綜合管廊監控及報警系統設計

殷繁斌

摘 要：目前我國各大城市綜合管廊建設快速發展，綜合管廊的監控及報警系統設計多種多樣，國標圖集和部分地方標準做法也不盡相同，沒有統一的原則。通過對綜合管廊內設備及儀表的分析，并結合自動化管理運行因素和綜合管廊設計案例，簡要總結綜合監控及報警系統設計要點。

關鍵詞：綜合管廊;維護站控制中心;網絡通訊方案;監控與報警系統

引 言：改革開放以來，隨著城市人居環境、群眾生活以及國家國力財力不斷提升，城市功能日趨改善，對城市基礎設施建設提出了更高的標準和要求，建設地下綜合管廊是實現城市基礎設施彈性化、集約化和可持續發展的重要措施，可以大幅度提高城市基礎設施防災防毀能力，保證水、電、暖、氣等重要生命管線安全穩定的運行，同時還可以有效避免馬路拉鏈、地下空間浪費等問題。國家相繼出臺了一系列推動綜合管廊建設的意見和相關技術規范，國內越來越多的城市都在加快推進綜合管廊的規劃、建設。

綜合管廊的功能相對明確單一，其作為城市主動脈，重要性不言而喻，監控與報警系統作為綜合管廊最主要的附屬工程，為管廊內消防、通風、排水、照明、監控、安防、通信等系統提供自動化運行保證，監控與報警系統的安全、可靠運行是設計的首要目標。

通過對多個綜合管廊項目的分析，并結合筆者參與的綜合管廊項目，對綜合管廊的監控與報警系統設計方案進行簡要介紹。

1. 項目概況

西安市幸福林帶綜合管廊為西安市先期啟動建設的管廊之一，幸福林帶則是西安市老城區內規劃保留時間最久、寬度最大的綠化走廊，管廊位于林帶兩側機動車道及人行道下，主要包含了幸福路綜合管廊、萬壽路綜合管廊（南北向）以及西影路、建工路等連接管廊（東西向）;建設管廊總長度約20.43km。

幸福林帶綜合管廊內的管線包含給水、熱力、燃氣（中壓）、電力、通信共5類市政管線，設有綜合艙、電力艙、天然氣艙，采用鋼筋混凝土結構，主要斷面形式詳見圖1。

2. 管廊等級及監控與報警系統設計原則

綜合管廊做為城市重要的基礎設施之一，中斷供電將存在重大的安全隱患，根據幸福林帶管廊斷面規模確定為干線綜合管廊。監控與報警系統需設置環境與設備監控系統、安全防范系統、通信系統、火災自動報警系統和統一管理平臺等子系統。管廊監控與報警系統設置選擇原則如表1所示。

3. 維護站控制中心

控制中心作為城市地下綜合管廊的重要配套設施，對于地下綜合管廊的監控與報警、協調管理、應急指揮等都發揮著重要作用，建設意義十分重大。

根據綜合管廊分布及建設時序，控制中心宜分層級進行設置，西安市綜合管廊監控中心整體按三級架構設置，即市級總控中心、項目公司區域分控中心、維護站控制中心。幸福林帶綜合管廊需建設維護站控制中心，與管廊同期建設，同步建成投運，維護站控制中心設計在幸福林帶商業體負一層內，辦公面積不大800㎡，靠近幸福路人員出入口，步行距離約150米，方便工作人員進出。幸福林帶維護站負責管理維護的管廊區域及長度詳見圖2。

4. 網絡通訊系統方案

幸福林帶綜合管廊監控與報警系統共設置三套不同的網絡：自控網、通訊網及消防網。自控網包括環境與設備監控系統、安全防范系統;通訊網包括通信系統;消防網包括火災自動報警系統、可燃氣探測報警系統。

自控網采用1根室外12芯單模光纜，其中：自控網的設備監控系統占用2芯、安全防范系統分別占用2芯（根據帶寬可調整為4或6芯），其余為備用芯;通訊網采用1根室外4芯單模光纜，通訊網占用2芯，其余2芯為備用;消防網采用單獨1根室外12芯單模光纜傳輸，不得與其他非消防類信號共用光纜傳輸。

網絡架構采用三層網絡架構：核心層、匯聚層和接入層。其中：核心層與匯聚層組成光纖萬兆環網（大環），匯聚層與接入層組成千兆光纖環網（小環），整個網絡形成大環套小環的網絡傳輸方式。核心交換機設置于綜合管廊控制中心內;匯聚層交換機設置于綜合管廊的設備間內，每條管廊設置2套匯聚交換機（自控與視頻共用一套、通訊一套）;接入層交換機設置于綜合管廊的設備間控制柜內，控制柜內設置3套接入交換機（自控、視頻、通訊分開），負責接入相鄰兩個防火分區內的網絡設備，幸福林帶綜合管廊網絡架構詳見圖3。

5. 監控與報警系統設計

1）環境與設備監控系統

在幸福林帶綜合管廊每個防火分區（或相應控制區段）內，對管廊環境參數進行監測與報警，含有兩類及以上管線的艙室，按照最高類要求的管線設置，設計具體監測內容如下：

電力艙環境監測內容：含氧量、溫/濕度、集水坑水位;

綜合艙（不含污水管線）環境監測內容：含氧量、溫/濕度、集水坑水位;

天然氣艙環境監測內容：含氧量、溫/濕度、集水坑水位、有毒氣體（CH4）。

集水坑處設置用于啟停泵控制及報警液位測量的水位檢測裝置，設計統一采用浮球液位開關，環境監控系統設備通訊采用現場總線或硬接線傳輸，并采用工業級產品，設備防護等級IP65，天然氣艙采用防爆設備，防爆等級ExdIIBT4。

設備監控需對主要電氣設備進行狀態監測和控制，具體包括：照明、進/排風機、排水泵、進/排風閥、管線配套控制執行機構等電氣設備。

2）安全防范系統

安全防范系統主要包含四套子系統：視頻監控子系統、入侵報警子系統、出入口控制子系統、電子巡查子系統。

在綜合管廊內沿線艙室、配電室、人員出入口、逃生通道等場所設置監控攝像機;在沿線艙室內每個防火分區設置兩臺攝像機（根據實際情況最多不超過3套），不分防火分區的艙室，攝像機設置間距不大于100m。視頻監控采用數字型網絡監控攝像機，采用網線進行傳輸，距離超長點位（≥90m）時采用光纖收發器形式傳輸，信號均接入配電室控制柜內，通過控制柜內以太網交換機將視頻信號上傳至監控中心。

在綜合管廊進風口、排風口、人員逃生口、人員出入口、配電室逃生口處設置入侵報警裝置。當探測到有人進入時，可聯動聲光報警器發出聲光報警、激活相應位置的攝像機進行視頻監視，并將報警信號傳輸至配電室控制柜。

在綜合管廊內的每個出入口均設置門禁讀卡器，讀卡出入，對強行闖入有報警功能，門禁控制器通過以太網連接方式接入控制站，可實現遠程開啟/關閉功能。

在綜合管廊內設置云巡更電子巡查管理系統，天然氣艙設置離線式電子巡查管理系統。在每個防火分區（或相應區段）內設置至少兩個巡更點，間距不大于100m。巡查管理主機設置在監控中心，巡查管理主機具有設置、更改巡查路線的功能，對未巡查、未按規定線路巡查、未按時巡查等情況進行記錄、警示等。

3）管廊專用通信系統

在綜合管廊內設置固定通信系統，通過光纖環網及控制中心內電話程控交換機系統可實現各通訊點之間的通話。在管廊每個防火分區內至少設置兩處電話通信點，不設防火分區的艙室，通訊點設置間距不大于100米。固定通信采用數字型IP網絡電話機，采用網線進行傳輸，距離超長點位（≥90m）時采用光纖收發器形式傳輸，信號均接入配電室控制柜內，通過控制柜內以太網交換機將語音信號上傳至監控中心。固定電話與消防電話合用，采用獨立通信系統。

在綜合管廊內，除天然氣艙室外，設置無線AP通信基站，每個防火分區（或相應控制區段）內各安裝兩臺無線基站（根據實際情況最多不超過3套），每臺無線基站覆蓋范圍100米，人員配置巡檢設備可通過無線基站將巡檢數據實時傳輸回中心，無線AP通信基站采用網線進行傳輸，距離超長點位（≥90m）時采用光纖收發器形式傳輸，信號均接入配電室控制柜內，通過控制柜內以太網交換機將語音信號上傳至監控中心。

4）火災自動報警系統

火災自動報警系統設計采用監控中心報警系統，由監控中心火災報警上位機、火災報警聯動控制柜、分配電室火災報警控制柜、通訊網絡等組成。

消防控制室內設置火災報警控制主機（單臺容量不應超過3200點）、消防聯動控制臺（柜）、圖形顯示裝置、防火門監控器等設備或具有相應功能的組合設備組成，并設有直接報警的外線電話。消防控制室應能顯示所有火災報警信號和聯動控制狀態信號，并應能控制重要的消防設備;各區域報警控制器（聯動型）之間可互相傳輸、顯示狀態信息，但不應互相控制。控制室內設置火災報警上位機，負責接收和處理管廊內的火災報警信息和消防設備聯動信息。

管廊設備間內火災報警聯動控制器通過單模光纜組成主干火災報警通訊環網，完成所轄區域內的火災監視、報警及消防聯動，并將所有信號通過網絡上傳至控制中心，通過上位機與綜合管廊監控系統通訊。

在電力艙全線設置智能感煙火災探測器、線型感溫火災探測器（隨入廊纜線安裝時一并敷設）、手動火災報警按鈕及聲光報警器。當火災探測器或手動報警按鈕發出火災報警信號時，控制器聯動開啟相應防火分區及相鄰分區內的聲光報警器，并聯動關閉著火防火分區及相鄰分區內正在運行的排風機，進、排風閥，切斷配電柜里的非消防回路，啟動應急照明和滅火系統。電力艙各防火分區采用常閉防火門，在防火門門框安裝門磁開關，用以探測防火門打開、關閉狀態，進行狀態信號反饋。

5）天然氣體報警系統

天然氣管道艙內設置可燃氣體探測報警系統，系統由可天然氣體報警控制器、可燃氣體探測器和聲光報警器等組成。

在天然氣艙室內頂部、人員出入口、通風口、投料口等艙室內最高點氣體易于聚集處設置可燃氣體探測器，探測器監測氣體為天然氣，報警閥值為監測天然氣爆炸下限值的1%-20%可調。將探測器信號接入可燃氣體報警控制器，報警控制器設置在綜合管廊區間配電室內。可燃氣體報警控制器將報警信號接入單模光纜組成的火災報警通訊環網，完成所轄區域內的天然氣報警聯動及將所有信號通過網絡上傳至監控中心，通過天然氣報警管理工作站與綜合管廊監控系統通訊。

當任意探測器達到報警閥值的15%時，可燃氣體報警控制器發出報警信號并啟動聲光報警器，同時聯動啟動事故段風機及相鄰分區風機高速運行。任意探測器達到報警閥值的20%時，可燃氣體報警控制器發出報警信號，聯動切斷進氣總管電磁閥。

結語：

綜合管廊作為重要的市政基礎設施，隨著現代化城市的發展，其重要性會愈加明顯。作為大型的地下構筑物，綜合管廊在設計階段就應該充分考慮各種因素，對設計方案優化比選。監控與報警設計作為其中不可或缺的一項內容，更應在保證功能條件下，提高設計的可靠性、安全性和經濟性。

綜合管廊監控與報警系統需按管廊類型及斷面高度進行設置，確保完整的監控報警系統架構，能顯著提高管廊的智能化水平及運維管理效率，保證管廊本體及人員安全，同時還可降低管廊的能耗，具有良好的社會經濟效益，以保障管廊項目的長期穩定發展。

參考文獻

1、 桂躍武.城市地下綜合管廊智能化設計探討[J].中國科技投資， 2018，17 （15）：20-21.

2、 何玉龍，張德祥， 任宇寧.城市綜合管廊環境與設備監控系統及視頻監控與人員定位系統的設計與研究[J].公路， 2019， 64（02）：196-199.

3、 GB/T 51274-2017.城鎮綜合管廊監控報警系統工程技術標準[S].北京：中國計劃出版社， 2017.

4、 上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司， GB50838-2015 城市綜合管廊工程技術規范[S]. 北京：中國計劃出版社， 2015.

5、 孫偉俊， 萬杰.綜合管廊火災監控及報警技術探討[J].消防科學與技術， 2017， 36（09）：1257-1258， 1261.

6、 董欣剛.城市綜合管廊基于物聯網融合通信系統的應用[J].建筑技術開發， 2017， 44（22）：88-89.