城市地下綜合管廊自動化監(jiān)控系統(tǒng)分析

代義德，薛鵬

（廣州廣鋼金業(yè)集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510380）

城市地下綜合管廊自動化監(jiān)控系統(tǒng)分析

代義德，薛鵬

（廣州廣鋼金業(yè)集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510380）

城市地下綜合管廊作為高度集約的管線工程被越來越多的應(yīng)用到城市規(guī)劃建設(shè)當(dāng)中來，為了保障城市地下綜合管廊的長期可靠運行，在管廊內(nèi)布置了各類設(shè)備設(shè)施，組成了綜合性的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)全天候不間斷的監(jiān)視與運行操作，從而達(dá)到監(jiān)控、預(yù)警、安全防范的作用。本文對綜合管廊的自動化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，闡述了綜合管廊自動化系統(tǒng)的組成和功能。

城市；綜合管廊；自動化監(jiān)控

綜合管廊是目前世界發(fā)達(dá)城市普遍采用的市政基礎(chǔ)工程，是一種集約度高、科學(xué)性強(qiáng)的城市綜合管線工程。目前在用的綜合管廊布置了各類能源管線，包括高中低壓的電力電纜、各類通信電纜、冷熱供水、供氣管線等，部分大型管廊承擔(dān)著一個城區(qū)幾乎所有的電力、熱力、供水、通訊所需，基于此，綜合管廊的安全可靠運行就顯得尤為重要。綜合管廊自動化監(jiān)控系統(tǒng)就是為了保障綜合管廊的長期平穩(wěn)運行，提供良好的運行環(huán)境，同時實時監(jiān)測管廊的運行狀態(tài)而設(shè)計的，包含照明、通風(fēng)、排水、環(huán)境監(jiān)控、視頻監(jiān)控、消防報警、智能巡視等設(shè)備或系統(tǒng)。從運行平臺上劃分，綜合管廊的自動化監(jiān)控系統(tǒng)又可分為視頻監(jiān)控平臺、消防及報警聯(lián)動平臺、設(shè)備運行監(jiān)視與控制平臺及智能巡檢平臺。本文根據(jù)當(dāng)前綜合管廊的實際運行情況，介紹了自動化監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能，對可以優(yōu)化的部分提出一些建議。

1 城市地下綜合管廊結(jié)構(gòu)和布局

綜合管廊的結(jié)構(gòu)主體以預(yù)制的鋼筋混凝土為主，單倉呈“口”字型，一般十米左右為一段，將各個段拼接起來，構(gòu)成長距離的綜合管廊。綜合管廊置于地下，為了不對城市的建設(shè)造成影響，更多的將管廊布置在公路中間的綠化帶下。根據(jù)艙室的不同，管廊分為單艙、雙艙、三艙、四艙和特殊結(jié)構(gòu)艙等，目前國內(nèi)最多已經(jīng)做到七艙。各個艙室之間相對獨立，用以布置不同的管線。管廊的結(jié)構(gòu)和布局示意圖如圖1。

綜合管廊根據(jù)不同的需要，可以布置中高壓電力電纜、低壓電力電纜、通信電纜、供水管道、排水管道、熱力管道、天然氣管道等。由于不同的管線對運行環(huán)境的要求不同，所以大型管廊將不同的管線布置在不同的艙室內(nèi)進(jìn)行物理空間隔離，將運行環(huán)境相似的管線布置在同一個艙室內(nèi)。新規(guī)劃建設(shè)的管廊將依據(jù)2015年新修訂的《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》的要求進(jìn)行設(shè)計和施工。

圖1 綜合管廊結(jié)構(gòu)和布局示意圖

2 綜合管廊自動化監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能

綜合管廊處于地下，且線路較長，容易形成潮濕的環(huán)境甚至受到水浸的影響，加上管廊建設(shè)之時往往是城區(qū)建設(shè)未完之際，大量的市政和樓宇建設(shè)會導(dǎo)致地面沉降，對管廊的結(jié)構(gòu)和設(shè)備設(shè)施造成很大的破壞，使管廊的伸縮縫破裂漏水，有時甚至引起管廊結(jié)構(gòu)體斷裂。另外一方面，管線設(shè)施也容易對管廊的運行造成很大的威脅，如供水、供暖管道的破裂會造成管廊內(nèi)大量積水，損壞設(shè)備設(shè)施，威脅人身安全；電力電纜的損傷或過負(fù)荷會導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生；天然氣等易燃易爆管線會造成泄露、爆炸等極其嚴(yán)重的事故。管廊內(nèi)也容易聚集有毒有害氣體，容易出現(xiàn)蚊蟲鼠害等情況，綜合管廊的運行壓力相比一般樓宇要大得多。

綜合管廊的自動化監(jiān)控系統(tǒng)就是為了應(yīng)對這些運行狀況而設(shè)計的一整套監(jiān)控設(shè)備和子系統(tǒng)的總稱，包括供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、防入侵系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、護(hù)套環(huán)流監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、自動巡檢系統(tǒng)及各類傳感器和設(shè)備運行所依賴的監(jiān)測報警系統(tǒng)等。各個設(shè)備和系統(tǒng)之間相互獨立，又彼此連接，組成了一個先進(jìn)的自動化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。典型的綜合管廊自動化監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2。

下面從綜合管廊自動化監(jiān)控系統(tǒng)的四個平臺分別介紹其組成和功能。

2.1 綜合管廊消防報警平臺

為了保障綜合管廊在發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故時能及時發(fā)現(xiàn)并撲救火災(zāi)，需要在管廊內(nèi)設(shè)置消防及報警系統(tǒng)，不間斷監(jiān)測管廊內(nèi)的消防狀態(tài)，在發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故時與消防廣播、風(fēng)機(jī)、自動滅火裝置等聯(lián)動，進(jìn)行人群的疏散和火災(zāi)的撲滅。

圖3 典型的綜合管廊消防系統(tǒng)示意圖

綜合管廊的消防報警系統(tǒng)有兩種，一種是在每個防火分區(qū)內(nèi)獨立設(shè)置區(qū)域報警控制器，將感溫探頭、感煙探頭、手動報警裝置、消防廣播及與風(fēng)機(jī)的聯(lián)動信號接入控制器。另一種采用感溫光纖進(jìn)行測溫，現(xiàn)場的手動報警裝置和消防廣播等設(shè)備連接至消防報警系統(tǒng)，通過消防報警系統(tǒng)和光纖測溫的聯(lián)動，實現(xiàn)全程消防報警監(jiān)視與控制。典型的綜合管廊消防系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

使用感溫光纖的分布式測溫系統(tǒng)除了在監(jiān)測方式方面有不同之外，其他的消防報警控制類似，所具有的功能也基本一致。感溫光纖的精確度達(dá)到米級，且靈敏度高、反饋及時、故障率低，施工時只需要將感溫光纖布置在管廊頂部或管線上方合適的位置即可，節(jié)約空間，減少了線纜連接，是目前選擇較多的一種感溫探測方式。分布式感溫光纖系統(tǒng)的示意圖如圖4所示。

圖4 分布式感溫光纖系統(tǒng)示意圖

與消防報警系統(tǒng)聯(lián)動的是自動滅火系統(tǒng)。根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》的要求，城市地下綜合管廊必須配備自動滅火系統(tǒng)，但由于缺少具體的綜合管廊消防規(guī)范，目前新建的綜合管廊都很難通過消防驗收，各大設(shè)計院也只能根據(jù)類似環(huán)境設(shè)計和布置自動滅火系統(tǒng)。隨著城市地下綜合管廊的建設(shè)規(guī)模越來越大，相信消防報警與自動滅火的相關(guān)規(guī)范和細(xì)則也會很快出臺。典型的消防報警與自動滅火系統(tǒng)配置如圖5。

2.2 綜合管廊設(shè)備監(jiān)視及控制平臺

綜合管廊的照明、通風(fēng)、排水、供配電、門禁、防入侵、護(hù)套環(huán)流、環(huán)境監(jiān)測等設(shè)備和系統(tǒng)組成了設(shè)備監(jiān)視及控制平臺。這個平臺不僅可以監(jiān)視管廊的運行狀態(tài)，監(jiān)控設(shè)備運行狀況，還可以根據(jù)管廊的實際情況進(jìn)行設(shè)備的操作，從而滿足日常巡查、維護(hù)、施工作業(yè)等各種工作需要。監(jiān)控平臺通常以工控軟件構(gòu)建的監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場的PLC或ACU來采集各類設(shè)備和傳感器信息，并控制相應(yīng)的操作。圖6是某項目采用Wincc軟件開發(fā)的監(jiān)視與控制平臺。

圖6 某項目采用Wincc軟件開發(fā)的控制平臺

圖5 典型的消防報警與自動滅火系統(tǒng)配置圖

通過類似的控制平臺，不僅可以控制綜合管廊內(nèi)照明、風(fēng)機(jī)、水泵的開啟和關(guān)閉，還可以實時監(jiān)測防入侵系統(tǒng)、視頻監(jiān)控設(shè)備、智能巡檢設(shè)備、供電設(shè)施及環(huán)境的狀態(tài)及其他運行平臺的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)對管廊的全方位監(jiān)管，在發(fā)生異常情況時及時處置。

2.3 視頻監(jiān)控平臺

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)、管理服務(wù)器、操作平臺軟件及其他附件組成，在每個防火分區(qū)的出入口、投料口或關(guān)鍵設(shè)備等位置布置監(jiān)控攝像機(jī)，監(jiān)控管廊內(nèi)人員和設(shè)備的情況。典型的視頻監(jiān)控平臺如圖7。

圖7 視頻監(jiān)控平臺

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也使視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備更加智能化，為綜合性的監(jiān)控平臺的打造提供了更加便利的方式，在部分融合度較高的自控平臺中，已經(jīng)將視頻監(jiān)控系統(tǒng)融入到設(shè)備監(jiān)控與控制平臺中并與防入侵和門禁系統(tǒng)聯(lián)動。從實際運行效果來看，綜合性的監(jiān)控平臺能展示更多的設(shè)備信息，通過一個監(jiān)控終端即可實現(xiàn)大部分設(shè)備設(shè)施的監(jiān)視與控制，更加有利于綜合管廊的整體監(jiān)控與緊急情況下的應(yīng)急決策。

2.4 自動巡檢平臺-巡檢機(jī)器人

綜合管廊的運維一般通過人工的巡查和維護(hù)來實現(xiàn)，但大部分管廊距離遠(yuǎn)、管線長，單純的人工巡查將耗費大量的人工成本且效率低下。巡檢機(jī)器人的引入，將節(jié)約大量成本，提高巡查效率，同時也增加了監(jiān)測手段，彌補(bǔ)了人工巡查中的不足。

目前國內(nèi)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，巡檢機(jī)器人也在電站、大型生產(chǎn)車間或流水線上開始使用，在綜合管廊里使用巡檢機(jī)器人也已經(jīng)有成功的案例。從技術(shù)上而言，巡檢機(jī)器人的功能類似，一般配備紅外高清攝像頭、紅外熱像儀、各類溫濕度和有毒有害氣體傳感器等，能實現(xiàn)現(xiàn)場音頻的實時傳輸，在監(jiān)控室就可以實時查看管廊內(nèi)部狀況，記錄管線設(shè)施的運行狀態(tài)。國內(nèi)知名的深圳朗馳（圖8）、中信重工、浙江國自、普華靈動等一大批機(jī)器人公司正瞄準(zhǔn)城市地下綜合管廊巡檢機(jī)器人的巨大市場，開發(fā)符合綜合管廊運行環(huán)境的巡檢機(jī)器人產(chǎn)品，并在降低成本的同時逐步小型化、專業(yè)化，為將來綜合管廊全方面的安全運行提供技術(shù)保障。

圖8 深圳朗馳公司開發(fā)的綜合管廊巡檢機(jī)器人

3 結(jié)語

城市地下綜合管廊的運營一般都超過20年，專業(yè)的自動化監(jiān)控平臺是管廊安全、長期、可靠運行的關(guān)鍵部分之一，正基于此，在綜合管廊自動化監(jiān)控平臺的設(shè)計時，往往從工業(yè)控制的角度去考慮，更多關(guān)注長期穩(wěn)定的運行，從而減少后期的維護(hù)成本，也更加注重數(shù)據(jù)的收集和分析，使監(jiān)控平臺從自動化向智能化、智慧化邁進(jìn)。目前國內(nèi)BIM技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，將來自動化監(jiān)控平臺也將融合BIM技術(shù)，實現(xiàn)更加精準(zhǔn)、高效的監(jiān)視與控制，更加智慧化的數(shù)據(jù)處理與輔助決策，從而進(jìn)一步降低綜合管廊的運營成本，提高運營的安全性。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主編．城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范[S]，GB 50838-2015．北京：中國計劃出版社，2015．

[2]劉海明主編．建筑工程新技術(shù)及應(yīng)用[M]．江蘇：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2016．

[3] 劉應(yīng)明等編著．城市地下綜合管廊工程規(guī)劃與管理[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016．

[4] 中國建筑工業(yè)出版社編．城市地下綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)匯編[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017．

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