综合管廊智慧管控系统的构建论述

谢华林

摘要：综合管廊是一个市政共用隧道，将电力、通信、供水、燃气、热力、给排水等多种市政管线集中在一体，实行“统一规划、统一建设、统一管理”，以实现地下空间的综合利用和资源的共享[1]。本文研究了综合管廊智慧管理平台各组成要素，以及各分系统之间统一协调的联动机制，提供了在线监控及运维的整体解决方案，通过自动化、智能化和信息化提高综合管廊的建筑、结构、环境及设备的安全运行维护水平。

关键词：综合管廊；智慧管理平台；统一管理平台

概述

综合管廊属于狭长型构筑物，埋设于地面以下，管廊内铺设的是关系民生的重要设施，是保证城市运行的“生命线”；综合管廊智慧管控系统采用工业自动化技术、物联网技术全面感知管廊工程的设备信息、工程信息、人员信息及运管信息；基于一体化管控平台，应用云计算、大数据、移动互联网等技术，构建满足管廊运管单位运行管理及用户服务需要的综合业务应用。本文探讨的系统着重解决以下几个问题：

1）全面掌握管廊内环境、设备设施运行态势，人员进出情况，保证管廊安全可靠运行及人员的健康及生命安全；

2）能及时发现存在的隐患，并能进行预警、报警，出现火情、灾情时能及时发现并能快速响应处置，减少或避免财产、生命损失。

3）掌握管廊日常运行中工程管理、维修养护情况，管线单位、主管单位需了解管廊运行情况。

系统构成

管控系统包括统一管理平台，地理信息系统，设备与人员管理等；地理信息系统作为人机交互界面[2]，为智慧管理平台提供本体、设备、人员、资源管理的地图入口及位置索引；设备与人员管理用于建立健全的运维管理制度，对技术资料进行整理、存档，并将运维任务与人关联，实现运维自动化；统一管理平台用于管廊的在线运行，包括四大分系统，各分系统由若干小系统组成，其架构如图1。

各分系统功能

环境与设备监控系统

综合管廊每个防火分区内，设置温湿度检测仪，氧气浓度检测仪，天然气舱设CH4气体浓度检测仪，有污水管的舱室设置CH4、H2S气体浓度检测仪；当区内氧含量过低(≤18%)，温度过高(≥38°C)，湿度过高(≥90%)，CH4浓度过高（V%>0.5%），H2S浓度过高（m%>10mg/m3，即7.19ppm）[3]时；PLC基站进行报警并可联锁启动该区通风设备，强制换气，保障工作人员和综合管廊内设施的安全。

综合管廊内各集水井内设超声波液位计。当集水池水位超高(低)限时，PLC联锁启动(关停)排水泵。

通过PLC还可以远程控制管理内照明设备的开关，在天然气舱安全的情况下，给维修插座供电。

电力监控：将10kV高压继保、变压器温度控制器、低压进线及分段开关、各馈线开关通过智能电力仪表，以工业总线的方式接入监控系统，对相关回路的状态、电量等进行集中监测，对异常的跳闸进行报警，需要时可以对低压断路器进行远程跳闸。

结构沉降监测：通过隧道收敛监测，支护土压力监测，地表沉降，附近的建筑物倾斜监测，土体垂直位移监测，隧道拱顶沉降，孔隙水压力监测，土体水平位移监测等手段对管廊结构健康程度进行监测及报警。

安全防范系统

在综合管廊内设备集中安装地点、人员出入口、变配电间和监控中心等场所设置摄像头；沿线每个防火分区内设置摄像头，不分防火分区的舱室，摄像机设置间距不大于100m。

在人员出入口、通风口设置入侵报警探测装置，采用被动红外及微波双鉴探测器，自带声光警报器，当探测到有人员进入时，立即发出报警信号。

在管廊的人员出入口均设置门禁读卡器（或盖板电子锁），读卡出入；对进、出实施控制与管理，对强行闯入具有报警功能；供电电源断电时，系统闭锁装置应满足管理要求。

在管廊内设置离线式电子巡更系统，其巡更棒可选用WIFI接入功能，从而同时实现巡更人员的在线定位。

通信系统

通信系统包括无线通信、有线通信、应急扩播系统，三者之间实现有机结合、相互补充，以满足地下管廊的实际使用。其中的无线通信以基于成熟的WIFI无线以太网技术作为信号覆盖与语音通信的接入点，三者以国际标准的SIP通信协议主体，构架的网络通信服务器。

系统主要由多媒体通信服务器、无线通信基站、扩播电话机及移动话机组成，另外可通过用户程控电话交换机与PSTN网络实现互联互通。

系统具有如下功能：

1）语音业务：WIFI移动终端之间、WIFI移动终端与程控调度电话终端间、PSTN公用电话网间实现语音通话；

2）文字业务：系统各移动终端间，可实现互发短信文字业务；

3）调度业务：可以实现对移动终端的强插、强拆、监听、录音、会议、广播、转接、转接等常规调度业务。

火灾自动报警系统

综合管廊内火灾自动报警系统通常包括以下分系统：

1.火灾报警及联动系统

在含电力电缆的舱室设置火灾自动报警系统；管廊内设置手动火灾报警按钮及声光警报器，确认火灾后，联动关闭防火门及相应分区的通风设备，并启动自动灭火系统；

电力舱设置超细干粉灭火装置，电缆接头处的超细干粉自动灭火装置正对电缆接头。每个防火分区的防护区外设置总线式超细干粉灭火控制器，控制器具有喷洒指示、手动/自动转换装置及紧急启停按钮，可将各种灭火状态信号反馈至火灾报警控制器，并接受其控制信号。

2.天然气探测报警系统

采用激光光谱吸收技术对可燃气体浓度进行监测、报警、联动；在控制中心安装天然气报警上位机，每个分区安装控制分站，在天然气舱内每隔15米设置一个本安型激光传感器，监测舱内天然气浓度，并由控制分站控制紧急切断阀的关断。

3.线性光纤感温检测系统

在管廊内含有电力电缆舱室顶部通长悬吊安装线性光纤感温火灾探测器，探测光纤所在位置的管廊温度；在线槽内沿线放置感温光纤，监测槽内电缆温度；在10kV电力电缆上接触式通长安装感温光纤，在110kV及以上电缆的品字形电缆的中部敷设安装感温光纤，监测各电力电缆温度。

天然气管道发生泄漏时，管道周围的温度场发生异常变化；在天然气管道上接触式通长安装感温光纤，监测天然气管道的温度场变化，及时准确的判断管道泄漏及泄漏点的位置，实现天然气管道泄漏的在线监测。

4.电气火灾监控系统

在变电所的低压配电柜的每个馈线回路出线，设置剩余电流探测器及测温探测器，电气火灾监控系统只报警，不自动切断供电电源。

5.消防电话

在电力舱设置消防专用电话插孔，采用独立通信系统和线路；在控制中心、分控室设置消防电话总机，在变配电间、监控室等设置消防电话分机；在控制中心、分控室设有用于火灾报警的外线电话。

6.防火门监控系统

防火门监控器采用总线及现场输入输出模块控制各防火门。

7.消防设备电源监控系统

当消防设备电源发生过压、欠压、缺相、过流、中断供电故障时，消防设备电源监控器进行声光报警、记录，并实时中文显示被检测电源的电压、电流值及故障点位置。

各分系统联动

所有分系统的设备均具有位置信息，记录在地理信息系统内；事件发生时，各分系统均与地理信息系统联动，对所有的事件进行地理定位。各分系统设备的状态自动记录于设备与人员管理系统，设备发生故障时，自动安排相应负责人进行维护。

安全防范系统的联动

1.门禁与防入侵的联动，授权进入时，防入侵报警功能关闭，对于非授权闯入，防入侵报警，并启动声光警报；

2.门禁与视频监控的联动，当有人通过门禁进入管廊，正对门或盖板的摄像头激活，进行摄影及拍照，通过后台对人员及IC卡信息进行比对。

3.巡检人员持巡更棒进入管廊，通过巡更棒的WIFI功能对巡检人员进行定位，摄像头可启动跟踪模式，也可关闭。

4.通过摄像头的背景分析，对感兴趣区域进行智能报警：越界侦测，区域入侵侦测，场景变更侦测，人脸侦测，虚焦侦测，物品遗留侦测，物品拾取侦测，非法停车侦测，人员聚集侦测，逆行侦测，徘徊侦测，快速移动侦测，进入区域侦测，离开区域侦测等

火灾报警系统的联动

1.排烟防火阀：综合管廊内发生火灾时，关闭排烟防火阀，并接收反馈信号。当完成灭火后重新打开排烟防火阀，实行灾后排烟。

2.常开防火门：管廊内发生火灾时，通过防火门监控器关闭常开防火门；并接受反馈信号。

3.通风机：舱室内发生火灾时，须窒息灭火，该分区及相邻分区通风设备自动关闭。

4.声光警报器：确认火灾发生后，相应分区及相邻分区的声光警报器同时启动。

5.消防切非：确认火灾发生后，切断相关区域的非消防电源。

6.应急照明及疏散指示系统：确认火灾发生后，联动智能应急照明与疏散控制器，点亮相应区域的应急照明，并根据火灾发生的位置，调整疏散指示灯的方向。

7.超细干粉灭火联动控制：火灾报警控制器接收到收到联动触发信号后，启动防护区内的火灾声光警报器，接收到第二个联动触发信号后，联动关闭该防火分区的防火阀、通风机及防火门；然后向超细干粉灭火控制器发指令延时（0-30秒可调）喷射。

8.天然气舱的联动控制：泄露的天然气浓度达到爆炸下限值的20%时，报警，启动声光源报警信号，同时联动启动事故段及相邻分区的防爆事故通风机强制通风；泄露的天然气浓度达到爆炸下限值的25%，联动相应区域的紧急自动切断阀切断燃气回路。

9.门禁系统：在消防情况下，门禁系统与火灾报警及联动控制系统联动，自动释放出入口控制系统，出入口在控制系统释放后能随时开启，满足紧急逃生时人员疏散要求。

10.发生火灾报警时，系统联动视频监控系统，自动调出报警地点的摄像头进行人工确认。

通信系统的联动

1.与安防系统的联动，出现安全入侵时，通过视频确认人员位置，屏蔽入侵者使用通信系统与外部通讯。

2.通过无线WIFI对进入管廊的人员进行定位，并通过广播指导滞留参观人员疏散。

3.发生火灾、入侵等事故时，通过广播发布警报并指导管廊内人员疏散。

环控系统的联动

1.环控系统的设备根据各检测仪表自动起停相关设备；

2.环控系统设备应其他分系统的要求可进行相关的联动操作。

3.在参观人员进入管廊时，应能自动启动风机进行换气通风，提高参观体验。

4.在参观人员进入管廊前，要求参观人员自动连接管廊内WIFI信号并下载相应的SIP手机端APP软件，对参观人员进行全程定位，并提供管廊内移动通话服务。

结语

综合管廊智慧管控系统的建设目标就是为了适应管廊工程的管理及业务需求，实现工程全面感知、安全全面可控、决策高效智能、服务友好便捷，全面提高管廊管理单位管控能力及入廊用户服务水平，促进安全高效、和谐绿色发展。本文论述的系统方案在国内多个城市的综合管廊进行了运用，满足了管廊运行维护的需求。

参考文献：

[1]谢华林，城市综合管廊电气设计[J].工业A，重庆，2016(6)：3

[2]王恒栋，薛伟辰等，城市综合管廊工程技术规范.中国计划出版社，2015，北京

[3]苏志，李涛等，工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素.人民卫生出版社，2017，北京