Analysis of the Design about Monitoring and Alarm System of Utility Tunnel

Li Rui / Fu Haocheng

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Analysis of the Design about Monitoring and Alarm System of Utility Tunnel

Li Rui / Fu Haocheng

AbstractThe design, implementation and operation of monitoring and alarm system for utility tunnel are analyzed briefly. Through devolving the system’s communication, tunnel facility and environmental monitoring, fire monitoring, automatic alarm and fire protection, IP telephone, radio communication, video surveillance, security surveillance and wireless night patrol, and central computer, some implications for upgrading the design of different components of the utility tunnel in monitoring and alarm system are provided.

Keywordsutility tunnel, monitoring and alarm system, communication network, information management platform, equipment supply, grounding and installation

0引言

綜合管廊是一種統籌建設管理地下管線的新模式，為電力、通信、供熱、燃氣、供水、排水等各種地下管線建造一個共同的“房子”。由于綜合管廊具有避免道路反復開挖、優化利用土地資源、管線敷設擴容方便、延長管線使用壽命等優點，被國家及地方大力推廣建設。當前建設綜合管廊的地域分布廣泛，但由于設計、施工及后期運行管理經驗尚淺，故具有一定的試驗性。全國已建成的綜合管廊項目中，入駐管廊的管線主要包括電力、通信、給水等，部分管廊中還含有排水管線，但燃氣、熱力、空氣輸送等管線入駐最少。

管廊本體是鋼筋混凝土地下構筑物，原則上每隔200m設置一個防火分區，廊內設有通風、供配電、排水、標識、監控與報警系統等附屬設施。后期管廊運管部門會通過以上附屬設施對管廊進行科學的綜合管理，提高廊內管線安全性、穩定性等。其中監控與報警系統是決定管廊是否正常運行及運管維護工作是否方便的重要因素之一，目前仍在不斷地改良創新。

綜合管廊監控與報警系統由管廊前端設備、通信網絡、監控中心三部分組成。其中，前端設備包括布置在綜合管廊內部的檢測、控制及報警設施，主要負責前端現場的數據采集和控制；通信網絡由光纖通信網組成，可實現管廊前端設備與通信中心之間的通信功能；監控中心為綜合管廊監控與報警系統的業務管理和指揮中心，前端所有設備通過通信網絡接入監控中心。

筆者根據前期建設單位的意見、工程設計中監控與報警系統設計經驗、施工現場問題與后期運管部門提出的改進建議，對綜合管廊監控與報警系統的設計方案與措施提出以下建議。

1通信網絡

通信網絡是綜合管廊內部各子系統與監控中心主系統之間通信傳輸及信息交換的重要樞紐，其系統構架具有多樣性。過去，通信網絡的設計采用主干環網結構，即在監控中心設置核心交換機，再通過光纖與廊內底層交換機連接成環。這種主干環網結構雖然較為經濟，但由于目前很多綜合管廊項目規模較大，任意兩個節點之間的斷線就會造成斷點之間區段與監控中心之間的通信中斷，嚴重影響系統的穩定性，所以筆者建議將主干環網結構只運用于規模較小的工程中。

對于規模較大的綜合管廊，通信網絡可考慮采用底層區域環網+主干冗余點對點通信的系統結構，管廊按每6～8個防火分區(可配合電氣供配電轄區考慮)組建一個底層區域光纖環網，這樣就能將一段很長的通信網絡分成幾個較小的底層環網；每個防火分區內設置1套底層交換機，接入本分區內除火災報警系統和無線對講系統以外的設備；在每個區域環網靠近監控中心的第一個分區內，交換機通過光纜與監控中心實現主干冗余點對點光纖通信；監控中心配置2臺核心交換機，互為熱備，負責前端通信設備的接入，同時負責與中心計算機系統進行連接。

上述的設計方案通過增設1套核心交換機實現主干冗余，廊內分區各自成環，無論是主干網還是底層環網出現斷線都不會影響系統運行，大大提高了系統的可靠性，所以規模較大的綜合管廊宜采用底層區域環網+主干冗余點對點的通信網絡結構。

2廊內設備與環境監控系統

建議在綜合管廊內部每個防火分區內布設1套PLC控制單元，負責監測控制本區內的設備，包括風機、照明、排水泵、井蓋、出/入口控制器、綜合氣體檢測儀、溫/濕度檢測儀及液位檢測儀、供配電系統信息化數據設備等。

對于廊內風機、照明、水泵、井蓋、環境監測等設備，可采用點對點傳輸方式接入PLC；出/入口控制器、供配電系統信息化等自帶控制單元的設備可通過RS-485總線接入PLC，經處理后通過TCP/IP通信模塊接入工業級交換機，從而將數據上傳至監控中心。在遠程控制模式下，PLC接收監控中心發送的聯動指令，對上述設備進行監控；在本地控制模式下，將各設備將運行狀態輸入后根據PLC內預設的程序進行控制，接收控制信號進行本地控制。

考慮到以往工程分區控制點數量較少的情況 ，往往在多個分區內共用1套PLC主機及數套分布式I/O系統，造成實際施工時反饋PLC主機與分布式I/O模塊間距過長不便于擴展，且部分PLC廠家主機與分布式I/O模塊之間的線纜需特別定制，會增加投資成本，所以從穩定性及擴展性兩方面考慮，建議每個防火分區按1個自控單元設計。

3火災監測、自動報警與消防聯動系統

綜合管廊內部多為主干管線，擔負著城市或片區正常運行的重任。一旦沒有及時發現、撲滅火災，將導致城市或片區基礎設施癱瘓，使城市受到巨大的經濟損失及不良的社會影響，故火災監測、自動報警與聯動滅火系統的設置是非常有必要的。

3.1火災監測系統

火災監測宜采用線型光纖測溫，將光纖測溫主機與感溫光纖等作為主要的火災監測裝置。先由測溫光纖精確定位火災發生的位置，將信息反饋給光纖測溫主機，再由測溫主機將實時溫度、火災發生位置、火災報警信號輸出至火災報警系統，最后由火災報警系統完成相應的消防聯動。

以往部分工程在廊內設置感煙探測器、感溫光柵等作為輔助或主要的火災監測裝置，但實際使用效果不佳，因為綜合管廊內納入的給排水管、通訊電纜一般不燃或難燃，且廊內電力電纜均為阻燃或耐火電纜，在發生火災并產生大量煙氣時，感溫裝置早已動作，故采用感煙探測器意義不大；另外在管廊內造成電纜局部升溫進而引發火災主要是因為電力線路出現相間短路、對地短路、接觸不良、線路過載等問題，而感溫光柵是點式感溫，監測時間為循環非連續，故也不建議將感溫光柵作為綜合管廊內部主要的火災探測器。所以建議采用感溫光纖測溫作為綜合管廊火災探測系統的首選。

3.2火災報警系統

火災報警系統通過接收火災檢測信號或者手動按鈕報警信號，在綜合管廊內部進行聲光報警，以警示管廊內部的工作人員，并同時在監控中心內部進行聲光報警及軟件彈窗報警，監控管理平臺自動將監視器畫面切換到發生火災的位置并通知監控中心工作人員采取相關措施。

該系統包括設置在監控中心的火災報警控制主機、消防控制室圖形顯示裝置、綜合管廊內的火災報警控制分機、手動火災報警按鈕、火災聲光報警器等設備。其中，監控中心的火災報警控制主機能接入前端所有火災報警控制分機，監測每臺分機的運行情況，當監控區域發生火災時，系統可以采用自動模式聯動控制相關設備啟/停，并接收各種聯動設備的反饋信號，監視運行狀態；工作人員可結合消防控制室圖形顯示情況進行火災預警、火警以及消防指揮調度工作；而管廊內部的火災報警控制分機負責接入現場所有的火災報警設備，接收并傳遞火災報警信號，且對設備進行聯動控制；手動火災報警按鈕和火災聲光報警器接入所在防火分區內的火災報警控制分機。

各火災報警控制分機通過專用消防通信鏈路與監控中心火災報警控制主機連接，并通過光纖傳輸實現前端設備與監控中心的通信。

由于管廊內部一般需要設置固定式電話，故可與消防專用電話合用，只設置單獨通信系統即可。

3.3消防聯動系統

在系統自動控制狀態下，一旦火災監測設備檢測到火災發生，火災報警系統就能夠自動啟動事先編制好的消防預案，聯動控制相關消防設備，如切斷非消防電源、啟動風機進行排煙、啟動滅火裝置及時滅火、聯動控制防火門及出/入口控制器等；在手動控制狀態下，工作人員對火災進行確認后，啟動消防預案，聯動控制相關消防設備，同時工作人員能夠通過操作按鈕啟/停相關報警設備和消防設備。

4IP電話與無線對講系統

為保證綜合管廊后期的運行、維護方便可靠，建議綜合管廊內部設置固定式電話與無線對講系統。

4.1IP電話系統

綜合管廊內工作人員無需撥號，可通過IP電話終端直接與監控中心工作人員進行對話，實現報警應急指揮等功能。通話數據主要通過IP網絡在監控中心和綜合管廊之間傳輸，監控中心能通過IP尋址精準定位通話點。

系統通過在每個防火分區、艙室、人員出/入口處布設若干IP電話終端，通過RJ-45網口與各分區交換機連接，經通信鏈路與監控中心IP網絡尋呼話筒連接通話。

同時IP電話終端帶有報警按鈕，報警開關量信號轉換為IP數據進行傳輸。在監控中心，IP電話系統工作站連接報警器控制盒和聲光報警器直接響應前端報警信號。

4.2無線對講系統

控制中心人員應能通過無線對講系統與綜合管廊內部持數字無線對講機的工作人員進行實時通話，同時持數字無線對講機的工作人員之間也可以互相對話。

無線對講系統由設置在監控中心的近端設備和設置在管廊內部的遠端接入設備組成。近端設備通過光纜與遠端設備連接，系統可實現監控中心與無線對講機的通信，分機之間也可互通。

將監控中心的近端設備產生的無線信號發送至廊內的遠端設備，并在遠端設備接入上、下行兩個方向的漏泄電纜，既可作為無線信號電波的傳輸線，也可作為無線信號的天線，從而形成整個管廊區域的無線覆蓋網；同時，近端設備還可以通過以太網口連接至核心交換機，接入信息化監控管理平臺，實現對整個綜合管廊無線對講系統的維護管理和操作。

5視頻監控系統

綜合管廊應能通過視頻監控系統對管廊內部的重要節點和設備進行實時監控，將監控畫面傳輸回監控中心，使中心值班人員實時了解管廊內部的情況，及時獲取突發狀況的信息。

系統包括布設在監控中心的視頻管理服務器、視頻監控計算機、嵌入式多屏控制器、嵌入式網絡硬盤錄像機、監視墻等設備以及在管廊內安裝覆蓋重要節點和設備的視頻監控攝像機。監控攝像機通過網線接入就近分區的交換機，再通過通信鏈路連接至監控中心，可全天24h進行錄像。

監控中心設置的網絡硬盤錄像機、視頻監控工作站、嵌入式多屏控制器、監視墻均接入中心局域網。前端傳送回的錄像碼流1路進入嵌入式網絡硬盤錄像機進行存儲，1路進入嵌入式多屏控制器，經解碼后在監視器上實時顯示監控畫面進行輪詢切換。

6入侵檢測與無線電子巡更系統

為保證綜合管廊內部安全、可靠地運行，應在人員出/入口、投料口、進排風口等可能遭到入侵的區域布設紅外入侵探測器，建議采用被動式紅外入侵探測器，并布設在管廊內各設防口。當人員入侵時，人體在紅外入侵探測器探測范圍內移動，將引起設備接收到的紅外輻射電平變化，并隨即進入報警狀態。設備將報警狀態通過RS-485串口輸出，經串口轉網口模塊后生成IP數據，連接工業級交換機，再通過通訊鏈路發送至監控中心的報警主機，驅動報警響應。

同時，為實現對綜合管廊管理的規范化、科學化和能夠及時消除隱患等功能，宜設置無線電子巡更系統，提高管廊巡檢工作的規范化及科學化水平，以有效保障被巡檢設施處于良好狀態。無線巡更管理系統由信息鈕、巡更棒、通訊座、計算機及軟件系統組成。管廊運管人員將具有不同編碼的信息鈕安放于被巡檢的設備或線路上，并將信息鈕編碼及對應安放地點存于計算機中。在巡檢人員用巡更棒與該處信息鈕進行接觸時，該信息鈕編號被讀入巡更棒中，并與巡更棒內置的時鐘記錄時間一起構成有效的巡檢數據。這些識讀器內的巡檢數據將由巡檢人員通過計算機內的軟件定期讀入計算機中。

7監控中心計算機系統

監控中心計算機系統通過集成前端監控系統中的各子系統，可實現數據處理、分析和存儲以及業務管理和應急指揮等功能。系統應包含服務器及各子系統監控計算機，其中，服務器通過安裝信息化監控管理平臺客戶端，實現對監控系統進行整體業務管理和數據管理以及對計算機系統中各設備的整體管理和控制。

8設備供電、接地與安裝

綜合管廊監控與報警系統設備均按不低于二級負荷考慮，要求雙回路供電，且兩路電源互為熱備，并設置不間斷供電電源。系統應采用每個防火分區單獨供配電的方式，要求提供兩路電源，且每個防火分區配置單獨的UPS為監控與報警設備供電。

一般電氣工程在綜合管廊內部均設有通長接地干線，布設在監控與報警系統機箱以外的現場設備需通過接地導線連接至通長接地干線；布設在機箱內的設備應在機箱中設置接地匯流排；箱內設備通過接地導線連接至接地匯流排，接地匯流排引出接地導線與管廊內的通長接地干線連接，監控與報警系統接地電阻≤1Ω。

以往工程中，為安裝方便，除在設備夾層內布置現場監控與報警設備外，管廊內部也有不少采用貼廊內墻壁的安裝方式，待管廊建成完畢后，特別是管線敷設完成后出現不少管道或電纜遮擋住設備的現象，嚴重影響設備的運行與操作。故建議管廊內部的現場監控與報警設備宜先固定在底座安裝板上，再整體安裝在廊道內支架上，方便后期運管人員觀察與操作。

9結語

由于綜合管廊監控與報警系統子項繁多，且系統延伸性與擴展性較強，經過多年發展，新理念與新技術層出不窮，技術規范修訂也較為頻繁，但出不少技術問題在現場施工與后期使用中仍突顯，只有不斷總結完善，才能保證系統運行安全、方便、合理、經濟、高效。

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綜合管廊監控與報警系統設計淺析

李蕊 / 付浩程

(中國市政工程西南設計研究總院有限公司，四川 成都 610081)

摘要通過分析綜合管廊監控與報警系統設計、施工及后期運管中需要注意的問題，對通信、廊內設備與環境監控、火災監測、自動報警及消防聯動、IP電話、無線對講、視頻監控、入侵監測與無線電子巡更、監控中心計算機等系統進行探討，初步給出各項系統的設計方案，并對優化綜合管廊報警與監控系統構建提出部分建議。

關鍵詞綜合管廊監控與報警系統通信網絡信息化管理平臺設備供電接地與安裝