城市綜合管廊監控與報警系統信息化技術應用

□ 文/徐林

隨著城市經濟的快速發展，城市公共設施管線資源越來越緊缺，城市公共水、電、燃氣等居民耐以生活的基礎公共資源基礎建設也矛盾凸顯，為了集約資源用地，提高城市管線工程建設安全與規范，統籌安排城市工程管線在城市綜合管廊內敷設，越來越多的城市開始建設城市地下綜合公共管廊。管廊內部不僅可以整合維持城市功能的自來水、煤氣、電力、通信管線，而且管廊為了滿足自身運營功能使用的動力、照明、排水等設備也比較繁多，無論是管線出現故障，還是自身滿足運營管理設備出現故障，都將造成管廊功能癱瘓風險，因此運用信息化技術對城市綜合管廊進行管理意義重大。

2015年，我國制定并執行《城市綜合管廊工程技術規范》，提出城市綜合管廊的設計、建設應遵循“規范先行、適度超前、因地制宜、統籌兼顧”的原則。其中，定義管廊附屬設施包括七項分部工程系統，包括消防系統、通風系統、供電系統、照明系統、監控與報警系統、排水系統及標識系統。“監控與報警系統”投資額雖然占整體管廊建設的比例不大，但其技術含量要求高，實現功能在管廊日常運營管理中非常重要，是對整個城市綜合管廊監控、管理、運營、維護結合起來的一個主要系統工程。

監控與報警系統現狀及需求分析

系統現狀

現在在建的大多數城市綜合管廊監控與報警系統，由于依靠環境與設備監控、安全防范、通信、預警與報警、地理信息等多個不同功能的系統，或者由于產品提供來自不同的廠商，在數據交換中沒有一個統一的標準，因此造成接口眾多、訪問性差，容易形成一個個的“信息孤島”：

（1）多頭管理、分散操作易產生各種問題，同時導致市政設施管理的運維監測監控能力、應急調度指揮能力、綜合業務能力很難提高；

（2）傳統監控采用人工管理模式，運營管理成本高，管理水平與管理質量也無法得到有力保障；

（3）大部分建設單位在建設時沒有考慮后期運維管理，導致在運維期存在很多問題無法妥善解決，給管廊的管理帶來很大困難。

需求分析

面對綜合管廊監控與報警系統現在所面臨的狀況，以下幾方面的需求可以作為我們日后建設管廊項目的借鑒：

（1）建設管廊綜合監控運營一體化平臺，深度集成管廊內監控與報警系統中各子系統功能，確保管廊內管線及操控設備能正常運轉。綜合監控運營一體化平臺就是整個管廊安全管控系統的神經中樞，通過自動化監控設備，將管廊內的信息數據實時傳輸至平臺，使管理人員可以隨時掌握管廊內情況。

（2）建立完善的預警、報警機制，通過各設備之間的有效聯動解決城市管廊設施遭受人為破壞的隱患，并在發生事故時能迅速反應處理，保障管廊內的通風、照明、排水、防火、通信等設備的正常運轉，并實時收集在運行設備的狀態信號，故障設備信號報警，在一體化平臺上直觀準確定位故障設備位置。

貫徹建、管、運、養一體化的全生命周期項目思維，在監控與報警系統建設時期充分考慮到后期運維管理可能存在的種種問題，保障綜合管廊完整的全壽命周期。

《國務院辦公廳關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》（國辦發〔2014〕27號）中提出，各城市要在普查的基礎上建立地下管線綜合管理信息系統，滿足城市規劃、建設、運行和應急等工作需要。綜合管理信息系統和專業管線信息系統應按照統一的數據標準，實現信息的即時交換、共建共享、動態更新。推進綜合管理信息系統與數字化城市管理系統、智慧城市融合。充分利用信息資源，做好工程規劃、施工建設、運營維護、應急防災、公共服務等工作，因此在工程建設規劃和管理施工許可時，必須以綜合管理信息系統為依據，提高效率，降低成本。

綜合監控與報警系統信息化技術運用

綜合管廊監控與報警系統是一個綜合性非常強的管控系統。各系統之間由于技術體系和接口協議不統一，采用的標準各異，導致直接接入難以兼容互通，這不僅需要兼顧環境與設備監控、通信聯絡、信息管理等需求，而且還要兼顧安全防范等方面對圖像監控的需求，同時還需要考慮報警、門禁等配套系統的集成以及與廣播系統的聯動，因此在這些系統的互聯互通過程中必然會出現系統異構的信息孤島問題。

要打破信息孤島的局面，復雜異構方式的監控報警系統需要解決不同廠商、不同產品的兼容和多個系統相互接入集成的問題，需要考慮到平臺的網絡接入和資源信息的開發方式，還需要立足大型聯網用戶的角度去設計，把握好互聯與共享的原則。

整體架構與方案

綜合管廊是綜合管廊運行管理單位為主導，各專業管線單位負責所屬設備設施運行安全，各家共同參與管理的特殊場所。綜合管廊監控與報警系統大致分為4層結構：應用層（包括管廊綜合監控運營一體化平臺及結構監測系統、安全防范系統、環境與設備監控系統、通信系統、入侵與定位系統和火災報警系統等，各系統間可以實現有效聯動）、業務邏輯層（實現報警生成與確認、通知消息的生成發送、數據分析統計、數據歸檔和報表生成）、數據訪問層（數據訪問、數據轉發、數據存儲和數據庫操作等）和設備層（包括各子系統對應的具體設備）。系統整體架構如下圖所示。

▲圖1 綜合管廊監控與報警系統整體架構

綜合監控運營一體化平臺

綜合管廊的綜合監控運營一體化平臺是將管廊內的結構監測系統、環境與設備監控系統、安全防范系統、通信系統、火災自動報警系統、入侵與定位系統以及信息采集與聯動控制有機地結合在統一的監控平臺上，實現對管廊內部設備的遠程管理與控制。平臺集成設備種類完全覆蓋自動化、智能化全部領域，無縫集成各種多源異構系統，實現數據共享、綜合聯動，并具有高度一體化人機操作界面，通過監控平臺，我們主要可以實現以下功能：

基于GIS/BIM的展示與管理：直觀查看管廊內，入廊管網和設備設施的分布情況、各出口的位置和安裝在管廊內部附屬設施的位置；將BIM技術全面應用于綜合管廊的設計、施工、運維的全生命過程中，通過方案模擬、深化設計、管線綜合、資源配置、進度優化等應用，避免設計錯誤及施工返工，能夠取得良好的經濟、工期效益，最后實現GIS+BIM的一體化運營管理平臺界面，直觀、高效；

管線資產管理：通過建立管線及附屬設備的資產管理系統，實現對綜合管廊內，入廊管網及設備設施的數量、種類、權屬單位、建設單位、管理單位信息管理，明確各方職責，提高經濟管理效率；

安全管理：消除用戶身份和權限管理上的重復和冗余，有利于實現用戶身份和權限管理的制度化、規范化，簡化對不同系統的重復登錄；

數據管理：統一存儲各類結構化和非結構數據，充分挖掘數據價值，為其他應用提供數據支撐；

運維管理：保障管線安全運行，減少人員巡檢頻次，更有針對性的檢查和管理；通過數據的采集、分析提前預知現場設備及管線的運行狀態，及時維修跟換，避免重大事故的發生。

設備聯動與報警

當管廊內發生緊急事件時，管廊設備應能夠及時聯動響應，保障管廊內管線資產的安全。以火災事件為例：

消防聯動：探測器發出檢測信號，報警裝置聯動視頻系統，跳出該防區的視頻畫面，確認報警；

聯動排煙/氣系統：每段防火分區設置有排風及排煙/氣系統，正常時用于排風；當確認探測到火災/可燃氣體時，監控平臺可通過多功能基站傳輸指令實現遠程啟動風機排煙/氣，到溫度達到火災規定強切要求時，風機斷電，防火閥關閉；

聯動電源：災情探測信息確認后，監控平臺可通過多功能基站進行指令傳輸以切斷非消防電源；

聯動廣播系統：災情探測信息確認后，監控平臺啟動廣播切換模塊進行災情信息廣播，特別針對災情確認區、相鄰分區進行廣播疏散；

聯動電話系統：監控平臺可啟動專用模塊與任一廣播基站通話；現場任一廣播基站或電話通過監控平臺確認后實現與調度主機通話錄音。

智慧運維

隨著先進傳感器的發展和物聯網技術的普及，綜合管廊已經可以輕松實現智慧運維。設備巡檢時，無需手動查看，可以實現自動檢測設備是否在位，自動進行庫存、出入庫管理，設備更換自動登記。基于RFID的物聯網技術，可形成高精度的管廊設備資產管理，形成了設備運維檔案數據庫，記錄設備故障次數、更換次數、使用頻率、使用時間等，基于對同類設備的更換歷史信息分析歸納，系統提前發出設備壽命即將到期的更換提醒，設備質量篩查。

目前人工智能技術的發展已有基于AI的移動巡檢代替傳統人工巡檢，常用的移動巡檢多為搭載多種傳感設備的機器人巡檢，可實現與后臺監控和運維管理平臺的無縫接軌，準確、客觀地反映管廊內各系統運行狀態，7*24小時連續作業，低電量自動充電，避免巡檢人員在惡劣環境所處的危險，同時其自學習功能解決管廊內線路及設備巡檢的差異化，對管廊進行更加智慧的運維。

結束語

綜合管廊信息化建設是國家標準規范的強制要求，是綜合管廊安全運行、應急處置的保障，也是綜合管廊資產管理及運營的有力手段，對城市整體經濟效益有顯著提高。結合以往的工程實踐經驗，提出建設綜合管廊的綜合監控運營一體化平臺，通過信息化技術實現管廊內的設備聯動、實時響應和對管廊內資產和管廊本身狀況實現智慧化巡檢。該系統已經在多個項目實踐中運行，為管廊運營管理單位實現先進信息化全生命周期管理提供了有力的技術支撐手段。