地下綜合管廊監控與報警實訓系統探討與實踐
——以浙江建設職業技術學院為例

胡力勤,趙和平

HU Liqin，ZHAO Heping

(1.浙江建設職業技術學院,浙江 杭州 311231；2.浙大網新電氣技術有限公司,浙江 杭州 310027)

近年來,我國綜合管廊建設在全國各地如火如荼開展,GIS、BIM、智能化控制系統等新技術應用于管廊建設。為推動地方經濟發展,培養大量社會急需的建設人才,根據《國務院關于加快發展現代職業教育的決定》《浙江省人民政府關于加快發展現代職業教育的實施意見》文件指示,浙江建設職業技術學院積極探索改革人才培養方案,依托浙江省高職優質校、優勢專業、特色專業項目建設,創新建設先進綜合管廊實訓基地,為人才培養打下堅實的基礎。綜合管廊實訓基地如何建？建哪些內容？如何發揮實訓基地的最大優勢？面對這些新課題,教師團隊通過充分調研,以“來源于真實工程,演變于真實工程,高于實際工程技術”為建設目標,把綜合管廊實訓基地建設成為融教學、科研、工程研發、崗位培訓于一體的多功能平臺,既滿足實踐教學要求,又充分反映現代綜合管廊主流技術,在全面反映綜合管廊土建結構施工細節的基礎上,集成展示各項最新智能化技術應用與研究,著力打造綜合管廊監控與報警實訓系統。

1　綜合管廊監控與報警實訓系統建設定位

綜合管廊監控與報警實訓系統以綜合管廊為監測對象,基于各類智能化信息的綜合應用,集架構、系統、應用、管理及優化組合為一體,具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力,運行在統一平臺下,集成展示智能化巡檢、運維操作。

首先,應滿足教學需要,使學生能夠在“教、學、做”的教學模式下,學習綜合管廊監控與報警控制系統的相關知識,了解綜合管廊監控與報警控制系統的內容,及其包含的子系統，如：環境監控、安防等子系統,了解該控制系統的工作過程,并進行系統安裝和調試的訓練,增強學生的動手能力,滿足工作技能的需求,提高核心競爭力。其次,應成為教師進行科學研究的場所,以項目研究提升教師的科研水平,產學研相結合,間接提升教師實踐能力,提升教學質量。最后,應成為行業協會最新技術展示、人員交流、崗位培訓、技能比武的好場所。

2　綜合管廊監控與報警實訓系統建設方案

綜合管廊監控與報警實訓系統以計算機、通訊、電子等技術為基礎,以集中管理、分散控制、統一管理平臺開展安全控制系統實訓。安全控制系統實訓包括五方面：

1)管廊本體的健康與沉降、滲水監測與報警聯動；

2)火災監測與報警聯動；

3)非法入侵監測與報警聯動；

4)有毒氣體泄露監測與報警聯動；

5)電源監測與報警。

監控與報警實訓系統具有范圍廣、內容多、技術變化快的特點。監控與報警實訓系統從控制設備安裝、系統調試、智能巡檢運行入手,開展實踐教學活動。實踐教學平臺還需模擬仿真為上級平臺預留數據上傳接口、接受上級平臺調度指令,對內實現各子系統統一的監控和管理,便于監控、運維和搶修；對外實現區域或地域級的監控、調度、管理。監控與管理實訓系統統一管理平臺尚需預留與各管線單位互聯互通需求的傳輸接口。綜合管廊與管理平臺見圖1。

2.1　監控與報警實訓系統控制模塊配置

2.1.1環境與設備監控模塊

具有對綜合管廊內部環境參數采集、監測、報警聯動。環境參數采集包括各艙溫濕度、O2含量、H2S濃度、CH4濃度、污水溫度、集水坑水位等。監控中心將實時采集到的數據存儲、分析,設定閾值；當環境參數超標時,發出報警信號,并啟動風機進行通風或者啟動排水泵排水；當燃氣倉CH4濃度超標時,監控中心需第一時間將報警信號傳輸給燃氣公司通訊界面,由燃氣公司關閉泄漏點就近閥門。

設備監控功能。通過ACU對管廊實訓基地內附屬設施供配電系統、通風系統、照明系統、排水系統等進行監測和控制，并達到降低能源消耗、節省人力、提高管理水平的目的。設備控制方式采用就地手動、自動和遠程控制。[1]在滿足管廊內人員安全或環境控制要求的前提下,以節能和方便運行管理為目標,實現最大限度的節能和優化控制。

1)照明控制：綜合管廊內人行通道上一般照明的平均照度不應小于15 lx,最小照度不應小于5 1x,在人員出入口和設備操作處的局部照度應提高到100 lx。綜合管廊采用光導管系統,實施自然、綠色照明,共在50 m內設置 8個光導井,照度傳感器采

圖1　綜合管廊監控與管理平臺示意圖

集照度與規定參數比較,對管廊室內照明采用智能化運行模式,并對各區域進行獨立的自動化控制,實現人到燈亮,人走燈滅的節能管理目標,最大限度降低運營成本。

2)爆管監測：在水倉各種管道上安裝壓力傳感器,系統實時采集管道壓力數據,便于及時發現、及時處理故障。在每個區段最低處安裝液位開關,水管爆管事故發生時,溝內水位上升報警,用于監測爆管事故。

3)排水控制：在積水坑內設置液位傳感裝置,系統根據采集的液位數據,自動啟、停排水泵,對坑內水位進行控制。

4)通風控制：根據設定參數自動啟動風機,進行降溫、換氣,保證管廊空氣環境達到健康標準。當接收到火災報警信息時,綜合管廊實訓基地內通風系統停止運行。

5)配電間內的配電控制柜進線運行三相電壓、電流、功率、電能、無功功率信號采集；變壓器的溫度、斷路器閉合、斷開狀態采集。

6)沿線人員出入口電控井蓋狀態采集與控制。

7)管廊健康采集與控制：管廊健康檢測系統重點關注基礎重點部位，進行實時在線的沉降監測,防止管廊沿線下沉或下沉不均勻導致廊內管線破損。對于預制拼裝方式的綜合管廊,應在接縫處設置 2 個沉降監測點。每個沉降監測點選用1臺靜力水準儀,適用于測量綜合管廊多點的相對沉降。

2.1.2安全防范模塊

安全防范模塊包括入侵報警系統、門禁控制系統、視頻監控系統、電子巡查系統、安防集成平臺。在安防集成平臺的技術上,綜合處理有人非法闖入信息。

根據國家標準要求,在綜合管廊內的投料口、通風口、出入口、電子井蓋布設紅外探測器,當非巡查維護時段之內有人員進入管廊時,向監控中心報警信息。門禁報警系統對綜合管廊3個主要出入口布設,管理人員的進出,并實時記錄出入信息。三維人臉識別網絡型視頻監控系統,主動識別管廊三個主要出入口出入人員,并將網絡視頻信號傳輸至監控中心時記錄,圖像記錄保存時長大于30 d。設置巡查系統,由監控中心按計劃實施巡查計劃,設備定位,巡查維護人員定位。安防集成平臺將以上信息集成處理,降低誤報,實施入侵系統與視頻聯動、門禁系統與視頻監控聯動、電子巡查系統結合GIS技術與視頻監控系統聯動,在安防系統集成平臺上實現基于網絡可視化平臺集成與設備管理。

2.1.3GIS模塊

綜合管廊設置地理信息系統,且具有綜合管廊和內部各專業管線基礎數據管理、圖檔管理、管線拓撲維護、數據離線維護、維修與改造管理、基礎數據共享等功能。[2]通過藍牙和WIFI技術實現定位,具有豐富的圖形展示效果,為綜合管廊統一管理信息平臺提供人機交互界面。在綜合管廊內主要設備上安裝藍牙巡更設備,配合基于移動端APP,完成從實訓統一平臺上派出巡檢任務單,按任務單巡檢主要設備,檢修替換,完成巡檢。管廊數據采集見表1。

2.1.4統一實訓平臺模塊

統一實訓平臺模塊安裝在監控中心的電腦上,支持眾多的標準通訊協議和各種網絡架構,提供人機交互界面,實現信息采集、數據存儲、數據分析、數據處理、應急管理、聯動控制等進行綜合處理。統一實訓平臺對各子系統進行系統集成,并為上級平臺預留數據上傳接口、接受上級平臺調度指令,對內實現各子系統統一的監控和管理,便于監控、運維和搶修,對外實現區域或地域級的監控、調度、管理[3]。

統一實訓平臺具有演示教學功能,按照教學的要求,設計數十個演示場景,以便管廊內進行演示內容展示,在監控中心有全部實訓教學流程與說明,配合GIS系統,能在監控中心接收到動態位置信息、圖像信息、每臺設備的參數、運行狀態等。

統一實訓平臺承擔綜合管廊運維的狀態評估與預測、安全預警、維修與養護決策等任務仿真,能處理安全事故等應急突發事件,聯動控制。根據安全事故等監測數據,自動實現設備的啟動和關閉。對數據分類整理,運用數據挖掘技術，實施運維統計和報表管理,建設資料數據查詢與管理,用戶權限管理,操作日志存儲與檢索管理,數據規范化管理。通過按既定策略的深層次分析,從全局角度對數據進行處理與判斷,得出管廊實時結構健康評分,提出相應的維修和保養措施[4]。

表1　管廊數據采集表

2.1.5火災自動報警及聯動模塊

設置防火門監控系統、自動滅火系統、智能疏散系統、聲光報警裝置與消防應急廣播等。在燃氣倉布設可燃氣探測報警裝置,在電力倉內,運用光纖感溫探測器對電力電纜溫度進行時時監測；在艙室頂部設置感煙火災探測器、手動報警按鈕等傳感器,偵測火災報警信息。光纖測溫主機對火災地點進行精確定位,向監控中心發送火災信息,包括火災發生位置、溫度信息、報警信息等。無論是感煙火災探測器或者可燃氣探測器、光纖感溫探測器,當各類型傳感器采集到火警,聯動防火分區內控制防火門、風機切斷非消防電源,門禁釋放,自動打開,應急照明系統啟動,智能疏散系統配合消防廣播播放逃生信息,導引逃生最佳路徑,保證人員快速撤離,自動滅火設備選用氣溶膠自動滅火系統進行滅火。

2.2　主要實訓項目

學生采用小組教學模式,共分成16組,每組3人,可進行控制系統主要設備安裝、編程、調試訓練,掌握所需的基本技能。見表2。

表2　實訓項目一覽表

3　結　語

通過綜合管廊監控與報警實訓系統建設,創新設計一個以統一的實訓平臺技術,集成聯動控制,防水、防火、防盜；借助GIS系統進行管線管理的信息化建設和管線運營的預警分析、事故處理,滿足為社會培養大量急需建設人才的需求。依托該基地教師建設團隊獲得浙江省公益項目2項,建設廳項目一項,教師較好開展產學研活動,推進教學質量的提高,為建立綜合管廊日常和應急狀態下的安全保障技術,使綜合管廊成為安全、節能空間,配合浙江省地方經濟技術發展的要求做出應有的貢獻。