城市綜合管廊工程電氣自控設(shè)計(jì)探討

陶 清

湖南華億電子工程有限公司，湖南株洲 412000

城市綜合管廊也叫作共同溝，即在地下進(jìn)行公用空間的搭設(shè)，然后將城市各個(gè)管線(xiàn)在這一空間中進(jìn)行集中敷設(shè)。同時(shí)，綜合管廊中還有投料口、檢修口以及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合管廊的實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理。在城市綜合管廊工程建設(shè)過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照規(guī)定要求進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，特別是電氣自控設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持科學(xué)合理的設(shè)計(jì)原則，對(duì)城市綜合管廊的概念進(jìn)行充分掌握，根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，保證綜合管廊電氣系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性與可靠性，從而充分發(fā)揮出城市綜合管廊的各項(xiàng)功能。文章主要探討城市綜合管廊工程的電氣自控設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 綜合管廊發(fā)展歷程

1.1 國(guó)外綜合管廊發(fā)展

綜合管廊最初在國(guó)外出現(xiàn)，其研究歷史目前已達(dá)兩百年左右。隨著科技水平的不斷上升，綜合管廊得到了迅速發(fā)展。近年來(lái)，城市綜合管廊工程數(shù)量越來(lái)越多，規(guī)模越來(lái)越大，其功能也逐漸向著多樣化方向發(fā)展。1833年，綜合管廊開(kāi)始在法國(guó)巴黎出現(xiàn)，最初是為了改善城市環(huán)境、解決地下管線(xiàn)布設(shè)雜亂等問(wèn)題。調(diào)查研究表明，目前巴黎綜合管廊的長(zhǎng)度已經(jīng)超出100km，屬于比較完善的綜合管廊系統(tǒng)。在巴黎之后，漢堡、倫敦等一些大型城市也逐漸開(kāi)始建設(shè)綜合管廊工程。從上個(gè)世界開(kāi)始，許多發(fā)達(dá)國(guó)家，如日本、美國(guó)等也開(kāi)始了城市綜合管廊的興建事業(yè)。

1.2 國(guó)內(nèi)綜合管廊發(fā)展

盡管綜合管廊已經(jīng)發(fā)展了約兩百年，但是相較于發(fā)達(dá)國(guó)家，國(guó)內(nèi)在綜合管廊的研究與建設(shè)上時(shí)間較短，起步較晚，并且主要在大城市集中建設(shè)，如北京、上海及成都等地區(qū)。許多城市并未開(kāi)始綜合管廊建設(shè)工作。20世紀(jì)90年代初，上海建設(shè)了國(guó)內(nèi)首個(gè)綜合管廊，其規(guī)模和距離都比較大，總長(zhǎng)達(dá)到11.125km，主要包含四種管線(xiàn)，即供水、供電、煤氣以及通訊管線(xiàn)。2006年，北京建設(shè)了國(guó)內(nèi)第二個(gè)綜合管廊工程。調(diào)查研究顯示，綜合管廊具有很高的應(yīng)用價(jià)值，其應(yīng)用和推廣前景非常廣闊[2]。

2 城市綜合管廊工程電氣自控設(shè)計(jì)

2.1 工程概況分析

某一占地面積約60公頃、建筑面積約70萬(wàn)m2的高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，其地塊被劃分為12個(gè)，主要功能為科研辦公，其他功能包括試驗(yàn)室以及市政用地等。在該高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)，所有建筑都要設(shè)置電力設(shè)施、給排水設(shè)施、通信設(shè)施以及溫度調(diào)節(jié)設(shè)施等。該地區(qū)綜合管廊的形狀為矩形，以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，長(zhǎng)度2.4km，高度2.5m，埋深6m，人行通道寬度為1m。綜合管廊主要在綠化帶下部區(qū)域鋪設(shè)，部分管廊鋪設(shè)在人行道及道路交叉區(qū)域下部。

在城市綜合管廊建設(shè)施工中，必須嚴(yán)格按照以下原則進(jìn)行：首先，如果管線(xiàn)與管線(xiàn)之間沒(méi)有干擾問(wèn)題，則將其在同一個(gè)艙室內(nèi)設(shè)置。如果管線(xiàn)和管線(xiàn)之間相互干擾，根據(jù)實(shí)際情況將其在不同艙室內(nèi)設(shè)置；其次，熱力管線(xiàn)與電力管線(xiàn)需要在不同艙室中分設(shè)；最后，通訊管線(xiàn)與高壓輸電管線(xiàn)需要在不同艙室中分設(shè)。在以上三個(gè)原則的指導(dǎo)下，該地區(qū)綜合管廊共設(shè)置電艙、冷水艙和熱水艙三個(gè)艙室。電艙中鋪設(shè)電力管線(xiàn)及電纜，冷水艙中鋪設(shè)制冷供水管道及回水管道，并將兩層弱電電纜及其支架設(shè)置在冷水艙單側(cè)上部位置。熱水艙中鋪設(shè)給水管道、噴淋管道、生活用水管道、供熱管道以及消防栓管道等[3]。

高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)有著比較全面的綜合管廊系統(tǒng)，涉及給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，防火分區(qū)每隔200m進(jìn)行設(shè)置，數(shù)量12，并利用防火墻進(jìn)行分隔。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，所有防火區(qū)必須有投料口及通風(fēng)口的設(shè)置，投料口同樣可用作逃生出口。同時(shí)各個(gè)地塊需要有接口留出，便于迅速有效地接入各個(gè)工程管線(xiàn)。

2.2 供配電系統(tǒng)

2.2.1 供電系統(tǒng)

在綜合管廊整個(gè)電氣系統(tǒng)中，屬于二級(jí)負(fù)荷的設(shè)備有應(yīng)急照明、消防、報(bào)警以及監(jiān)控設(shè)備，其他為三級(jí)負(fù)荷設(shè)備。綜合管廊長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，所以供電采取10kV高壓供電。在考慮到低壓電源的供電半徑后，將2臺(tái)變電站安裝在綜合管廊中，負(fù)責(zé)為其中的全部用電設(shè)備提供電源。各個(gè)防火區(qū)中都要進(jìn)行相應(yīng)配電單元的設(shè)置，并進(jìn)行電能計(jì)量裝置的安裝。供電方式為交流220/380V三相五線(xiàn)，配電系統(tǒng)為T(mén)N-S低壓配電系統(tǒng)。對(duì)于普通設(shè)備，電纜需要具備良好的阻燃性能；對(duì)于火災(zāi)發(fā)生時(shí)仍要工作的設(shè)備，需要選取礦物絕緣電纜。同時(shí)，為防止因意外斷電導(dǎo)致安全事故，綜合管廊中還進(jìn)行了EPS應(yīng)急電源的配置，數(shù)量為3，以此滿(mǎn)足意外斷電時(shí)的消防以及照明需求。除此之外，還要沿著綜合管廊的線(xiàn)路安裝檢修插座，插座等級(jí)為IP54，容量為15kV，布設(shè)間距為50m，高度則為0.5m。

2.2.2 照明系統(tǒng)

照明設(shè)備包括正常照明與應(yīng)急照明兩種。一般來(lái)說(shuō)，綜合管廊中的照度設(shè)置在501x，這樣可以方便人們通行，為管線(xiàn)檢修工作提供便利。通常來(lái)說(shuō)，管廊內(nèi)部的照明設(shè)備只有在檢修階段才開(kāi)啟。設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮到實(shí)際情況將照度適當(dāng)增加，以免造成能源浪費(fèi)現(xiàn)象。適當(dāng)增加進(jìn)出口部位、設(shè)備操作部位的照度。此外，在綜合管廊內(nèi)部，疏散照明設(shè)備的亮度不可低于0.51x，應(yīng)急電源的供電時(shí)間應(yīng)當(dāng)持續(xù)在1h以上。采用具備防水、防潮功能的燈具作為照明燈具，防護(hù)等級(jí)在IP54以上，并對(duì)其進(jìn)行必要保護(hù)，以免外力作用損壞燈具。為節(jié)約電能，采取LED節(jié)能光源作為照明光源，安全出口指示燈應(yīng)當(dāng)設(shè)置在所有出入口、防火門(mén)上部。管線(xiàn)輻射大多沿著管廊側(cè)壁進(jìn)行，以此在側(cè)壁上安裝指示燈難度較大，管線(xiàn)、設(shè)備等也可能會(huì)擋住指示燈，一般采取吸頂方式進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝，并進(jìn)行熒光反射標(biāo)識(shí)的設(shè)置[4]。

2.2.3 電纜的選擇和敷設(shè)

該綜合管廊長(zhǎng)度較長(zhǎng)，在選擇電纜截面時(shí)需要認(rèn)真計(jì)算電壓降，一旦無(wú)法滿(mǎn)足相關(guān)要求，需要根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加電纜截面，保證各個(gè)設(shè)備運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性。該工程照明支路的最大距離已經(jīng)達(dá)到300m左右，因而選用0.45/0.75kV（3×6）mm2阻燃電纜用作照明配電；該工程消防排風(fēng)供電的最大距離達(dá)到230m左右，因而選用1kV（4×10）mm2的礦物絕緣電纜作為消防排風(fēng)供電。

2.3 自控系統(tǒng)

利用百兆光纖的以外網(wǎng)將控制中心與各個(gè)區(qū)域的控制站連接起來(lái)，各個(gè)區(qū)域的管廊內(nèi)部溫濕度、氧含量、排水泵以及排風(fēng)機(jī)等設(shè)備由PLC控制站負(fù)責(zé)控制；管溝內(nèi)部設(shè)備的控制方式分為兩種，即手動(dòng)控制與自動(dòng)控制。前者通過(guò)人口操作控制箱的按鈕進(jìn)行，后者通過(guò)中央計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行。利用控制箱的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)控制與自動(dòng)控制之間的轉(zhuǎn)換；各個(gè)防火分區(qū)中設(shè)置1個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，用于檢測(cè)溫度傳感器、濕度傳感器及氧量監(jiān)測(cè)儀；在積水坑中設(shè)置浮球液位開(kāi)關(guān)。將液位監(jiān)測(cè)高位報(bào)警設(shè)備設(shè)置在積水坑中，將該區(qū)域中的管道閥門(mén)關(guān)閉；在正常條件下，排風(fēng)機(jī)與排煙機(jī)發(fā)揮通風(fēng)換氣功能，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，一旦發(fā)生火災(zāi)，這些設(shè)備則發(fā)揮排煙功能，通過(guò)消防控制室進(jìn)行控制。

2.4 消防通風(fēng)系統(tǒng)

將感煙探測(cè)器安裝在綜合管廊的頂部中央，布設(shè)間距控制在15m以?xún)?nèi)；將手動(dòng)報(bào)警按鈕設(shè)置在所有防火分區(qū)的入口位置，其間距控制在60m以?xún)?nèi)，并距離地面1.4m；消防對(duì)講電話(huà)每隔40m設(shè)置，設(shè)置位置為地下綜合管溝內(nèi)部、各區(qū)域設(shè)備之間，消防對(duì)講電話(huà)底部與地面的距離控制在1.4m；報(bào)警警鈴應(yīng)當(dāng)設(shè)置在各個(gè)防火區(qū)的中部，并且安裝在頂板下。

2.5 安全防范系統(tǒng)

安防系統(tǒng)主要包括閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)以及防盜報(bào)警系統(tǒng)這三個(gè)子系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)加以注意；在控制中心上設(shè)置閉路監(jiān)控機(jī)房，將機(jī)柜監(jiān)視器設(shè)置在各個(gè)區(qū)域的設(shè)備之間；將門(mén)禁讀卡器設(shè)置在綜合管廊的所有檢修口位置、區(qū)域設(shè)備門(mén)口位置等。將防盜報(bào)警探測(cè)設(shè)備設(shè)置在綜合管廊的所有進(jìn)料口、檢修口、區(qū)域設(shè)備之間的位置，一旦出現(xiàn)非法入侵現(xiàn)象能夠及時(shí)報(bào)警。選擇紅外微波雙鑒探測(cè)器作為防盜報(bào)警探測(cè)器；在各個(gè)防火分區(qū)中，采取吸頂安裝方式，每隔約200m進(jìn)行1臺(tái)球型攝像機(jī)的設(shè)置，實(shí)時(shí)監(jiān)視和跟蹤綜合管廊內(nèi)部狀況。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著城市土地資源越來(lái)越緊張，綜合管廊在城市規(guī)劃建設(shè)中的地位也越來(lái)越高。在城市中建設(shè)綜合管廊工程，不僅可以緩解用地緊張局面，還能有效保護(hù)管線(xiàn)，降低管線(xiàn)鋪設(shè)對(duì)城市路面的破壞。供電距離長(zhǎng)、容量分散等是綜合管廊電氣系統(tǒng)的主要特點(diǎn)，這就要求設(shè)計(jì)師做好綜合管廊工程電氣自控設(shè)計(jì)工作，確保設(shè)計(jì)科學(xué)合理，有效保證綜合管廊電氣自控系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性與可靠性。