城市地下綜合管廊自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)分析

代義德，薛鵬

（廣州廣鋼金業(yè)集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510380）

城市地下綜合管廊自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)分析

代義德，薛鵬

（廣州廣鋼金業(yè)集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510380）

城市地下綜合管廊作為高度集約的管線工程被越來(lái)越多的應(yīng)用到城市規(guī)劃建設(shè)當(dāng)中來(lái)，為了保障城市地下綜合管廊的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，在管廊內(nèi)布置了各類設(shè)備設(shè)施，組成了綜合性的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全天候不間斷的監(jiān)視與運(yùn)行操作，從而達(dá)到監(jiān)控、預(yù)警、安全防范的作用。本文對(duì)綜合管廊的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，闡述了綜合管廊自動(dòng)化系統(tǒng)的組成和功能。

城市；綜合管廊；自動(dòng)化監(jiān)控

綜合管廊是目前世界發(fā)達(dá)城市普遍采用的市政基礎(chǔ)工程，是一種集約度高、科學(xué)性強(qiáng)的城市綜合管線工程。目前在用的綜合管廊布置了各類能源管線，包括高中低壓的電力電纜、各類通信電纜、冷熱供水、供氣管線等，部分大型管廊承擔(dān)著一個(gè)城區(qū)幾乎所有的電力、熱力、供水、通訊所需，基于此，綜合管廊的安全可靠運(yùn)行就顯得尤為重要。綜合管廊自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)就是為了保障綜合管廊的長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行，提供良好的運(yùn)行環(huán)境，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管廊的運(yùn)行狀態(tài)而設(shè)計(jì)的，包含照明、通風(fēng)、排水、環(huán)境監(jiān)控、視頻監(jiān)控、消防報(bào)警、智能巡視等設(shè)備或系統(tǒng)。從運(yùn)行平臺(tái)上劃分，綜合管廊的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)又可分為視頻監(jiān)控平臺(tái)、消防及報(bào)警聯(lián)動(dòng)平臺(tái)、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視與控制平臺(tái)及智能巡檢平臺(tái)。本文根據(jù)當(dāng)前綜合管廊的實(shí)際運(yùn)行情況，介紹了自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能，對(duì)可以優(yōu)化的部分提出一些建議。

1 城市地下綜合管廊結(jié)構(gòu)和布局

綜合管廊的結(jié)構(gòu)主體以預(yù)制的鋼筋混凝土為主，單倉(cāng)呈“口”字型，一般十米左右為一段，將各個(gè)段拼接起來(lái)，構(gòu)成長(zhǎng)距離的綜合管廊。綜合管廊置于地下，為了不對(duì)城市的建設(shè)造成影響，更多的將管廊布置在公路中間的綠化帶下。根據(jù)艙室的不同，管廊分為單艙、雙艙、三艙、四艙和特殊結(jié)構(gòu)艙等，目前國(guó)內(nèi)最多已經(jīng)做到七艙。各個(gè)艙室之間相對(duì)獨(dú)立，用以布置不同的管線。管廊的結(jié)構(gòu)和布局示意圖如圖1。

綜合管廊根據(jù)不同的需要，可以布置中高壓電力電纜、低壓電力電纜、通信電纜、供水管道、排水管道、熱力管道、天然氣管道等。由于不同的管線對(duì)運(yùn)行環(huán)境的要求不同，所以大型管廊將不同的管線布置在不同的艙室內(nèi)進(jìn)行物理空間隔離，將運(yùn)行環(huán)境相似的管線布置在同一個(gè)艙室內(nèi)。新規(guī)劃建設(shè)的管廊將依據(jù)2015年新修訂的《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

圖1 綜合管廊結(jié)構(gòu)和布局示意圖

2 綜合管廊自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能

綜合管廊處于地下，且線路較長(zhǎng)，容易形成潮濕的環(huán)境甚至受到水浸的影響，加上管廊建設(shè)之時(shí)往往是城區(qū)建設(shè)未完之際，大量的市政和樓宇建設(shè)會(huì)導(dǎo)致地面沉降，對(duì)管廊的結(jié)構(gòu)和設(shè)備設(shè)施造成很大的破壞，使管廊的伸縮縫破裂漏水，有時(shí)甚至引起管廊結(jié)構(gòu)體斷裂。另外一方面，管線設(shè)施也容易對(duì)管廊的運(yùn)行造成很大的威脅，如供水、供暖管道的破裂會(huì)造成管廊內(nèi)大量積水，損壞設(shè)備設(shè)施，威脅人身安全；電力電纜的損傷或過(guò)負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生；天然氣等易燃易爆管線會(huì)造成泄露、爆炸等極其嚴(yán)重的事故。管廊內(nèi)也容易聚集有毒有害氣體，容易出現(xiàn)蚊蟲鼠害等情況，綜合管廊的運(yùn)行壓力相比一般樓宇要大得多。

綜合管廊的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)就是為了應(yīng)對(duì)這些運(yùn)行狀況而設(shè)計(jì)的一整套監(jiān)控設(shè)備和子系統(tǒng)的總稱，包括供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、防入侵系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、護(hù)套環(huán)流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)巡檢系統(tǒng)及各類傳感器和設(shè)備運(yùn)行所依賴的監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)等。各個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，又彼此連接，組成了一個(gè)先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。典型的綜合管廊自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2。

下面從綜合管廊自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的四個(gè)平臺(tái)分別介紹其組成和功能。

2.1 綜合管廊消防報(bào)警平臺(tái)

為了保障綜合管廊在發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并撲救火災(zāi)，需要在管廊內(nèi)設(shè)置消防及報(bào)警系統(tǒng)，不間斷監(jiān)測(cè)管廊內(nèi)的消防狀態(tài)，在發(fā)生火災(zāi)或爆炸事故時(shí)與消防廣播、風(fēng)機(jī)、自動(dòng)滅火裝置等聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行人群的疏散和火災(zāi)的撲滅。

圖3 典型的綜合管廊消防系統(tǒng)示意圖

綜合管廊的消防報(bào)警系統(tǒng)有兩種，一種是在每個(gè)防火分區(qū)內(nèi)獨(dú)立設(shè)置區(qū)域報(bào)警控制器，將感溫探頭、感煙探頭、手動(dòng)報(bào)警裝置、消防廣播及與風(fēng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)信號(hào)接入控制器。另一種采用感溫光纖進(jìn)行測(cè)溫，現(xiàn)場(chǎng)的手動(dòng)報(bào)警裝置和消防廣播等設(shè)備連接至消防報(bào)警系統(tǒng)，通過(guò)消防報(bào)警系統(tǒng)和光纖測(cè)溫的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全程消防報(bào)警監(jiān)視與控制。典型的綜合管廊消防系統(tǒng)示意圖如圖3所示。

使用感溫光纖的分布式測(cè)溫系統(tǒng)除了在監(jiān)測(cè)方式方面有不同之外，其他的消防報(bào)警控制類似，所具有的功能也基本一致。感溫光纖的精確度達(dá)到米級(jí)，且靈敏度高、反饋及時(shí)、故障率低，施工時(shí)只需要將感溫光纖布置在管廊頂部或管線上方合適的位置即可，節(jié)約空間，減少了線纜連接，是目前選擇較多的一種感溫探測(cè)方式。分布式感溫光纖系統(tǒng)的示意圖如圖4所示。

圖4 分布式感溫光纖系統(tǒng)示意圖

與消防報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的是自動(dòng)滅火系統(tǒng)。根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》的要求，城市地下綜合管廊必須配備自動(dòng)滅火系統(tǒng)，但由于缺少具體的綜合管廊消防規(guī)范，目前新建的綜合管廊都很難通過(guò)消防驗(yàn)收，各大設(shè)計(jì)院也只能根據(jù)類似環(huán)境設(shè)計(jì)和布置自動(dòng)滅火系統(tǒng)。隨著城市地下綜合管廊的建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，相信消防報(bào)警與自動(dòng)滅火的相關(guān)規(guī)范和細(xì)則也會(huì)很快出臺(tái)。典型的消防報(bào)警與自動(dòng)滅火系統(tǒng)配置如圖5。

2.2 綜合管廊設(shè)備監(jiān)視及控制平臺(tái)

綜合管廊的照明、通風(fēng)、排水、供配電、門禁、防入侵、護(hù)套環(huán)流、環(huán)境監(jiān)測(cè)等設(shè)備和系統(tǒng)組成了設(shè)備監(jiān)視及控制平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)不僅可以監(jiān)視管廊的運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀況，還可以根據(jù)管廊的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)備的操作，從而滿足日常巡查、維護(hù)、施工作業(yè)等各種工作需要。監(jiān)控平臺(tái)通常以工控軟件構(gòu)建的監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場(chǎng)的PLC或ACU來(lái)采集各類設(shè)備和傳感器信息，并控制相應(yīng)的操作。圖6是某項(xiàng)目采用Wincc軟件開發(fā)的監(jiān)視與控制平臺(tái)。

圖6 某項(xiàng)目采用Wincc軟件開發(fā)的控制平臺(tái)

圖5 典型的消防報(bào)警與自動(dòng)滅火系統(tǒng)配置圖

通過(guò)類似的控制平臺(tái)，不僅可以控制綜合管廊內(nèi)照明、風(fēng)機(jī)、水泵的開啟和關(guān)閉，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)防入侵系統(tǒng)、視頻監(jiān)控設(shè)備、智能巡檢設(shè)備、供電設(shè)施及環(huán)境的狀態(tài)及其他運(yùn)行平臺(tái)的工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊的全方位監(jiān)管，在發(fā)生異常情況時(shí)及時(shí)處置。

2.3 視頻監(jiān)控平臺(tái)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、硬盤錄像機(jī)、管理服務(wù)器、操作平臺(tái)軟件及其他附件組成，在每個(gè)防火分區(qū)的出入口、投料口或關(guān)鍵設(shè)備等位置布置監(jiān)控?cái)z像機(jī)，監(jiān)控管廊內(nèi)人員和設(shè)備的情況。典型的視頻監(jiān)控平臺(tái)如圖7。

圖7 視頻監(jiān)控平臺(tái)

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也使視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備更加智能化，為綜合性的監(jiān)控平臺(tái)的打造提供了更加便利的方式，在部分融合度較高的自控平臺(tái)中，已經(jīng)將視頻監(jiān)控系統(tǒng)融入到設(shè)備監(jiān)控與控制平臺(tái)中并與防入侵和門禁系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。從實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看，綜合性的監(jiān)控平臺(tái)能展示更多的設(shè)備信息，通過(guò)一個(gè)監(jiān)控終端即可實(shí)現(xiàn)大部分設(shè)備設(shè)施的監(jiān)視與控制，更加有利于綜合管廊的整體監(jiān)控與緊急情況下的應(yīng)急決策。

2.4 自動(dòng)巡檢平臺(tái)-巡檢機(jī)器人

綜合管廊的運(yùn)維一般通過(guò)人工的巡查和維護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但大部分管廊距離遠(yuǎn)、管線長(zhǎng)，單純的人工巡查將耗費(fèi)大量的人工成本且效率低下。巡檢機(jī)器人的引入，將節(jié)約大量成本，提高巡查效率，同時(shí)也增加了監(jiān)測(cè)手段，彌補(bǔ)了人工巡查中的不足。

目前國(guó)內(nèi)機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，巡檢機(jī)器人也在電站、大型生產(chǎn)車間或流水線上開始使用，在綜合管廊里使用巡檢機(jī)器人也已經(jīng)有成功的案例。從技術(shù)上而言，巡檢機(jī)器人的功能類似，一般配備紅外高清攝像頭、紅外熱像儀、各類溫濕度和有毒有害氣體傳感器等，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)音頻的實(shí)時(shí)傳輸，在監(jiān)控室就可以實(shí)時(shí)查看管廊內(nèi)部狀況，記錄管線設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)。國(guó)內(nèi)知名的深圳朗馳（圖8）、中信重工、浙江國(guó)自、普華靈動(dòng)等一大批機(jī)器人公司正瞄準(zhǔn)城市地下綜合管廊巡檢機(jī)器人的巨大市場(chǎng)，開發(fā)符合綜合管廊運(yùn)行環(huán)境的巡檢機(jī)器人產(chǎn)品，并在降低成本的同時(shí)逐步小型化、專業(yè)化，為將來(lái)綜合管廊全方面的安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

圖8 深圳朗馳公司開發(fā)的綜合管廊巡檢機(jī)器人

3 結(jié)語(yǔ)

城市地下綜合管廊的運(yùn)營(yíng)一般都超過(guò)20年，專業(yè)的自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)是管廊安全、長(zhǎng)期、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵部分之一，正基于此，在綜合管廊自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)時(shí)，往往從工業(yè)控制的角度去考慮，更多關(guān)注長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行，從而減少后期的維護(hù)成本，也更加注重?cái)?shù)據(jù)的收集和分析，使監(jiān)控平臺(tái)從自動(dòng)化向智能化、智慧化邁進(jìn)。目前國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，將來(lái)自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)也將融合BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)、高效的監(jiān)視與控制，更加智慧化的數(shù)據(jù)處理與輔助決策，從而進(jìn)一步降低綜合管廊的運(yùn)營(yíng)成本，提高運(yùn)營(yíng)的安全性。

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主編．城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范[S]，GB 50838-2015．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2015．

[2]劉海明主編．建筑工程新技術(shù)及應(yīng)用[M]．江蘇：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2016．

[3] 劉應(yīng)明等編著．城市地下綜合管廊工程規(guī)劃與管理[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016．

[4] 中國(guó)建筑工業(yè)出版社編．城市地下綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)匯編[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2017．

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1671-0711（2017）10（上）-0127-04