體內部結構,實時查看風險熱力圖、傳感器數據和應急推演畫面。當風險等級超過閾值時,系統自動生成應急方案,并在數字孿生平臺上動態展示最佳疏散路線、通風調節策略和滅火資源調度建議,應急響應時間從分鐘級縮短至秒級。

圖為 產品數據化大屏
從“有線”到“無線”:一條本質安全的通信鏈路
管廊內部空間封閉、電磁環境復雜,傳統通信方式易中斷,且燃氣管線艙室對電氣設備有嚴格的安全要求。
低功耗光纖通信傳輸技術
“生命守望”團隊采用,將光纖同時作為通信介質與分布式傳感器,實現“一根光纖=通信+傳感+預警”的融合架構。光纖本身無源、無電火花風險,可安全敷設于燃氣艙室;通過分布式光纖傳感技術,單根光纖即可實時監測沿線溫度、振動、應變,實現米級精度的異常定位。即使在主干網中斷時,邊緣計算網關仍能維持本地預警與聯動控制,確保了極端工況下的通信可靠性。
從“單點”到“聯邦”:一種數據隱私的破解之道
不同城市管廊在地質、氣候、管線類型上差異巨大,模型遷移后預測精度往往下降。同時,管廊數據涉及基礎設施安全,各運營主體無法將原始數據集中共享,形成“數據孤島”。
輕量化聯邦遷移學習框架
團隊創新引入,各城市節點在本地利用自身數據訓練模型,僅將加密后的模型參數上傳聚合,實現“數據不動模型動”,原始數據不出本地,完全滿足安全合規要求。新部署管廊通過遷移學習,僅需20%本地數據量即可達到90%以上預測精度,模型成熟周期從1~2年縮短至3~6個月。
從“校園”到“市場”:一群青年的追夢征程
“生命守望”團隊來自安徽理工大學電氣工程、安全工程、計算機、經濟管理等多個專業,形成了跨學科協同創新的強大合力。在學校的支持下,團隊依托“安理智谷”科技創新產業功能區、大學生創新創業訓練計劃等平臺,完成了從需求調研、硬件開發、算法驗證到數字孿生平臺搭建的全鏈條研發。
目前,系統已完成多維度高標準測試:氣體檢測響應時間控制在10秒以內,端到端數據傳輸時延穩定低于500毫秒,單節點無線覆蓋距離達80~120米。團隊已申請發明專利3項、實用新型專利3項,發表相關論文,并與安徽邦普建設工程有限公司、安徽恒格泰建設工程有限公司、安徽省煤田地質局水文勘探隊達成合作意向。
項目商業模式采用“硬件集成+軟件授權+數據增值服務”多元化盈利結構,單公里管廊部署成本控制在行業平均水平的85%以內。預計未來五年營收年均復合增長率超過45%,第5年凈利潤可達810萬元。

產品硬件實物圖
“我們的目標,是讓每一寸地下管廊都‘可見、可測、可控’,讓城市生命線從‘被動搶修’走向‘主動預警’。”王晨表示,“生命守望”團隊將繼續深耕城市基礎設施安全監測領域,以數字技術之“智”,守護城市發展之“安”。
從實驗室到管廊現場,從算法模型到數字孿生,這群安理青年正用科技創新的筆觸,在“城市生命線”的安全底圖上,書寫著屬于新時代大學生的擔當與夢想。