城市智慧化綜合管廊電氣自控設計

［摘 要］綜合管廊的設計對于市政工程的專業性和穩定性至關重要，其直接體現了城市的管理水平。隨著管廊設計技術的不斷進步，對于管廊的智慧化管理也提出了更高的要求。文章在深入研究綜合管廊設計的基礎上，探討了智慧管廊的設計要求和關鍵要點，并討論了智慧化綜合管廊的電氣自控設計內容。

［關鍵詞］智慧化管廊；安防系統；通信系統；綜合管控平臺

［中圖分類號］TU990.3 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0117–03

綜合管廊內部集成了電力、通信、給水、排水等多種管線，為城市的順暢運轉提供了堅實保障。鑒于綜合管廊內部管線種類繁多且多為關鍵主干管線，確保其系統經濟、合理、安全運行顯得尤為重要。為此，強化管廊內部的電氣自控系統、安防預警機制及通信系統建設變得至關重要。通過應用物聯網（IoT）、大數據、云計算等前沿技術，實現這些系統的協同工作，可極大地提升管廊的運營效率和安全管理水平。

1 城市綜合管廊工程智慧化設計原則

（1）主動實施國家關于綠色節能與持續發展的策略，確保技術的先進性、經濟實用性、可靠性及靈活性和效率。

（2）為提高綜合管廊科技功能和應用價值，依據其功能種類、管理要求和建設成本，確保系統的兼容性、擴展性、易于維護和靈活性。

（3）智能化的監控報警和運維管理系統旨在確保管廊的安全穩定運行和有效管理，建立一個滿足當前及未來發展需求的綜合管理平臺，確保系統架構和應用能夠基于具備長遠發展計劃的平臺，實現持續的監測、信息反饋及高效低成本的維護。

（4）硬件設備應能適應管廊wQa6Qu8IIv6qcCFPjbH8sSTpnz0YaW1wahAfnDWk7mk=惡劣的使用環境，保證穩定可靠的運行，具備防塵、抗腐蝕、防潮、防凝露、耐震及防電磁干擾等性能，使用工業級的防護產品。

（5）軟件設計時須充分體現系統的先進性、穩定性、安全性、可靠性、擴展性和可維護性，提供故障檢測、在線更新和離線編程等功能。界面設計應采用中文版本，確保用戶操作便捷。

（6）系統接口應遵循標準化，使用開放標準的通信協議。

2 城市綜合管廊工程智慧化設計主要內容

2.1 總體架構

智慧管廊的監控與維護管理系統建立在物聯網技術之上， 核心采用建筑信息模型（BuildingInformation Modeling，以下簡稱“BIM”）和地理信息系統（Geographic Information System， 以下簡稱“GIS”）技術，以資源池作為數據存儲中心。該系統從底層到頂層依次分為現場層、數據層、平臺層和應用層，形成了一個完整的架構體系。

（1）現場層。主要包括傳感器/ 執行器、主控制器和系統，負責對地下管廊的空間環境、附屬設施、管線本體及管線設備進行全面的感知和控制。感知數據涵蓋管廊環境數據、附屬設施監控數據、管線本體監測數據、管線設施數據、空間數據、通訊數據、安全數據、火災報警數據等。

（2）數據層。負責存儲綜合管廊的空間數據、實時監測數據和業務屬性數據，包括監測監控的實時和歷史數據庫、空間數據庫、三維模型庫、視頻數據庫、專業管線數據庫、管廊附屬設施數據庫、管廊運維庫等。

（3）平臺層。作為中間層，負責從數據層提取數據，并進行分析、加工、融合，為應用層提供所需的各種功能服務，包括應用集成、實時消息推送、移動互聯網接入、視頻監控、BIM 建模、GIS 地理信息處理、VR/AR 技術應用等。

（4）應用層。為管廊建設和管理的用戶提供全方位的應用界面與工具，包括智慧化監控預警、運維管理、應急處置、運營管理、數據分析輔助決策等功能。

2.2 智慧管廊監控系統

2.2.1 安防系統

安全防范系統的設計重點如下。

（1）視頻監測系統。實時全面監控管廊關鍵區域的視訊回傳。

（2）侵入報警系統。阻止未授權人員侵入，對入侵行為進行檢測并觸發報警；在整個管廊區域布設智能感應線，能夠對管內人員進行實時定位和身份驗證，對未攜帶識別卡的人員立即發出報警信號，并實現與視頻系統的聯動。

（3）通道控制系統。管理管廊的各個出入口，增強安全預防措施，并集成考勤管理功能。

（4）在線電子巡查系統。通過定位人員、上報故障和掃描設備二維碼等功能，提升管廊巡檢效率。整個管廊配備智能感應線，監控中心負責分配巡檢任務，巡檢人員通過手機自動獲取并導航至巡檢路徑，監控中心可實時監控其位置，并對軌跡信息進行存儲。

2.2.2 通信系統

在構建通信架構時，建議利用有線或無線技術，打造一個既能集中指揮，又能高效運行且功能完備的緊急應對系統，旨在對各層級的用戶進行有效管理，并能針對緊急事件做出快速反饋和即時處理。通信系統主要包括以下兩個部分。

（1）IP 通信系統。為每一個隔離的艙室及防火區配置IP 通訊終端，實現包括直接呼叫、分組撥打及錄音在內的多項功能。

（2）無線通話網絡。在整條管廊布設智能通信線路，允許連通公共網絡，并支持智能手機連接。該網絡具備群發呼叫、分組通話、遠程監聽、錄音、電話會議和短信服務等功能，同時支持通話的記錄、存儲和查詢。

2.2.3 設備與環境監控系統

設備與環境監控系統著重于綜合管廊環境的細致觀察，通過智慧化監控技術確保管廊內部環境的穩定性和設備的安全運行。該系統通過全方位的監測手段，包括氣體、溫濕度、液位等關鍵參數的實時檢測和異常報警，旨在為管廊設備提供一個優化的操作環境，并確保巡檢人員的健康與安全。系統要求如下。

（1）實施對關鍵氣體（如可燃氣體、氧氣、硫化氫）濃度的實時監測，確保人員在進入管廊進行巡檢時的生命安全。

（2）通過實時跟蹤管廊內的環境溫度和濕度，并與風機控制系統聯動，創造適宜的運行環境，保護管廊內設備的長期穩定運行。

（3）監測集水井的液位，并與水泵控制系統協同工作，以防止任何可能影響管廊設備正常運行的水位異常。

2.2.4 預警與報警系統

預警與報警系統通過綜合的安全技術手段，對管廊內部的潛在危險進行實時監控和及時響應，確保了管廊運行的安全性。該系統集成多種探測與報警設備，形成了一個全面的火災防范網絡，覆蓋感溫光纜監測、手動報警、可燃氣體探測、消防照明、疏散指示、防火門監控、電源監控及氣體滅火控制等關鍵領域。該系統通過高效的通訊網絡將報警信息實時傳達給監控中心，實現快速響應和有效預防。該系統的主要特點如下。

（1）火災探測及響應。通過感溫光纜和手動報警裝置，該系統能夠及時發現火災并在管廊內發出聲光報警，同時在監控中心生成相應的聲光報警信號。

（2）實時監控與緊急響應。監控中心能夠接收到所有報警信號，并通過軟件界面彈窗提示，聯動視頻監控系統自動切換至火災區域的實時畫面，以便工作人員迅速采取措施。

通過這種方式，預警與報警系統為管廊內部提供了一個多層次的安全保障網絡，大幅提升了管廊安全管理的效率和效果。這種系統設計不僅確保了管廊內部人員和設備的安全，也大幅減少了因火災等緊急情況可能造成的損失。

2.2.5 能源管理系統

能源管理系統分為以下3 層結構。

（1）計量。管廊變電所各出線回路宜采用帶顯示和通訊功能的智能電表。

（2）數據采集。各變電所設置通訊管理機，負責采集智能電表數據，通過管廊通信網絡上傳至監控中心監管平臺。

（3）監管平臺。集成于綜合管控平臺，是對采集的能源數據進行在線監測、統計、分析、監管和診斷的基于B/S 架構的軟件。

能源管理系統主要功能有用戶權限管理、數據采集存儲、實時監測、數據查詢和顯示、能耗地圖、負荷分析、能耗報表、能耗報告。

2.2.6 機器人智能巡檢

在智能化巡檢領域，針對管廊的自動化監控是一種創新的模式，涵蓋了電、通信、水系統的監測。該模式通過安裝于管廊的軌道式機器人系統來實施，該系統由多個組件構成，包括巡檢用的機器人、數據通信網絡、軌跡跟蹤、火災防控感知、能量補給及數據管理等環節。該系統被分解為3 大功能層次：數據搜集與管理、網絡通信及巡檢執行。通過預設的指令，機器人能夠自主完成巡檢任務，并通過高精度的定位技術，在控制中心的大屏幕上實時展示其具體位置。

此外，這些機器人裝備了多種傳感器，用以實時監控環境的溫度、濕度及可能的有害氣體，從而有效識別風險。借助地圖信息及建筑信息模型（BIM）系統，實現了對機器人的精確追蹤。遠程操作功能允許操作員遠距離操控機器人，以獲取現場詳細情況，這在很大程度上優化了傳統的人工檢查方式，提高了安全性和效率。機器人巡檢的自動化集成了機器操作、地理信息系統及遙感技術，順應了智慧城市發展的潮流。

2.3 網絡架構

綜合管廊采用3 層網絡架構，即核心層交換機、匯聚層交換機、接入層交換機。根據功能劃分共設置3 套不同網絡：①自控網用于傳輸設備與環境監控系統、能源管理系統；②安防網用于傳輸視頻監控、入侵報警和出入口控制系統；③火警消防網用于傳輸火災自動報警系統、電氣火災監控系統、防火門監控系統、緊急電話。

2.4 綜合管控平臺

綜合管控平臺集成了對管廊系統監測的實時數據與歷史警報分析，融合了設施維護、故障診斷、保養規劃、風險預防、資料整合及緊急事故響應等多方面功能，旨在提升管廊安全管理的決策能力。綜合管控平臺的架構包括以下8 個關鍵部分。

2.4.1 地理信息系統

地理信息系統結合GIS 和BIM 技術，實現綜合管廊的二維與三維信息互通。功能包括模型漫游、縮放、屬性查詢、測量及自定義飛行路徑等，可提升管廊運維效率。此外，特色功能如鷹眼視圖和地圖書簽可幫助運維人員高效獲取管廊信息，支持逃生和巡檢路線的規劃與自動導航。

2.4.2 基礎數據管理

基礎數據管理集中管理組織架構、人員信息、工程資料等，確保信息的完整性和可查詢性。平臺支持多種格式文檔存儲，包括Word、PDF、圖像等，實現綜合資料的一體化管理。

2.4.3 信息綜合查詢

信息綜合查詢通過與BIM 模型的關聯，全面獲取設備和工程數據，實現從設計到施工、安裝的全鏈條信息獲取。平臺支持綜合查詢，結合實時與歷史數據，構建綜合管廊的數據中心。

2.4.4 實時監控

監控模塊提供環境、設備監控、火災報警及基礎設施保障。涵蓋溫濕度、水位、氣體濃度監測，設備狀態分析，以及通風、排水、照明和通信系統的實時監控，確保管廊安全運行。

2.4.5 輔助決策

輔助決策子系統通過分析數據中心的信息，支持自動控制和系統間聯動。為監控和管理人員提供深度分析，包括入廊、凈距、管網及周邊環境分析，加強決策支持能力。

2.4.6 指揮調度

該子系統集成應急預案制訂、人員與物資調度及預警預報功能，確保綜合管廊在緊急情況下的高效響應。通過GIS 地圖識別危險點，評估周邊人員分布和物資可用性，優化資源配置。此外，該子系統支持歷史事件管理，可提高預警準確性，確保及時疏散，降低潛在風險。

2.4.7 設備管理

該子系統通過設備臺賬和維修臺賬兩大功能模塊，提升設備管理效率和準確性。臺賬記錄包括設備詳細信息、使用與維護歷史及更新和盤點記錄，確保設備信息的透明性和可追蹤性。維修臺賬則詳細記錄了維修相關信息，包括故障原因、處理方法和更換備件等，以提高維修工作的效率和質量。

2.4.8 資產管理

該子系統通過將實物資產與虛擬資產對應，實現資產全景可視化管理，增強資產管理的透明度和效率。利用三維可視化技術，便于按空間或邏輯進行資產分類管理，滿足多樣化使用需求。該子系統集成設備臺賬、檔案維護、邏輯與空間關系及人員職責管理等功能，確保全面而高效的資產配置與運維管理。

3 結束語

隨著物聯網、大數據、人工智能等技術的不斷發展，未來的綜合管廊電氣自控設計將更加智能化、自動化和綠色化。通過技術的不斷進步和應用，可以提高綜合管廊的運行效率和安全性，降低能耗和成本，為城市的可持續發展作出更大貢獻。

參考文獻

[1] 趙菊梅. 基于虛實結合的城市地下綜合管廊智慧運維實踐教學模式探討[D]. 成都：西南交通大學，2023.