城市綜合管廊工程電氣自控的應用

張志偉，張學群，楊 超

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300381）

城市綜合管廊也叫作共同溝，即在地下進行公用空間的搭設，然后將城市各個管線在這一空間中進行集中鋪設。同時，綜合管廊中還有投料口、檢修口以及監控系統的設置，以此實現對綜合管廊的實時監控與管理。在城市綜合管廊工程建設過程中，必須嚴格按照規定要求進行工程設計，特別是電氣自控設計。設計師應當堅持科學合理的設計原則，對城市綜合管廊的概念進行充分掌握，根據實際情況優化設計方案，確保綜合管廊電氣系統運行更加安全、更加穩定和更加可靠，進而充分發揮出城市綜合管廊的各項用途功能。文章主要探討城市綜合管廊工程的電氣自控設計要點。

1 綜合管廊發展歷程

盡管綜合管廊已經發展了約兩百年，但是相較于發達國家，國內在綜合管廊的研究與建設上時間較短，起步較晚，并且主要在大城市集中建設，如北京、上海和成都等地區。大多數城市還沒有開始綜合管廊建設工作。20世紀90年代初，上海建設了國內首個綜合管廊，其規模和距離都比較大，總長達到11.125千米，主要包含四種管網線，即供排水管網線、供電管網線、天然氣管網線和通訊管網線。2006年，北京建設了國內第二個綜合管廊工程。調查研究顯示，綜合管廊具有很高的應用價值，其應用和推廣前景非常廣闊。

2 工程項目實際應用

2.1 項目名稱

本工程項目名稱為：溫州市文昌路（溫州大道-甌海大道）地下綜合管廊工程。

2.2 項目建設背景

綜合管廊最早是在21世紀初期被提出來的，綜合管廊是一個城市建設深度與現代化建設進度的綜合反應。綜合管廊具有很多的優點，首先使用綜合管廊后管道的安裝、鋪設與后期的維護維修工作都不需要進行反復的開挖與填土工作。大大地減少了工作量，降低了工程成本。管廊內的管線也極大避免了與地下水和土壤發生接觸而產生銹蝕的情況，這大大延長了各條管道的使用時間，縮減了維修與維護的成本。使城市的地下空間更加的規范有秩序，避免了之前錯綜復雜的情況，保證了地下空間整體的系統性。

2.3 綜合管廊工程建設的必要性分析

文昌路地下綜合管廊工程的必要性和特殊性，有以下幾方面：

一是加快溫州市城市基礎設施建設步伐，實現城市經濟的高速發展的需要。二是支持龍灣創客小鎮建設的需要。三是實施《溫州市區市政架空線路“上改下”三年行動計劃》的需要。是文昌路遠期拓寬、快速路高架橋建設的需要。

2.4 電氣自動控制內容

本工程必須針對綜合管廊結構形式、管廊內管網線和附屬設備布置實際狀況建立健全日常監控管理系統。主要包括綜合管廊工程監控管理系統、安防管理系統和網絡通信系統，完善管廊的日常管理，增強管廊的安全性和防范能力。

2.4.1 環境監測系統

管廊內由于廢氣的沉積以及維修人員和微生物的活動勢必都會導致管廊內空氣中氧氣含量非常低。無論是為了確保管廊內工作人員的生命安全，還是為了減少通風次數，節約能源，都必須全生命周期地監控管廊內氧氣含量；由于管廊內相對封閉，管廊內電力電纜產生的熱量不容易散發出管廊，必須全生命周期地監控管廊內溫度；管廊內濕度過高，對電氣設備和自動化設備長期運行非常不利，必須全生命周期地監控管廊內空氣濕度。為此，必須在管廊每個防火分區內各設置1套氧氣、溫度、濕度檢測儀表。

2.4.2 設備監控系統

設備監控系統采用“分散控制、集中管理”的原則設置。由監控中心計算機系統及現場控制站組成，正常運行情況下可做到無人值守。

（1）計算機系統。管廊新建一座監控中心。監控中心控制室內設置的設備有監控工作站計算機、安防監控計算機、工業以太網光電交換機、各類數據服務器及相關輸入輸出設備。在監控中心可以監控管廊全部防火分區的運行。

設備監控工作站計算機通過工業以太網交換機跟現場控制站PLC控制器相互交流通訊，可以向PLC控制器發出控制指令，啟動或者暫停現場設備運行。計算機運用SCADA組態軟件操作平臺，顯示屏上可以生動形象地呈現出管廊內設備的控制模擬圖像，呈現設備運行狀態以及故障數據信息。設備監控工作站計算機能夠與火災自動報警系統后臺進行通訊，當收到火災報警信息時，使現場所有PLC控制器自動移交所有消防相關設備控制權限至火災自動報警控制器。安防監控計算機與安防主機及視頻監控主機通信，能夠實時接收到管廊內安防報警器的報警信號，并把有關位置的視頻監控圖像呈現在計算機屏幕上。監控中心設置的數據服務器和網絡服務器能夠組成一套完整的綜合管廊網絡監控平臺，工作人員可以通過Internet網絡連接至管廊監控專用平臺，可以通過移動電腦、PDA、智能手機等設備，隨時隨地了解綜合管廊的運行狀態，并可在一定權限下，控制管廊內設備的運行。

（2）現場控制站。綜合管廊每兩個防火分區設置一套PLC現場控制站。內裝1套PLC控制器、1臺工業以太網光電交換機及1臺UPS電源。PLC控制器自帶觸摸屏，能夠現場進行設備調試或程序設定。各PLC現場控制器之間通過工業以太網交換機100Mbps（1000Mbps）光纖網通訊并連接至監控中心監控計算機。傳輸介質為單模輕鎧光纖。每個PLC控制器采集的信息包括：區段內的溫度、濕度、含氧量信號；區段內的配電系統狀態信號；區段內雙速風機、引流風機、排風閥、潛水泵運行狀態及故障信號。每個PLC控制器控制的設備：雙速風機、引流風機、排風閥通風狀態下的運行，集水坑內的排水泵運行。

2.4.3 運行控制管理原則

（1）雙速風機控制。管廊內每個防火分區設置有雙速風機，主要具有通風、散熱和火災狀態下的排煙功能。

（2）引流風機控制。引流風機作為管廊通風及排煙的輔助設備，與雙速風機的控制原則相同。

（3）排風閥控制。管廊內每個防火分區雙速風機處設有防火閥，日常運行作為排風閥，PLC可以控制其開啟、關閉，并將其運行狀態、故障信息等反饋至監控中心，方便日常設備巡查、檢修。當防火閥作為消防排煙閥運行時，PLC退出對風閥的控制，由火災自動報警控制器控制其運行。PLC只采集風閥的狀態信息，反饋至監控中心。

（4）潛水泵。管廊內每個防火分區集水坑內設有潛水泵，潛水泵自帶浮球開關，依據集水坑內的水位情況開啟或者關閉潛水泵。PLC不僅可以遠程控制潛水泵開啟和關閉，還可以采集潛水泵狀態或故障信號，反饋至監控中心，方便日常設備巡查、檢修。

2.4.4 火災自動報警系統

火災自動報警系統采取監控中心報警系統，也就是由火災探測器、手動報警按鈕、區域火災報警控制器和火災警報裝置等組成。

區域報警系統主要由區域火災報警控制器、聯動控制器、感煙探測器、感溫光纜、光纖測溫監控主機、防潮型手動報警按鈕（帶電話插孔）、中繼器（模塊）、警鈴等設備組成；煙感探測器沿管廊頂橋架下安放布置，感溫光纜沿電纜橋架每層通長鋪設，當火災發生的時候，系統啟動該報警區警鈴第一時間通知管廊內工作人員撤離，同時直接啟動現場設備關閉進風閥、排風閥和風機等，同時利用延時自動裝置啟動滅火裝置實施滅火。

2.4.5 系統安全防護裝置

（1）防外來人員入侵系統。管廊內的防入侵探測器主要采用雙光鑒探測器。

雙光鑒探測器在進行工作的時候主要是借助微波和紅外線兩種信號進行探測工作。把探測得到的數據信息信號傳輸給系統中心進行分析處理。經過科學技術研究人員對雙光鑒探測器不斷的改進升級，現階段常用的雙光鑒探測器已經可以有效地屏蔽掉絕大部分常見的干擾情況，只有當有人進入探測器探測范圍時才會進行報警，極大地提高了報警的精準度，很大程度上杜絕了漏報誤報現象。

按照我國出臺的設計規范的相關要求，綜合管廊的每一個出口處、投料口、通風口、配電室、設備房出入口等位置都需要設置一臺探測器，各臺探測器都與總控制中心進行連接，當探測器報警時控制中心也會在第一時間發出警報。

雙光鑒探測器系統還會對探測到的人體進行識別，事先將工作人員的身份信息錄入到檢測系統中，當探測器檢測到工作人員進入時并不會進行報警，只有未錄入信息的不明身份人員被檢測到時探測器才會進行報警。探測器在進行報警的時候發出兩組信號，其中一組信號傳輸至監控中心進行報警，主要信息有報警位置等；第二組信號傳輸至警報發出地點周圍的監控攝像頭處，攝像頭自動的對警報發出地點進行拍攝，保證后期問題處理階段有足夠的視屏作為佐證。

（2）視頻監控系統。由于綜合管廊距離遠、監控點分散，常規視頻監控攝像機采用同軸電纜傳輸視頻信號已經不能滿足遠距離數據傳輸的要求。網絡視頻監控攝像機能夠將視頻模擬信號，轉換為網絡協議編碼的數字信號，通過網絡傳輸，大大增加了視頻數據的傳輸距離。而使用普通的網絡電纜，單根電纜信號傳輸最大距離亦不能超過90米，仍無法滿足本工程的視頻監控要求。

所以，本工程視頻監控設備主要使用帶紅外夜視功能的高速網絡視頻攝像機，加裝光電轉換模塊，傳輸介質為單模輕鎧光纖。特別適合綜合管廊內，電磁場強度大，干擾信號多的場所。

2.4.6 線纜鋪設

管廊內自控系統各線纜鋪設均通過電纜防火橋架鋪設，橋架外涂防火防腐漆，內加隔板，為火災自動報警系統預留線路空間。進出橋架的線纜采用撓性連接管接鍍鋅鋼保護管沿管廊頂或墻壁明鋪，保護管外涂防火防腐漆。

3 結束語

在城市中建設綜合管廊工程，不僅可以緩解用地緊張局面，還能有效保護管網線，降低管網線鋪設對城市路面的破壞。供電距離遠、容量分散等是綜合管廊電氣系統的重要問題，這就要求設計師做好綜合管廊工程電氣自控設計工作，確保設計科學合理，有效保證綜合管廊電氣自控系統運行的安全性、穩定性與可靠性。