淺談綜合管廊環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在城市化發(fā)展進程中，城市綜合管廊綜合體作為市政管網的全新模式，得到了國家政策的大力支持，城市管廊的病害特征以及運行安全問題得到了業(yè)內人士的高度關注。鑒于此，本文以LP地下綜合管廊工程作為案例，分析城市綜合管廊環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)施工技術，設計城市綜合管廊環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)，為城市綜合管廊工程提供參考。

關鍵詞：城市綜合管廊；環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)；技術應用

0引言

隨著我國經濟的迅速發(fā)展，對于大中城市的規(guī)劃建設愈發(fā)密集，甚至部分城市患上“城市病"，受到了地上電網、電桿的彌補形成以及地下管線更新、故障等因素的影響，需反復挖開地面，不僅影響城市建設用地與市容市貌，同時也帶來了高昂的施工成本與巨大的施工隱患。綜合管廊是以集約化設計作為規(guī)劃理念，可對于市政管線進行統(tǒng)一化管理，城市規(guī)劃中地下綜合管廊建設可滿足城市對于新道路的功能要求，有利于市政管線的維護與保養(yǎng)，強化城市的綜合承載力，也大大提升城市的服務水平。一旦綜合管廊結構出現(xiàn)較大變形無法及時修復時，將會影響內部管網的正常應用，導致管線出現(xiàn)損壞大大增加火災、爆炸等安全事故的發(fā)生概率。城市綜合管廊環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)的設計應用，能夠大大提升管線安全運行效率，大大降低安全風險發(fā)生概率。

1項目概述

1.1項目簡述

LP地下綜合管廊工程項目全長供給3km，共分為三艙分別是電力艙、熱力水信艙以及天然氣艙。環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)主機放置在分控中心，對于各個區(qū)域進行管控的設備放置在風機房內。LP地下綜合管廊工程內所收容的管線種類相對較多，且大部分的管道具備危險性特征，在應用期間容易出現(xiàn)觸電、有毒有害氣體泄漏以及爆炸性氣體泄漏的情況，影響綜合管廊的安全應用，因此，環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)的安全對于安全事故的預防有著重要的意義。

1.2綜合管廊病害特征

地下綜合管廊作為城市生命線工程項目，對于整個城市發(fā)展均有著很大的影響，但LP地下綜合管廊工程的管廊跨度大、軸向剛度低，在運行過程中容易受到地質條件與外界環(huán)境的影響，因此容易引發(fā)次生災害的出現(xiàn)，繼而給LP地下綜合管廊工程項目帶來利益損傷。

（1）不均性沉降。LP地下綜合管廊工程修建于淺層地下，廊體狹長且采取分段拼接方法鋪設完成，容易受到水文地質條件以及周邊人類活動的影響，繼而導致廊體結構出現(xiàn)不均性的沉降。

（2）裂縫。LP地下綜合管廊工程主要采取多段管廊拼接的施工方法，一旦管廊出現(xiàn)廊體剛度分布不均勻，繼而產生裂縫。同時，在水體以及其他類型腐蝕性物質的影響下，廊體也將會出現(xiàn)腐蝕裂縫。

（3）收斂變形。管廊隧道在開挖掘進期間，挖掘區(qū)域周邊土地將會出現(xiàn)地應力重分布，隧道表面土地向隧道洞收攏變形，這一變形趨勢也被稱為管廊收斂。LP地下綜合管廊工程的收斂變形程度受到管廊尺寸、巖體成分以及挖掘方法等因素的影響。

2環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)施工技術應用

2.1管廊環(huán)境監(jiān)控技術應用

管廊環(huán)境主要包含濕度、溫度、有害氣體、水泵、風機等相關內容，環(huán)境監(jiān)控主要是對以上內容進行檢測。管廊內部本身是相對封閉的空間，能夠設置的逃生出口有限，只有保證管廊內部有害氣體、溫度以及濕度等內容的安全性，才能允許檢查維護人員進入管廊內部。監(jiān)控系統(tǒng)的設計應用能給確保管廊環(huán)境的安全性，當廊內氧氣過低以及溫度濕度過高的情況下，監(jiān)測系統(tǒng)將會自動發(fā)出警報并開啟通風設備，并強行進行換氣處理，讓積水坑的水位過高時也會發(fā)出警報，并立刻停止排水泵的運行。

2.2火災監(jiān)控技術應用

火災監(jiān)控技術主要應用光纖測溫機以及感溫光纖等作為管廊的火災檢測裝置。測溫光纖主要負責確定火災發(fā)生的具體位置，并將相關信息直接傳輸給光纖測溫主機。測溫光纖主機設計應用的任務主要是將火災的發(fā)生位置、溫度以及報警型號直接傳輸給火災報警裝置，而火災報警系統(tǒng)再發(fā)動消防聯(lián)動信號。同時，在部分管廊內部設置感溫光纖測溫的火災監(jiān)測裝置，感溫裝置能夠感受阻燃與耐火的電力電纜。

2.3傳輸主干網設計應用

為了能夠構建一個安全可靠的通信通道，可將管廊內部的PLC控制器、門禁監(jiān)控系統(tǒng)以及巡更管理系統(tǒng)等與監(jiān)控中心構建傳輸主干網，充分結合綜合管廊的特點與走向，設置兩個千兆光纖環(huán)網的傳輸主干網，同時，需要設置兩臺S9700的核心層交換機，在項目施工現(xiàn)場

設置120臺的S2700接入層交換機，并創(chuàng)建安全可靠的通信通道。

2.4安防技術應用

在綜合管廊項目的投料口以及機械通風口位置設置防入侵系統(tǒng)，借助傳感器技術以及電子信息技術進行探測，針對非法進入以及意圖非法進入設防區(qū)域行為進行指示，及時處理報警信息、發(fā)出警報。同時也可在投料口以及機械通風口設置紅外對射探測器，幫助系統(tǒng)自動事兒別非法侵入的數(shù)據(jù)信息，經過探測器的準確判斷后，將相關數(shù)據(jù)信息直接創(chuàng)術給報警控制系統(tǒng)，繼而發(fā)出相應的報警信號。此外，入侵的片段也會直接傳送至指揮調度中心顯示屏內顯示入侵區(qū)域的視頻信號。

2.5聯(lián)動控制技術應用

排風機自動系統(tǒng)的設計應用可根據(jù)市場溫度自行開啟通風機，在24h內自動完成通風工作。自控系統(tǒng)可在人員進入管廊內部自動提前通風換氣，*大程度保障技術人員的個人安全。與此同時，也能根據(jù)火災報警系統(tǒng)以及燃氣探測報警系統(tǒng)的各項需求，自動化控制通風排

風機的安全運行，如若發(fā)生排風機系統(tǒng)與火災報警系統(tǒng)同時作用的情況下，火災報警系統(tǒng)將會優(yōu)先動作。在進行集水坑位運行管控方面，消防系統(tǒng)設計可在集水坑內安裝壓差液位計，集水坑位的具體水位信息、排水泵啟、停、故障等狀態(tài)可顯示在監(jiān)控中心發(fā)出相應的警報，借由遠程控制措施來開關電控井蓋。

2.6燃氣探測報警技術應用

綜合管廊項目中的燃氣探測報警技術主要設置在燃氣監(jiān)控工作站以及燃氣探測報警主機，管廊中的燃氣倉需要設計氣體報警系統(tǒng)、聲光報警系統(tǒng)、燃氣探測器等部分構成。燃氣倉每個防火分區(qū)擁有一臺探測儀控制箱，在其中布置氣體報警控制器，收集現(xiàn)場燃氣探測器的信息充分顯示出現(xiàn)。每個探測器以及控制器均有自動報警裝置，在燃氣探測器檢測值燃氣濃度達到報警要求后，將會立即發(fā)出警報信號，監(jiān)控中心可收到報警信息與檢測燃氣濃度值。

氣體報警控制器運行流程，為天然氣管艙內的天然氣濃度值達到可預報值時，管理系統(tǒng)將會啟動燃氣事故區(qū)域以及相鄰區(qū)域的排風機以及送風機，有效降低天然氣濃度，同時也可將報警信號直接傳輸至火災自動報警系統(tǒng)的控制器。燃氣探測器與聲光報警系統(tǒng)需要按照總

線連接至分區(qū)氣體的報警控制器，同時，在燃氣管道的連接區(qū)域以及閥門區(qū)域等安裝燃氣探測器，每間隔15m安裝探測器。聲光探測器需要安裝防火分區(qū)，兩端的距離需要低于15m，且每間隔30m安裝聲光報警器。

2.7消防聯(lián)動技術應用

自動狀態(tài)下所設計的消防安全系統(tǒng)，能夠借助火災檢測裝置在檢測到火災的很快時間內啟動事先編制好的消防方案，積極開展消防設備的管理工作，如果切斷非消防電源時，需要先啟動排風機進行排煙并開啟滅火裝置。在手動狀態(tài)下相關人員則需要在確定火災具體情況后啟動消防員，有效管控消防設備，手動控制相關報警設備與消防設備的開關。

3城市綜合管廊結構安全監(jiān)控系統(tǒng)設計

3.1監(jiān)控系統(tǒng)設計

城市綜合管廊結構安全監(jiān)控系統(tǒng)設計應用階段，施工人員需要在管廊結構布設智能傳感器，對于結構主體以及管廊主要構件收斂變形、裂縫開展以及不均勻沉降等病害信息進行實時監(jiān)測，借助數(shù)據(jù)采集終端以及通信技術實時數(shù)據(jù)信息的自動化采集與傳輸。云端可結合管廊及其他監(jiān)測系統(tǒng)所采集的各類型信息數(shù)據(jù)進行整理，借助海量異構數(shù)據(jù)信息實時綜合性的分析評估作業(yè)，實現(xiàn)管廊結構全生命周期的安全監(jiān)測與監(jiān)測數(shù)據(jù)實時可視化，在綜合管廊發(fā)生破壞前及時發(fā)布報警預警信息。城市綜合管廊結構安全監(jiān)控系統(tǒng)架構包含數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)傳輸、云平臺以及數(shù)據(jù)管理應用四個方面。

城市綜合管廊結構安全監(jiān)控系統(tǒng)架構設計如圖1所示。

圖1?城市綜合管廊結構安全監(jiān)控系統(tǒng)架構

3.2數(shù)據(jù)感知模塊設計

這一模塊設計主要通過各種類型智能傳感器以及檢測儀器設備，對于管廊主體結構中可能存在的收斂變形、裂縫開展以及管片錯動等病害進行自動化測量，對于管廊結構的變化情況進行實時感知。同時，需要結合監(jiān)控系統(tǒng)當中的智能巡檢模塊，而日常巡檢工作人員需要借助智能巡檢模塊，而日常巡檢工作人員則可以通過應用工業(yè)智能機并借助智能巡檢APP任務驅動式方法開展巡檢作業(yè)。對于施工現(xiàn)場中的管廊結構信息、管線工作情況、廊內運營以及周邊環(huán)境等情況進行無紙化記錄采集，借助照片直觀了解管廊結構的主要損傷情況。與此同時，可通過定期利用三維激光掃描儀完整的掃描管廊內部的斷面情況，借助海量點云數(shù)據(jù)實現(xiàn)管廊結構的三維重建。此外，需要將各種類型的數(shù)據(jù)信息匯集至綜合數(shù)據(jù)采集儀中，利用通信模塊將監(jiān)測到的信息直接上傳至互聯(lián)網平臺。

3.3數(shù)據(jù)傳輸模塊設計

這一模塊設計是將感知模塊中的各類檢測數(shù)據(jù)信息實時傳送至互聯(lián)網平臺中，繼而實現(xiàn)施工現(xiàn)場與遠程監(jiān)控中心間數(shù)據(jù)信息的全時段互聯(lián)互通?，F(xiàn)場傳感器主要采用Modbus協(xié)議，將RS485物理層與監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合采集儀的有效連接，通過DTU將串口數(shù)據(jù)轉換成為IP數(shù)

據(jù)實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)。從綜合管廊的工程特點來看，針對通信條件不佳的管段，是無法確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行耘c實效性，需要進一步加強數(shù)據(jù)傳輸模塊的通信能力。如可采取光纖光纜串聯(lián)信號中繼器的方法，將信號直接引至管廊檢測井、通風口等地。

3.4云平臺設計

利用海量的IT資源池構成的云平臺虛擬服務器，繼而實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的云上搭建運行。針對綜合管廊線路長以及覆蓋面積廣泛的特征，需要憑借云平臺彈性可擴展的應用優(yōu)勢，充分滿足未來對于安全監(jiān)控系統(tǒng)中等各項功能增減的需求，實現(xiàn)與其他管廊監(jiān)測系統(tǒng)有效融合。與此同時，可利用云平臺強大的數(shù)據(jù)計算與處理能力，根據(jù)不同模型算法對各種類型的檢測數(shù)據(jù)進行自動化處理，繼而獲得直觀性、連續(xù)性的管廊結構病害變化信息線圖，借助海量點云掃描數(shù)據(jù)可生成管廊全斷面三維模型。此外，云平臺系統(tǒng)設計包含項目管理、測點控制、預報警值設置以及巡檢記錄等功能子模塊以及自動預報警功能。所設計的云平臺能夠對海量檢測數(shù)據(jù)進行存儲與歸檔，大數(shù)據(jù)信息檔案不僅能夠滿足管廊安全運維日常監(jiān)控需求，幫助監(jiān)控工作人員全面性分析與評估管廊結構。

3.5數(shù)據(jù)管理與應用模塊設計

這一模塊設計包含管廊安全可視化監(jiān)控、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)下載、信息查詢以及預報警信息等子系統(tǒng)。監(jiān)控人員可利用各種客戶端來登錄云平臺，隨時隨地了解管廊結構的*新安全動態(tài)，滿足管理人員快速查詢以及下載管廊安全評估所需數(shù)據(jù)信息的需求，繼而一鍵獲取圖文并茂的檢測報告。與此同時，管理人員也可在管廊結構發(fā)生異常的很快內獲取相關的預警信息，及時采取相應的管理措施，有效防止安全事故的產生。此外，監(jiān)控人員也可基于項目檢測需求以及可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況，繼而滿足現(xiàn)場感知模塊以及巡檢人員的交互需求。

4AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

4.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)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(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網絡、系統(tǒng)架構、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協(xié)調復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)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(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

4.3平臺拓撲

4.4平臺子系統(tǒng)

4.4.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)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行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關柜、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(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

4.4.3電氣安全

 AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)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)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

4.5相關平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.2電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.3消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.5消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)

5結語

總而言之，城市綜合管廊是城市建設發(fā)展的生命線，城市綜合管廊環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)設計可充分滿足綠色化與智能化發(fā)展趨勢，更好的提升對于管廊環(huán)境、設備以及結構的監(jiān)管效率，實現(xiàn)對城市綜合管廊的智能化管理。

參考文獻

【1】蔡歷穎，鐘成帥,易璐瑤,宿杰,李龍.基于BIM技術在城市綜合管廊綠色施工中的應用研究[J].

【2】周王飛，謝旭峰，王如，湯川川，尚應帥.城市綜合管廊環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)施工技術研究.

【3】安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05