綜合管廊智能化運維管理技術綜述

曹帥

陜西華山路橋集團有限公司 陜西 西安 710000

引言

為滿足如今信息化、智能化社會的需要，城市綜合管廊的規劃、建設、管理和維護離不開智能化技術手段。智能化運用于綜合管廊，即是把計算機信息技術、網絡通信技術、大數據技術、云計算技術和自控技術等融合在綜合管廊的前期規劃、中期建設和后期管理上，對管廊內部情況進行實時監控、故障報警、統計分析。

1 系統的網絡構架

系統采用分布式構架，支持分級管理、支持多管理中心，便于項目的多階段、長期建設、系統的長期運維。且采用通信與應用分離的框架，支持應用服務集群和無線客戶端及服務器接入。系統在整體網絡設計上，更為穩定的相互冗余星型網絡連接上層總體監控層和下層分區控制層。上層監控層由2條網絡線連接設備，保證其工作穩定性，配置多組視頻工作站和監控站，用以對分區傳輸的設備數據信號進行管理以及相關人員調度工作。上、下層間由核心交換機進行數據交換，下層同樣使用2條網絡線連接設備，互為備用，主要對現場控制設備的實時數據進行傳遞，各個分區控制站與主站都采用1000Mbps以太網絡[1]。

2 綜合管廊智能化運維管理技術

（1）環境與設備監控系統。環境與設備監控系統分為環境安全監測與設備監測兩部分，環境安全監測依靠綜合管廊內置傳感器等監測設備，實時監測管廊內的氣體濃度、溫濕度等指標，并通過上述信息融合方法進行數據處理，直接提供決策；設備監測基于RFID技術，實現信息無接觸傳遞，并通過無線電訊號識別設備并讀寫相關數據，實現設備數據自動導入。

（2）消防系統。城市綜合管廊內部鋪設有民用燃氣管道和大量的供電輸送纜線，這些都是可能造成火災的隱患。系統配置了一套火災報警系統，當發生火災時火災探測器檢測到火災發生，第一時間發出警告信號，此區域的火災控制器將會發出指令，使其他幾個系統產生聯動工作，共同完成對火災的消防工作。系統采用超細干粉滅火裝置，當區域火災控制器發出指令，排風扇自動關閉，防止火勢蔓延，門禁開啟和應急照明燈自動開啟，幫助人員疏散，超細干粉自動滅火裝置第一時間開啟，完成滅火工作。若區域火災控制器出現指令延誤情況，操作員則需要第一時間手動開啟滅火裝置。

（3）防雷、防干擾。只要從事過機電系統的維護工作的人都知道，雷雨天氣一來，設備遭雷擊是常事，給監控設備正常的運行造成很大的安全隱患，因此，監控設備在維護過程中必須對防雷問題高度重視。防雷的措施主要是要做好設備接地的防雷地網，應按等電位體方案做好獨立的地阻小于1歐的綜合接地網，杜絕弱電系統的防雷接地與電力防雷接地網混在一起的做法，以防止電力接地網雜波對設備產生干擾安防監控維保方案安防監控維保方案。防干擾則主要做到布線時應堅持強弱電分開原則，把電力線纜跟通訊線纜和視頻線纜分開，嚴格按通信和電力行業的布線規范施工。

（4）推進綜合管廊標準化。預制管廊的施工不受氣候影響，不僅效率高、工期短，還能有效控制質量，對周邊環境的影響也小，彌補了傳統現澆施工法的不足。“十三五”規劃中強調，推進地下綜合管廊主體結構構件標準化，積極推廣預制拼裝技術應用。其中，推廣預制拼裝技術的前提是綜合管廊標準化，管廊標準化可以使預制拼裝模板等裝備的使用不僅限于單一工程，降低攤銷成本，減少施工成本，提高施工效率，從而有效促進預制拼裝技術的推廣應用，故應推進綜合管廊標準化。

（5）預警與報警系統。預警與報警系統針對管廊中如火災、積水、爆管等特殊事故，通過實時監測溫度、氣體、濕度、水位等參數，輔助判斷事故發生。火災發生時，由相應位置的火災探測器發出信號，啟動自動滅火設備，同時監控中心將收到報警信號，快速采取相應措施。管廊內的其他事故根據各類事故的特點，將在如井蓋、人員出入口、不同的艙室內部等相應位置設置各類探測器等監測裝置，如在給水管艙室內設置爆管液位檢測裝置，實時監測廊內水位，一旦監測到管廊內存在非正常液位，通知管線單位關閉相關閥門[2]。

（6）各參與方協同工作。BIM技術及MR技術為各參與方協同工作提供了可能性。處在同一局域網內的多臺MR設備可以聯機，通過服務器設置，一臺Hololens設備的操作可以同步到多臺Hololens設備，各參與方可以在協同狀態下進行模型操作。例如，維修過程中，有時會涉及多家管線單位，利用MR技術便可實現多家管廊單位協同對問題管線進行維修模擬操作，確定更加合理的維修方案。

（7）推廣BIM綜合應用。BIM可實現各階段協同作業，前期的設計、施工等基礎數據將會為后期的運維工作提供有力的支持。建立BIM數據庫，將各管線的功能數據、安全數據、管理數據等輸入數據庫中，設置預警值并通過各管線相關單位最新運營管理信息的及時反饋，可以提前預警事故，自動提醒相關單位檢修維護，降低事故發生概率。此外，BIM與其他一個或多個技術集成應用可取長補短，提升應用的綜合價值。

（8）安防系統。安防系統的作用是保證廊內人員的安全。安全防范系統主要包含防盜監控系統、門禁系統、人員定位3個子系統。廊內所有人員信息都會根據人員的移動上傳到監控中心，保證管廊人員或財物的安全。①防盜監控系統。防盜監控系統在結構上包括前端設備、信號傳遞網絡、上層顯示端、視頻錄像儲存和回放部分、IP承載網等部分。前端設備選用的高清攝像頭采用點位設計與PLC連接，綜合管廊每200m為一段防火分區，每段防火分區設置1臺多功能基站，在每段防火分區內設置3臺網絡攝像機；信號傳遞網絡采用1000Mbps工業以太網，通過單模光纖進行信息傳遞；上層顯示端為分中心操作員站大屏CRT顯示器，以高清晰度多媒體接口HDMI作為接口；錄像儲存單位配置專用視頻數據庫服務器。此套系統實現對廊內各處各點位的實時監控。②門禁系統。門禁系統用來對出入管廊的人員進行管理，對進出管廊的人員信息進行記錄，排除管廊內的安全隱患。設置通道閘機，員工需要使用員工卡、電子二維碼或手機NFC等相關證明物件才能進出，這些物件記錄員工的信息資料，將會自動同步到上層信息管理系統，大大方便門禁系統的管理。③人員定位。人員定位通常用到藍牙定位、WiFi定位、GPS定位、超寬帶（UWB）定位、ZigBee相位差定位等集中技術。常用的定位算法有鄰近法、三點測量法、指紋法3種。鄰近法是最簡單的方式，直接選定信號強度最大的定位基站的位置。該工程選用UBW定位技術、WiFi定位技術和藍牙定位技術3種方式，通過3種方式結合，達到對廊內人員實時位置的準確定位。

（9）電纜的維護。導致電力電纜故障一般為絕緣老化變質，電纜過熱，護層腐蝕以及電纜安裝工藝等問題。①對中間制頭和終端制頭制作工藝，可以加強入網電纜頭附件試驗在執行相頭規定的基礎上，嚴格把關，剝離護套、絕緣屏蔽層半導體層時細心操作，對絕緣表面進行徹底打磨和清潔，防止雜質顆粒遺留在絕緣上，安裝環境的濕度保持低于70%。②對電纜安裝做出一系列明確規定，鎧裝層和銅屏蔽層必須單獨接地，且截面不小于25平方毫米，單芯電纜必須是受電端一點接地，三芯電纜必須兩端接地，同時要對電纜線鼻做鍍錫處理。③為防止電纜回外力受損，可以對受力部分做穿管保護并加以固定，中間接頭外部以加以保護，接頭兩端加固定防護，在養護過程中，保證線鼻不被外力扭動變形，如果必須要做扭動處理的，應采取措施使表面平整，電纜附近有施工隊施工時，要增加醒目牌，必要時派人提醒施工人員。④切開接頭：在切開前首先要檢查接頭內是否有積水及潮氣，若存在，不能用噴燈切開接頭，因為噴燈加熱使潮氣從接頭兩側趕向電纜內部，最好用鐵錘和斫刀切開套管，如果沒有潮氣及水分，則可用噴燈把鉛套燙開，除去鉛套污垢，刮凈銹斑，擦去焊錫渣，從電纜連接處移天，以備再用。

（10）專用通信系統。專用通信系統是為應對公共通信手段無法實現管廊內外實時通信而設置的，根據實際需求設置有線通信、無線通信等不同通信手段，無線通信主要通過無線對講機滿足綜合管廊內人員間的通信需求，有線通信通過在控制中心設置VOIP交換機，用于VOIP電話的數據交換，VOIP交換機與PSTN市話進行連接，以此保證綜合管廊內的VOIP電話通訊及與控制中心的聯系[3]。

3 結束語

綜上所述，隨著我國綜合管廊項目的不斷推進，越來越多的綜合管廊投入運營期，其隱蔽性及復雜的管線布置給運維管理帶來極大的挑戰。綜合管廊的建設應立足需求，因地制宜，在統一規劃下，提倡同其他地下工程協同建設。現階段我國綜合管廊的施工主要采用明挖法，缺少綜合管廊模具尺寸和斷面形式的標準，建議形成規范，有效推進綜合管廊的有序發展。