淺談地下綜合管廊統一管理平臺研究與設計

摘 要：本文介紹了綜合管廊統一管理平臺的系統組成，分析各子系統的配置原則和邏輯功能， 以綜合管廊實(shí)際運行和后期維護的需求為出發(fā)點(diǎn)， 提出了一套管廊統一管理平臺的聯(lián)動(dòng)邏輯， 實(shí)現對城市綜合管廊的一體化智能監控管理。

關(guān)鍵詞：綜合管廊； 監控系統； 統一管理平臺； 聯(lián)動(dòng)邏輯

 

     地下綜合管廊是指建設在城市地下， 用于集中敷設電力、給排水、通信、燃氣等市政管線(xiàn)的建筑［１］。相比于傳統的各類(lèi)管線(xiàn)單位各自為陣， 地下直埋管線(xiàn)的方式， 綜合管廊具有其顯著(zhù)的優(yōu)勢： 避免道路反復開(kāi)挖， 優(yōu)化利用城市土地資源尤其是地下資源， 提升城市形象； 管線(xiàn)擴容方便， 路徑清晰明了， 有效減少施工損壞其他管線(xiàn)的風(fēng)險； 管廊主體統一管理， 便于管線(xiàn)的檢修維護， 提升管線(xiàn)安全和防災水平， 有效的延長(cháng)管線(xiàn)的使用壽命。

    市政管線(xiàn)匯集于地下綜合管廊中， 供往城市的各個(gè)角落。它既是支撐城市活動(dòng)的營(yíng)養線(xiàn)， 也是安全不容有失的生命線(xiàn)。作為其承載主體的綜合管廊， 重要性不言而喻。在《城市綜合管廊工程技術(shù)規范》（ＧＢ５０８３８－２０１５）中，對地下管廊的統一管理平臺建設， 提出了一些強制要求。但由于我國的管廊建設還在鋪開(kāi)建設的初期階段， 真正進(jìn)入實(shí)際運營(yíng)的綜合管廊還不多。地下綜合管廊的統一管理平臺應該如何設計才能更好的為后期的管廊運營(yíng)服務(wù)，解放人力，各地都還在建設中不斷摸索，尚沒(méi)有形成一個(gè)統一的標準。本文從工程實(shí)踐出發(fā)，對管廊統一管理平臺的方案設計，做出有益的探討。

 

    綜合管廊的運行涉及環(huán)境與設備監控系統、 安防系統、通信系統和火災報警系統等多個(gè)相關(guān)的弱電子系統（消防系統作為一個(gè)相對獨立的系統， 本文中不討論）。子系統內部的監測儀表和控制設備類(lèi)繁多， 信號接口也各不相同。整個(gè)系統的架構如圖１所示。

圖1 管廊綜合管理平臺架構圖

2.1 環(huán)境與設備監控系統

      環(huán)境與設備監控系統主要實(shí)現對管廊內環(huán)境狀態(tài)（包 括溫濕度， 氧含量， 甲烷含量， 水位等）的數據采集和可控設備（包括水泵、風(fēng)機、井蓋、照明系統等）的狀態(tài)監 測和控制。環(huán)境參數的檢測內容在《城市綜合管廊工程技術(shù)規范》（GB50838-2015）中有詳細的要求，如表1所示。

      環(huán)境與設備監控系統通常會(huì )設置多個(gè)ACU（區域控制單元）來(lái)采集控制管廊內各防火分區的設備。ACU采集到的信息可以通過(guò)TCP/IP 通訊模塊接入臨近工業(yè)交換機，經(jīng)由光纖環(huán)網(wǎng)上傳給管廊統一管理平臺。

表１ 環(huán)境參數監測內容

 

注：●應監測；▲宜監測

系統內需要實(shí)現的聯(lián)動(dòng)邏輯包括：

 （1）根據檢測到的廊內環(huán)境狀態(tài)參數， 自動(dòng)啟停相應的進(jìn)排風(fēng)設備來(lái)保證人員和設備的安全。

 （2）根據集水坑的液位來(lái)聯(lián)動(dòng)排水泵的啟停動(dòng)作， 將集水坑的水位控制在一個(gè)合理的范圍之內。

2.2 安全防范系統

     安全防范系統通過(guò)視頻監控、防入侵監測、門(mén)禁控制三個(gè)模塊， 集中監控管廊的內部通道、通風(fēng)口、人員出入口等重要節點(diǎn)， 在報警發(fā)生時(shí)及時(shí)向監控中心發(fā)出告警， 保障管廊內部不遭受非法侵入和破壞。

     安全防范系統自身的三個(gè)子模塊之間需要實(shí)現的聯(lián)動(dòng)邏輯包括：

       （1）防入侵模塊監測到異常入侵信號后，聯(lián)動(dòng)相應的視頻信號實(shí)時(shí)投射到監控中心的大屏上顯示。

       （2）防入侵模塊監測到異常入侵信號后，聯(lián)動(dòng)鎖定附近相關(guān)的門(mén)禁控制模塊， 待相關(guān)人員確認后方可打開(kāi)。

       （3）門(mén)禁控制模塊在檢測到讀卡或者非法進(jìn)入的狀態(tài)時(shí)，也將相應的視頻信號實(shí)時(shí)投射到監控中心的大屏上顯示， 方便監控人員第一時(shí)間掌握人員的進(jìn)出管廊狀況。

2.3通信系統

      通信系統包含應急IP 和無(wú)線(xiàn)通信兩個(gè)子系統，用以保障綜合管廊的運維人員和外界的即時(shí)通訊。IP布置在廊內各個(gè)重要節點(diǎn)，無(wú)需撥號直接與監控中心連通， 主要用于應急通訊和報警。無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )覆蓋整個(gè)管廊內區域，借助手持式設備，一方面可實(shí)現巡檢維護人員間和與監控中心工作人員的實(shí)時(shí)通話(huà)， 另一方面， 借助無(wú)線(xiàn)發(fā)射裝置與手持設備之間的信號交接， 可以實(shí)現對入廊維護人員的實(shí)時(shí)定位， 進(jìn)一步提升綜合管廊的運維水準和安全標準。

2.4 火災報警系統

      綜合管廊作為地下封閉系統，內部包含大量電纜和可燃氣體管線(xiàn)，火災報警系統是重要安全預警系統。其中，電氣火災監測系統通過(guò)管廊內分布的煙感/ 溫感探測器、手報等檢測火災的發(fā)生并告警；可燃氣體監測系統則通過(guò)可燃氣體探頭來(lái)感知廊內可燃氣體濃度的變化，及時(shí)發(fā)現可燃氣體艙室的泄露隱患和故障位置并預先處理。防火門(mén)監控系統主要負責管理管廊各艙室分區間的防火門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，根據不同的現場(chǎng)情況對防火門(mén)的開(kāi)閉做出控制。

     火災報警系統內的聯(lián)動(dòng)控制設計遵循國標GB50116的相關(guān)規定， 功能應包括：

   （1）電氣火災、可燃氣體監測系統監測到異常情況信號后， 聯(lián)動(dòng)聲光報警器啟動(dòng)報警， 使管廊內和監控中心的工作人員能夠第一時(shí)間對事故做出反應。

   （2）在檢測到火災報警信號后， 防火門(mén)監控系統應當聯(lián)動(dòng)關(guān)閉火災報警分區及其相鄰分區所有的常開(kāi)防火門(mén)。

 

      管廊統一管理平臺下轄的4個(gè)系統單元又包含了多個(gè)子系統，各自承擔的功能繁多， 且相互之間聯(lián)系緊密。一個(gè)管廊監控中心通常會(huì )管轄區域內的數條綜合管 廊， 如果這些系統各自獨立運行， 則需要大量的人員來(lái)負責運行維護， 系統間的協(xié)調和聯(lián)動(dòng)也無(wú)法快速有效的完成，不利于綜合管廊后期運營(yíng)的標準化管理和效率提升。為了讓幾個(gè)系統之間相互協(xié)調， 信息互通互聯(lián)， 管廊統一管理平臺設置。對內，將監控與報警系統的各子系統集成為相互協(xié)調關(guān)聯(lián)的綜合系統；對外，所有系統數據通過(guò)統一管理平臺的對外接口與各外部系統實(shí)現數據交互。

     綜合各系統自身的設備和功能特點(diǎn)，通過(guò)對管廊運維過(guò)程中實(shí)際需求的技術(shù)探討，尤其是突發(fā)狀況下的系統反應機制， 統一管理平臺應當具備的聯(lián)動(dòng)功能如圖2所示。

圖2 系統間聯(lián)動(dòng)關(guān)系示意圖

      （1）環(huán)境與設備監控系統與通信系統、安全防范系統的聯(lián)動(dòng)。

環(huán)境與設備監控系統檢測到環(huán)境異常報警信息后， 聯(lián)動(dòng)通信系統的通信設備向報警區間的工作人員報警， 并將臨近的門(mén)禁打開(kāi)， 指導廊內人員迅速脫離危險區域。

      （2）通信系統與環(huán)境與設備監控系統的聯(lián)動(dòng)。巡更人員佩戴無(wú)線(xiàn)定位裝置， 根據人員定位信息，聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟當前及相鄰分區的照明和通風(fēng)系統，并在人員離開(kāi)后自動(dòng)關(guān)閉，保障人員安全的同時(shí)減少系統能耗。

      （3）安全防范系統和環(huán)境與設備監控系統的聯(lián)動(dòng)。防入侵系統檢測到入侵報警信號后， 聯(lián)動(dòng)打開(kāi)對應位置的照明，以便監控攝像頭能夠清晰捕捉到入侵點(diǎn)的實(shí)時(shí)圖像。

      （4）火災報警系統和其他系統的聯(lián)動(dòng)?；馂膱缶到y作為一個(gè)相對獨立的系統，有強制規范， 一般不允許外部系統聯(lián)動(dòng)該系統內的設備， 主要通過(guò)向外輸出火災報警信號， 讓其他系統做出火災應急相應。系統檢測到火災報警信號后，聯(lián)動(dòng)打開(kāi)報警分區及相鄰分區的照明，彈出監控攝像頭讓監控中心及時(shí)了解火情； 打開(kāi)臨近分區的所有門(mén)禁和逃生井蓋， 通過(guò)通信設備引導廊內的工作人員迅速撤離火災區域；排風(fēng)機的啟停則跟報警類(lèi)別有關(guān)，火災報警信號聯(lián)動(dòng)關(guān)閉對應的排風(fēng)機，可燃氣體報警則聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟報警分區及相鄰分區的排風(fēng)機， 以盡快減低可燃氣體的濃度。

 

4.1平臺概述

      AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網(wǎng)絡(luò )、系統架構、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數據服務(wù)等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過(guò)程中存在內部干擾性強、使用單位多及協(xié)調復雜的根本問(wèn)題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。

4.2平臺組成

     安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所環(huán)境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門(mén)監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機APP獲取數據，通過(guò)一個(gè)平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監控、統一管理、統一調度，同時(shí)滿(mǎn)足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

4.3平臺拓撲

4.4平臺子系統

4.4.1電力監控

       電力監控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進(jìn)行保護和監控，對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表，用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

4.4.2環(huán)境監測

       環(huán)境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門(mén)禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時(shí)也可接入管廊艙室內的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機等設備集成的第三方系統完成管廊環(huán)境綜合監控。

 

 

4.4.3電氣安全

       AcrelEMS-UT能效管理系統針對配電系統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門(mén)狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預警。

4.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監控及配電室環(huán)境監控系統

4.5.2電氣火災監控系統

4.5.3消防設備電源監控系統

5.5.4防火門(mén)監控系統

 

4.5.5消防應急照明和疏散指示系統

     本文針對綜合管廊統一管理平臺子系統多， 相互間聯(lián)系緊密的特點(diǎn)，著(zhù)重探討并梳理了各個(gè)系統內外的聯(lián)動(dòng)關(guān)系， 以提高管廊管理平臺的統一性和智能化水平， 對提升管廊后期運維的效率和管線(xiàn)安全的水平起到積極作用。隨 著(zhù)機器人、無(wú)線(xiàn)檢測等技術(shù)的逐漸成熟， 新的系統也會(huì )不斷融入到管廊統一管理平臺之中。 只有在實(shí)踐中不斷總結、完善、進(jìn)步， 才能保證管廊管控系統長(cháng)期運行的安全和高效。

 

 

【1】姜  劍.地下綜合管廊統一管理平臺聯(lián)動(dòng)邏輯研究與設計.

【2】周亮．地下綜合管廊統一管理平臺聯(lián)動(dòng)邏輯研究與設計［J］．現代測繪

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05

 

作者簡(jiǎn)介：柏為為，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監控研究發(fā)展。