Analysis of the Design about Monitoring and Alarm System of Utility Tunnel

Li Rui / Fu Haocheng

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Analysis of the Design about Monitoring and Alarm System of Utility Tunnel

Li Rui / Fu Haocheng

AbstractThe design, implementation and operation of monitoring and alarm system for utility tunnel are analyzed briefly. Through devolving the system’s communication, tunnel facility and environmental monitoring, fire monitoring, automatic alarm and fire protection, IP telephone, radio communication, video surveillance, security surveillance and wireless night patrol, and central computer, some implications for upgrading the design of different components of the utility tunnel in monitoring and alarm system are provided.

Keywordsutility tunnel, monitoring and alarm system, communication network, information management platform, equipment supply, grounding and installation

0引言

綜合管廊是一種統(tǒng)籌建設(shè)管理地下管線的新模式，為電力、通信、供熱、燃?xì)?、供水、排水等各種地下管線建造一個共同的“房子”。由于綜合管廊具有避免道路反復(fù)開挖、優(yōu)化利用土地資源、管線敷設(shè)擴(kuò)容方便、延長管線使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，被國家及地方大力推廣建設(shè)。當(dāng)前建設(shè)綜合管廊的地域分布廣泛，但由于設(shè)計、施工及后期運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)尚淺，故具有一定的試驗(yàn)性。全國已建成的綜合管廊項(xiàng)目中，入駐管廊的管線主要包括電力、通信、給水等，部分管廊中還含有排水管線，但燃?xì)狻崃?、空氣輸送等管線入駐最少。

管廊本體是鋼筋混凝土地下構(gòu)筑物，原則上每隔200m設(shè)置一個防火分區(qū)，廊內(nèi)設(shè)有通風(fēng)、供配電、排水、標(biāo)識、監(jiān)控與報警系統(tǒng)等附屬設(shè)施。后期管廊運(yùn)管部門會通過以上附屬設(shè)施對管廊進(jìn)行科學(xué)的綜合管理，提高廊內(nèi)管線安全性、穩(wěn)定性等。其中監(jiān)控與報警系統(tǒng)是決定管廊是否正常運(yùn)行及運(yùn)管維護(hù)工作是否方便的重要因素之一，目前仍在不斷地改良創(chuàng)新。

綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)由管廊前端設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中心三部分組成。其中，前端設(shè)備包括布置在綜合管廊內(nèi)部的檢測、控制及報警設(shè)施，主要負(fù)責(zé)前端現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和控制；通信網(wǎng)絡(luò)由光纖通信網(wǎng)組成，可實(shí)現(xiàn)管廊前端設(shè)備與通信中心之間的通信功能；監(jiān)控中心為綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)的業(yè)務(wù)管理和指揮中心，前端所有設(shè)備通過通信網(wǎng)絡(luò)接入監(jiān)控中心。

筆者根據(jù)前期建設(shè)單位的意見、工程設(shè)計中監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)、施工現(xiàn)場問題與后期運(yùn)管部門提出的改進(jìn)建議，對綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)的設(shè)計方案與措施提出以下建議。

1通信網(wǎng)絡(luò)

通信網(wǎng)絡(luò)是綜合管廊內(nèi)部各子系統(tǒng)與監(jiān)控中心主系統(tǒng)之間通信傳輸及信息交換的重要樞紐，其系統(tǒng)構(gòu)架具有多樣性。過去，通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計采用主干環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即在監(jiān)控中心設(shè)置核心交換機(jī)，再通過光纖與廊內(nèi)底層交換機(jī)連接成環(huán)。這種主干環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)雖然較為經(jīng)濟(jì)，但由于目前很多綜合管廊項(xiàng)目規(guī)模較大，任意兩個節(jié)點(diǎn)之間的斷線就會造成斷點(diǎn)之間區(qū)段與監(jiān)控中心之間的通信中斷，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以筆者建議將主干環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)只運(yùn)用于規(guī)模較小的工程中。

對于規(guī)模較大的綜合管廊，通信網(wǎng)絡(luò)可考慮采用底層區(qū)域環(huán)網(wǎng)+主干冗余點(diǎn)對點(diǎn)通信的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，管廊按每6～8個防火分區(qū)(可配合電氣供配電轄區(qū)考慮)組建一個底層區(qū)域光纖環(huán)網(wǎng)，這樣就能將一段很長的通信網(wǎng)絡(luò)分成幾個較小的底層環(huán)網(wǎng)；每個防火分區(qū)內(nèi)設(shè)置1套底層交換機(jī)，接入本分區(qū)內(nèi)除火災(zāi)報警系統(tǒng)和無線對講系統(tǒng)以外的設(shè)備；在每個區(qū)域環(huán)網(wǎng)靠近監(jiān)控中心的第一個分區(qū)內(nèi)，交換機(jī)通過光纜與監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)主干冗余點(diǎn)對點(diǎn)光纖通信；監(jiān)控中心配置2臺核心交換機(jī)，互為熱備，負(fù)責(zé)前端通信設(shè)備的接入，同時負(fù)責(zé)與中心計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接。

上述的設(shè)計方案通過增設(shè)1套核心交換機(jī)實(shí)現(xiàn)主干冗余，廊內(nèi)分區(qū)各自成環(huán)，無論是主干網(wǎng)還是底層環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)斷線都不會影響系統(tǒng)運(yùn)行，大大提高了系統(tǒng)的可靠性，所以規(guī)模較大的綜合管廊宜采用底層區(qū)域環(huán)網(wǎng)+主干冗余點(diǎn)對點(diǎn)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2廊內(nèi)設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

建議在綜合管廊內(nèi)部每個防火分區(qū)內(nèi)布設(shè)1套PLC控制單元，負(fù)責(zé)監(jiān)測控制本區(qū)內(nèi)的設(shè)備，包括風(fēng)機(jī)、照明、排水泵、井蓋、出/入口控制器、綜合氣體檢測儀、溫/濕度檢測儀及液位檢測儀、供配電系統(tǒng)信息化數(shù)據(jù)設(shè)備等。

對于廊內(nèi)風(fēng)機(jī)、照明、水泵、井蓋、環(huán)境監(jiān)測等設(shè)備，可采用點(diǎn)對點(diǎn)傳輸方式接入PLC；出/入口控制器、供配電系統(tǒng)信息化等自帶控制單元的設(shè)備可通過RS-485總線接入PLC，經(jīng)處理后通過TCP/IP通信模塊接入工業(yè)級交換機(jī)，從而將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心。在遠(yuǎn)程控制模式下，PLC接收監(jiān)控中心發(fā)送的聯(lián)動指令，對上述設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控；在本地控制模式下，將各設(shè)備將運(yùn)行狀態(tài)輸入后根據(jù)PLC內(nèi)預(yù)設(shè)的程序進(jìn)行控制，接收控制信號進(jìn)行本地控制。

考慮到以往工程分區(qū)控制點(diǎn)數(shù)量較少的情況 ，往往在多個分區(qū)內(nèi)共用1套PLC主機(jī)及數(shù)套分布式I/O系統(tǒng)，造成實(shí)際施工時反饋PLC主機(jī)與分布式I/O模塊間距過長不便于擴(kuò)展，且部分PLC廠家主機(jī)與分布式I/O模塊之間的線纜需特別定制，會增加投資成本，所以從穩(wěn)定性及擴(kuò)展性兩方面考慮，建議每個防火分區(qū)按1個自控單元設(shè)計。

3火災(zāi)監(jiān)測、自動報警與消防聯(lián)動系統(tǒng)

綜合管廊內(nèi)部多為主干管線，擔(dān)負(fù)著城市或片區(qū)正常運(yùn)行的重任。一旦沒有及時發(fā)現(xiàn)、撲滅火災(zāi)，將導(dǎo)致城市或片區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施癱瘓，使城市受到巨大的經(jīng)濟(jì)損失及不良的社會影響，故火災(zāi)監(jiān)測、自動報警與聯(lián)動滅火系統(tǒng)的設(shè)置是非常有必要的。

3.1火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)

火災(zāi)監(jiān)測宜采用線型光纖測溫，將光纖測溫主機(jī)與感溫光纖等作為主要的火災(zāi)監(jiān)測裝置。先由測溫光纖精確定位火災(zāi)發(fā)生的位置，將信息反饋給光纖測溫主機(jī)，再由測溫主機(jī)將實(shí)時溫度、火災(zāi)發(fā)生位置、火災(zāi)報警信號輸出至火災(zāi)報警系統(tǒng)，最后由火災(zāi)報警系統(tǒng)完成相應(yīng)的消防聯(lián)動。

以往部分工程在廊內(nèi)設(shè)置感煙探測器、感溫光柵等作為輔助或主要的火災(zāi)監(jiān)測裝置，但實(shí)際使用效果不佳，因?yàn)榫C合管廊內(nèi)納入的給排水管、通訊電纜一般不燃或難燃，且廊內(nèi)電力電纜均為阻燃或耐火電纜，在發(fā)生火災(zāi)并產(chǎn)生大量煙氣時，感溫裝置早已動作，故采用感煙探測器意義不大；另外在管廊內(nèi)造成電纜局部升溫進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)主要是因?yàn)殡娏€路出現(xiàn)相間短路、對地短路、接觸不良、線路過載等問題，而感溫光柵是點(diǎn)式感溫，監(jiān)測時間為循環(huán)非連續(xù)，故也不建議將感溫光柵作為綜合管廊內(nèi)部主要的火災(zāi)探測器。所以建議采用感溫光纖測溫作為綜合管廊火災(zāi)探測系統(tǒng)的首選。

3.2火災(zāi)報警系統(tǒng)

火災(zāi)報警系統(tǒng)通過接收火災(zāi)檢測信號或者手動按鈕報警信號，在綜合管廊內(nèi)部進(jìn)行聲光報警，以警示管廊內(nèi)部的工作人員，并同時在監(jiān)控中心內(nèi)部進(jìn)行聲光報警及軟件彈窗報警，監(jiān)控管理平臺自動將監(jiān)視器畫面切換到發(fā)生火災(zāi)的位置并通知監(jiān)控中心工作人員采取相關(guān)措施。

該系統(tǒng)包括設(shè)置在監(jiān)控中心的火災(zāi)報警控制主機(jī)、消防控制室圖形顯示裝置、綜合管廊內(nèi)的火災(zāi)報警控制分機(jī)、手動火災(zāi)報警按鈕、火災(zāi)聲光報警器等設(shè)備。其中，監(jiān)控中心的火災(zāi)報警控制主機(jī)能接入前端所有火災(zāi)報警控制分機(jī)，監(jiān)測每臺分機(jī)的運(yùn)行情況，當(dāng)監(jiān)控區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時，系統(tǒng)可以采用自動模式聯(lián)動控制相關(guān)設(shè)備啟/停，并接收各種聯(lián)動設(shè)備的反饋信號，監(jiān)視運(yùn)行狀態(tài)；工作人員可結(jié)合消防控制室圖形顯示情況進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警、火警以及消防指揮調(diào)度工作；而管廊內(nèi)部的火災(zāi)報警控制分機(jī)負(fù)責(zé)接入現(xiàn)場所有的火災(zāi)報警設(shè)備，接收并傳遞火災(zāi)報警信號，且對設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動控制；手動火災(zāi)報警按鈕和火災(zāi)聲光報警器接入所在防火分區(qū)內(nèi)的火災(zāi)報警控制分機(jī)。

各火災(zāi)報警控制分機(jī)通過專用消防通信鏈路與監(jiān)控中心火災(zāi)報警控制主機(jī)連接，并通過光纖傳輸實(shí)現(xiàn)前端設(shè)備與監(jiān)控中心的通信。

由于管廊內(nèi)部一般需要設(shè)置固定式電話，故可與消防專用電話合用，只設(shè)置單獨(dú)通信系統(tǒng)即可。

3.3消防聯(lián)動系統(tǒng)

在系統(tǒng)自動控制狀態(tài)下，一旦火災(zāi)監(jiān)測設(shè)備檢測到火災(zāi)發(fā)生，火災(zāi)報警系統(tǒng)就能夠自動啟動事先編制好的消防預(yù)案，聯(lián)動控制相關(guān)消防設(shè)備，如切斷非消防電源、啟動風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙、啟動滅火裝置及時滅火、聯(lián)動控制防火門及出/入口控制器等；在手動控制狀態(tài)下，工作人員對火災(zāi)進(jìn)行確認(rèn)后，啟動消防預(yù)案，聯(lián)動控制相關(guān)消防設(shè)備，同時工作人員能夠通過操作按鈕啟/停相關(guān)報警設(shè)備和消防設(shè)備。

4IP電話與無線對講系統(tǒng)

為保證綜合管廊后期的運(yùn)行、維護(hù)方便可靠，建議綜合管廊內(nèi)部設(shè)置固定式電話與無線對講系統(tǒng)。

4.1IP電話系統(tǒng)

綜合管廊內(nèi)工作人員無需撥號，可通過IP電話終端直接與監(jiān)控中心工作人員進(jìn)行對話，實(shí)現(xiàn)報警應(yīng)急指揮等功能。通話數(shù)據(jù)主要通過IP網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)控中心和綜合管廊之間傳輸，監(jiān)控中心能通過IP尋址精準(zhǔn)定位通話點(diǎn)。

系統(tǒng)通過在每個防火分區(qū)、艙室、人員出/入口處布設(shè)若干IP電話終端，通過RJ-45網(wǎng)口與各分區(qū)交換機(jī)連接，經(jīng)通信鏈路與監(jiān)控中心IP網(wǎng)絡(luò)尋呼話筒連接通話。

同時IP電話終端帶有報警按鈕，報警開關(guān)量信號轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。在監(jiān)控中心，IP電話系統(tǒng)工作站連接報警器控制盒和聲光報警器直接響應(yīng)前端報警信號。

4.2無線對講系統(tǒng)

控制中心人員應(yīng)能通過無線對講系統(tǒng)與綜合管廊內(nèi)部持?jǐn)?shù)字無線對講機(jī)的工作人員進(jìn)行實(shí)時通話，同時持?jǐn)?shù)字無線對講機(jī)的工作人員之間也可以互相對話。

無線對講系統(tǒng)由設(shè)置在監(jiān)控中心的近端設(shè)備和設(shè)置在管廊內(nèi)部的遠(yuǎn)端接入設(shè)備組成。近端設(shè)備通過光纜與遠(yuǎn)端設(shè)備連接，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心與無線對講機(jī)的通信，分機(jī)之間也可互通。

將監(jiān)控中心的近端設(shè)備產(chǎn)生的無線信號發(fā)送至廊內(nèi)的遠(yuǎn)端設(shè)備，并在遠(yuǎn)端設(shè)備接入上、下行兩個方向的漏泄電纜，既可作為無線信號電波的傳輸線，也可作為無線信號的天線，從而形成整個管廊區(qū)域的無線覆蓋網(wǎng)；同時，近端設(shè)備還可以通過以太網(wǎng)口連接至核心交換機(jī)，接入信息化監(jiān)控管理平臺，實(shí)現(xiàn)對整個綜合管廊無線對講系統(tǒng)的維護(hù)管理和操作。

5視頻監(jiān)控系統(tǒng)

綜合管廊應(yīng)能通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)對管廊內(nèi)部的重要節(jié)點(diǎn)和設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，將監(jiān)控畫面?zhèn)鬏敾乇O(jiān)控中心，使中心值班人員實(shí)時了解管廊內(nèi)部的情況，及時獲取突發(fā)狀況的信息。

系統(tǒng)包括布設(shè)在監(jiān)控中心的視頻管理服務(wù)器、視頻監(jiān)控計算機(jī)、嵌入式多屏控制器、嵌入式網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)、監(jiān)視墻等設(shè)備以及在管廊內(nèi)安裝覆蓋重要節(jié)點(diǎn)和設(shè)備的視頻監(jiān)控攝像機(jī)。監(jiān)控攝像機(jī)通過網(wǎng)線接入就近分區(qū)的交換機(jī)，再通過通信鏈路連接至監(jiān)控中心，可全天24h進(jìn)行錄像。

監(jiān)控中心設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)、視頻監(jiān)控工作站、嵌入式多屏控制器、監(jiān)視墻均接入中心局域網(wǎng)。前端傳送回的錄像碼流1路進(jìn)入嵌入式網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)進(jìn)行存儲，1路進(jìn)入嵌入式多屏控制器，經(jīng)解碼后在監(jiān)視器上實(shí)時顯示監(jiān)控畫面進(jìn)行輪詢切換。

6入侵檢測與無線電子巡更系統(tǒng)

為保證綜合管廊內(nèi)部安全、可靠地運(yùn)行，應(yīng)在人員出/入口、投料口、進(jìn)排風(fēng)口等可能遭到入侵的區(qū)域布設(shè)紅外入侵探測器，建議采用被動式紅外入侵探測器，并布設(shè)在管廊內(nèi)各設(shè)防口。當(dāng)人員入侵時，人體在紅外入侵探測器探測范圍內(nèi)移動，將引起設(shè)備接收到的紅外輻射電平變化，并隨即進(jìn)入報警狀態(tài)。設(shè)備將報警狀態(tài)通過RS-485串口輸出，經(jīng)串口轉(zhuǎn)網(wǎng)口模塊后生成IP數(shù)據(jù)，連接工業(yè)級交換機(jī)，再通過通訊鏈路發(fā)送至監(jiān)控中心的報警主機(jī)，驅(qū)動報警響應(yīng)。

同時，為實(shí)現(xiàn)對綜合管廊管理的規(guī)范化、科學(xué)化和能夠及時消除隱患等功能，宜設(shè)置無線電子巡更系統(tǒng)，提高管廊巡檢工作的規(guī)范化及科學(xué)化水平，以有效保障被巡檢設(shè)施處于良好狀態(tài)。無線巡更管理系統(tǒng)由信息鈕、巡更棒、通訊座、計算機(jī)及軟件系統(tǒng)組成。管廊運(yùn)管人員將具有不同編碼的信息鈕安放于被巡檢的設(shè)備或線路上，并將信息鈕編碼及對應(yīng)安放地點(diǎn)存于計算機(jī)中。在巡檢人員用巡更棒與該處信息鈕進(jìn)行接觸時，該信息鈕編號被讀入巡更棒中，并與巡更棒內(nèi)置的時鐘記錄時間一起構(gòu)成有效的巡檢數(shù)據(jù)。這些識讀器內(nèi)的巡檢數(shù)據(jù)將由巡檢人員通過計算機(jī)內(nèi)的軟件定期讀入計算機(jī)中。

7監(jiān)控中心計算機(jī)系統(tǒng)

監(jiān)控中心計算機(jī)系統(tǒng)通過集成前端監(jiān)控系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、分析和存儲以及業(yè)務(wù)管理和應(yīng)急指揮等功能。系統(tǒng)應(yīng)包含服務(wù)器及各子系統(tǒng)監(jiān)控計算機(jī)，其中，服務(wù)器通過安裝信息化監(jiān)控管理平臺客戶端，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整體業(yè)務(wù)管理和數(shù)據(jù)管理以及對計算機(jī)系統(tǒng)中各設(shè)備的整體管理和控制。

8設(shè)備供電、接地與安裝

綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)備均按不低于二級負(fù)荷考慮，要求雙回路供電，且兩路電源互為熱備，并設(shè)置不間斷供電電源。系統(tǒng)應(yīng)采用每個防火分區(qū)單獨(dú)供配電的方式，要求提供兩路電源，且每個防火分區(qū)配置單獨(dú)的UPS為監(jiān)控與報警設(shè)備供電。

一般電氣工程在綜合管廊內(nèi)部均設(shè)有通長接地干線，布設(shè)在監(jiān)控與報警系統(tǒng)機(jī)箱以外的現(xiàn)場設(shè)備需通過接地導(dǎo)線連接至通長接地干線；布設(shè)在機(jī)箱內(nèi)的設(shè)備應(yīng)在機(jī)箱中設(shè)置接地匯流排；箱內(nèi)設(shè)備通過接地導(dǎo)線連接至接地匯流排，接地匯流排引出接地導(dǎo)線與管廊內(nèi)的通長接地干線連接，監(jiān)控與報警系統(tǒng)接地電阻≤1Ω。

以往工程中，為安裝方便，除在設(shè)備夾層內(nèi)布置現(xiàn)場監(jiān)控與報警設(shè)備外，管廊內(nèi)部也有不少采用貼廊內(nèi)墻壁的安裝方式，待管廊建成完畢后，特別是管線敷設(shè)完成后出現(xiàn)不少管道或電纜遮擋住設(shè)備的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響設(shè)備的運(yùn)行與操作。故建議管廊內(nèi)部的現(xiàn)場監(jiān)控與報警設(shè)備宜先固定在底座安裝板上，再整體安裝在廊道內(nèi)支架上，方便后期運(yùn)管人員觀察與操作。

9結(jié)語

由于綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)子項(xiàng)繁多，且系統(tǒng)延伸性與擴(kuò)展性較強(qiáng)，經(jīng)過多年發(fā)展，新理念與新技術(shù)層出不窮，技術(shù)規(guī)范修訂也較為頻繁，但出不少技術(shù)問題在現(xiàn)場施工與后期使用中仍突顯，只有不斷總結(jié)完善，才能保證系統(tǒng)運(yùn)行安全、方便、合理、經(jīng)濟(jì)、高效。

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綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)計淺析

李蕊 / 付浩程

(中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司，四川 成都 610081)

摘要通過分析綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)計、施工及后期運(yùn)管中需要注意的問題，對通信、廊內(nèi)設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控、火災(zāi)監(jiān)測、自動報警及消防聯(lián)動、IP電話、無線對講、視頻監(jiān)控、入侵監(jiān)測與無線電子巡更、監(jiān)控中心計算機(jī)等系統(tǒng)進(jìn)行探討，初步給出各項(xiàng)系統(tǒng)的設(shè)計方案，并對優(yōu)化綜合管廊報警與監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建提出部分建議。

關(guān)鍵詞綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)信息化管理平臺設(shè)備供電接地與安裝