城市綜合管廊的智慧管控設(shè)計探討

朱 駿

（湖南省建筑設(shè)計院有限公司，長沙410012）

0 引言

城市地下綜合管廊是在城市地下建造一個類似于隧道的空間，分成不同功能的艙室，放置不同種類的城市專用管線，將原來在建設(shè)過程直埋于地下的通信、國防、電力、天然氣、熱力管、中水、自來水、污水等各種市政管線集中于一體，管廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計使用壽命是100 年，避免了直埋于地下的管線由于維護(hù)、擴(kuò)容、遷改等問題造成的二次開挖，從長遠(yuǎn)來看，可以大大縮減不必要的重復(fù)建設(shè)。 管廊設(shè)置有專門的通風(fēng)口、檢修口、人員進(jìn)出口、吊裝口，實(shí)現(xiàn)了地下市政管線統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理的新模式，綜合管廊將是保障城市運(yùn)行的重要生命線，圖1 為城市地下綜合管廊示意圖。

1 城市綜合管廊的管控現(xiàn)狀

由于綜合管廊的結(jié)構(gòu)設(shè)計壽命非常長，管廊里面的附屬設(shè)施設(shè)計需要立足于長遠(yuǎn)，有一定的前瞻性，故建設(shè)好地下綜合管廊的監(jiān)控與報警系統(tǒng)意義重大。 城市綜合管廊的內(nèi)部有維持城市基本功能的各種專業(yè)市政管線，而且還有維持綜合管廊自身運(yùn)行需要使用的管線和設(shè)備，無論是納入管廊的市政管線出現(xiàn)了異常，還是自身的設(shè)備及管線出現(xiàn)了故障，都會嚴(yán)重影響城市功能的正常運(yùn)行。

圖1 城市地下綜合管廊示意圖

目前建設(shè)管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)還沒有太多的專業(yè)廠家，現(xiàn)有市面上的產(chǎn)品也只是從別的類似管廊的項目使用后開發(fā)得來，還沒有在管廊中得到大量項目及時間的驗(yàn)證，也少有管廊專用的產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)。 實(shí)際項目在設(shè)計和建設(shè)中難免會采用不同的廠家提供的不同的解決方案，這樣就會造成產(chǎn)品接口眾多，數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一、不同系統(tǒng)之間的訪問性差等問題，容易形成一個個的信息“孤島”，目前在實(shí)際項目中有如下幾種情況需要得到重視。

（1）傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控采用的是人工管理模式，由于工作人員專業(yè)素質(zhì)不統(tǒng)一，管理質(zhì)量無法得到有效保障。

（2）存在多個部門同時管理管廊，且專業(yè)管線公司需要配合管理，這樣多頭管理、分散操作會產(chǎn)生很多不可預(yù)計的問題。

（3）管廊發(fā)生事故時，如果沒有一個及時明確的事故源，多個部門之間解決緊急事故時易發(fā)生相互推諉的現(xiàn)象。

（4）綜合管廊內(nèi)部各種數(shù)據(jù)類別不一致，各系統(tǒng)間的信息“孤島”易導(dǎo)致相關(guān)部門決策困難。

2 綜合管廊智慧管控的系統(tǒng)

城市地下綜合管廊的智慧管控系統(tǒng)（如圖2 所示）由環(huán)控、安防、通訊、報警、地理信息、統(tǒng)一管理信息平臺六個部分組成。

圖2 城市綜合管廊管控系統(tǒng)組成示意圖

2.1 環(huán)境與設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)

綜合管廊環(huán)控系統(tǒng)是對管廊內(nèi)所有管線、設(shè)備、環(huán)境實(shí)施全程監(jiān)控，將實(shí)時監(jiān)控信息及時地傳輸至控制中心信息平臺，用于值班人員及時地發(fā)現(xiàn)問題、排除故障，保證管廊正常運(yùn)營。

環(huán)境與設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)主要是由智能傳感器（環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控）組成。

2.2 安全防范系統(tǒng)

綜合管廊安全防范系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對管廊內(nèi)部的人員進(jìn)行全程監(jiān)控，并將視頻及巡查信息及時傳輸?shù)娇刂浦行男畔⑵脚_用于值班人員及時地發(fā)現(xiàn)問題，保證人身安全。

安防系統(tǒng)包含了視頻監(jiān)控、門禁、防入侵、巡檢四個部分。

2.3 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)的功能是為了解決管廊內(nèi)部工作人員之間的通信，含管廊現(xiàn)場工作人員之間通信及現(xiàn)場人員與控制中心工作人員之間的通信兩個方面。通信系統(tǒng)示意圖如圖3 所示。

圖3 城市綜合管廊管通信系統(tǒng)示意圖

2.4 預(yù)警與報警系統(tǒng)

管廊的預(yù)警與報警系統(tǒng)是由火災(zāi)自動報警系統(tǒng)（普通艙室）和可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)（污水艙、天然氣艙等含可燃?xì)怏w的艙室）兩部分組成。 主要功能是將管廊內(nèi)的警情信息及時、準(zhǔn)確地上傳到監(jiān)控中心，同時向綜合管廊內(nèi)的人員進(jìn)行廣播，使他們能及時地撤離現(xiàn)場，保證人身及設(shè)備安全。

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)主要由煙感、溫感、手報、智能廣播等設(shè)備組成。

可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)主要由可燃?xì)怏w濃度傳感器和智能廣播等設(shè)備組成。

2.5 地理信息系統(tǒng)

綜合管廊地理信息系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對管廊內(nèi)設(shè)備、人員及巡檢車輛的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、分析、表達(dá)，及時傳輸?shù)娇刂浦行模芴峁┖啙?、統(tǒng)一、友好的人機(jī)界面，具有視覺沖擊力。 指令簡單、準(zhǔn)確，能直觀展現(xiàn)“五個系統(tǒng)、一個平臺”信息。

2.6 統(tǒng)一管理信息平臺

管廊統(tǒng)一管理信息平臺的功能主要是實(shí)現(xiàn)對大數(shù)據(jù)的綜合分析及交互，將信息及時、準(zhǔn)確地傳到控制中心。

該平臺依靠多個不同功能的子系統(tǒng)，構(gòu)建一個數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化、智能化的統(tǒng)一管理信息平臺。

2.7 控制中心

在管廊運(yùn)營管理的過程中，管理人員需要及時、準(zhǔn)確掌握管廊內(nèi)部人員的位置、設(shè)備及各種管線的運(yùn)行狀態(tài)。

控制中心是管廊的核心，相當(dāng)于人的“大腦”，為用戶提供了一個智能化的操作平臺，使得原超復(fù)雜的各分系統(tǒng)在使用時能輕松自如。 它協(xié)調(diào)著管廊自身的各個系統(tǒng)，同時還要負(fù)責(zé)與各管線部門的聯(lián)動，保證專業(yè)管線及管廊內(nèi)所有設(shè)備能夠正常運(yùn)行，在發(fā)生事故時能夠迅速反應(yīng)及處理。

3 綜合管廊的智慧管控設(shè)計案例

筆者所在單位近年來設(shè)計了多個省內(nèi)外城市綜合管廊，在設(shè)計不斷優(yōu)化的過程中，發(fā)現(xiàn)綜合管廊智慧管控系統(tǒng)是一個專業(yè)性、綜合性強(qiáng)極的系統(tǒng)。 現(xiàn)有管廊的設(shè)備廠家基本上都是原隧道或地鐵行業(yè)的，這些行業(yè)的產(chǎn)品定位和管廊還是有一定差別，由于目前管建設(shè)時各個廠家技術(shù)體系不一致，沒有在管廊行業(yè)行成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個系統(tǒng)之間難以兼容互通。

筆者認(rèn)為，在設(shè)計過程中，需要解決由不同廠家、不同產(chǎn)品、不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之間的兼容和相互集成的問題，要立足于用戶的角度去設(shè)計，體現(xiàn)共享的原則。

3.1 設(shè)計原則

根據(jù)不同的項目進(jìn)行需求分析，發(fā)現(xiàn)管廊的智慧管控設(shè)計有以下幾個共同點(diǎn)需要引起重視。

（1）可靠性：智慧管控系統(tǒng)應(yīng)確保管廊數(shù)據(jù)的傳輸?shù)目煽啃浴?可靠的數(shù)據(jù)獲取及傳輸是智慧管控的基礎(chǔ)，是解決所有問題的基礎(chǔ)。

（2）可擴(kuò)展性：智慧管控系統(tǒng)應(yīng)為不同系統(tǒng)提供可擴(kuò)展性，包括設(shè)備接口更新?lián)Q代的可擴(kuò)展性、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性等。

（3）兼容性、開放性和易維護(hù)性：智慧管控系統(tǒng)應(yīng)采用模塊化設(shè)計，這樣在設(shè)計和建設(shè)過程中，可以方便地進(jìn)行建設(shè)和擴(kuò)容。 在后期的運(yùn)營過程中，可以方便設(shè)備的維護(hù)升級。 設(shè)置開放性的網(wǎng)絡(luò)接口，可實(shí)現(xiàn)與各級主管部門及時聯(lián)系溝通，及時處理緊急情況。

（4）安全性：管廊內(nèi)承載著城市運(yùn)行的各個專業(yè)管線，是城市運(yùn)行的生命線，部分管線是國防等特殊機(jī)關(guān)的機(jī)密信息，管廊的智慧管控系統(tǒng)安全性就尤為重要，智慧管控系統(tǒng)要建立不同的安全等級，要特別保護(hù)用戶的專有數(shù)據(jù)，為各級管理部門及專業(yè)管線單位提供不同的數(shù)據(jù)安全級別。

3.2 智慧管控系統(tǒng)解決的主要問題

目前，綜合管廊智慧管控設(shè)計還主要存在以下幾個安全問題需要得到解決：人的危險行為、物的不正常狀態(tài)、環(huán)境的異常條件、管理部門的不規(guī)范操作。 若得不到有效解決，易發(fā)生事故。 因此，智慧管控系統(tǒng)必須對以上這幾個安全問題進(jìn)行管控，正確地預(yù)警和解決，保障管廊的根本安全。 針對以上不安全的問題，設(shè)計中應(yīng)能考慮以下解決方案。

（1）人的危險行為解決方案：通過人員佩戴標(biāo)識卡、攜帶便攜式巡檢儀，使管理人員達(dá)到可視化管理。

（2）物的不正常狀態(tài)解決方案：通過在管廊內(nèi)設(shè)置的各種傳感器、儀器儀表對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時檢測，做好報警與聯(lián)動，使管廊內(nèi)的設(shè)備始終處于可控的安全狀態(tài)。

（3）環(huán)境的異常條件解決方案：通過設(shè)置溫濕度、水位、氣體濃度等各種智能傳感器對管廊內(nèi)部進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，做到提前預(yù)判危險源，從而消除由環(huán)境的的異常條件引發(fā)的安全事故。

（4）管理部門的不規(guī)范操作解決方案：通過建立安全機(jī)制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場可視化、隱患可視化，達(dá)到管理、指揮、操作零失誤。

3.3 數(shù)據(jù)采集

城市綜合管廊的建設(shè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高效、安全的智慧管廊。 故智慧管控系統(tǒng)應(yīng)采用目前主流的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)時獲取人員、設(shè)備、環(huán)境等數(shù)據(jù)。

智慧管控系統(tǒng)需采集的數(shù)據(jù)主要有：（1）管廊內(nèi)攝像頭采集的視頻信號；（2）管廊內(nèi)所有人員的位置；（3）管廊內(nèi)的報警信息；（4）管廊內(nèi)環(huán)境傳感器采集的數(shù)據(jù)（如溫濕度）；（5）管廊內(nèi)設(shè)備傳感器采集的數(shù)據(jù)（如電流電壓信號）；（6）管廊內(nèi)所有設(shè)備的運(yùn)行情況；（7）管廊的狀態(tài)信息；（8）管廊內(nèi)現(xiàn)場工作人員的反饋信息；（9）管理人員的指令信息等。

3.4 智慧管控系統(tǒng)流程設(shè)計

根據(jù)目前的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)及用戶不斷提高的使用要求，結(jié)合綜合管廊的特點(diǎn)，可設(shè)計一個基于目前主流的物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控與報警系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)智慧管廊、智慧運(yùn)營。 在設(shè)計中要考慮到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，又要考慮實(shí)現(xiàn)對管廊自身的供配電、消防、通風(fēng)、照明、排水等各個獨(dú)立系統(tǒng)的管理。

（1）感知：實(shí)時監(jiān)控來自于各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

（2）傳輸：由目前主流的物聯(lián)網(wǎng)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

（3）處理：通過“統(tǒng)一管理信息平臺”與各個系統(tǒng)綜合處理各種數(shù)據(jù)。

（4）應(yīng)用：應(yīng)用層要對管線單位提供一種標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，以實(shí)現(xiàn)管廊管理部門與管線管理公司之間的信息聯(lián)動。

4 結(jié)束語

建設(shè)一套綜合管廊智慧管控系統(tǒng)，需要從數(shù)據(jù)的采集、系統(tǒng)的架構(gòu)等方面解決管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)中存在的諸如內(nèi)部系統(tǒng)復(fù)雜、使用單位多、協(xié)調(diào)異常復(fù)雜等問題，以實(shí)現(xiàn)控制中心應(yīng)用“五個大系統(tǒng)、一組光纖、一個平臺、一組基站”就能對管廊進(jìn)行管理與聯(lián)動，從而達(dá)到設(shè)計合理化、施工管理精細(xì)化、運(yùn)營維護(hù)智能化的目的。