包頭市110國道綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)計

張學(xué)群+楊超+張祥武

摘要：綜合管廊是21世紀(jì)新型城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，延長了管線的使用壽命，它還為城市的發(fā)展預(yù)留了寶貴的地下空間。目前科技部、建設(shè)部均在全國范圍內(nèi)推廣建設(shè)綜合管廊。為保證綜合管廊的安全運行，需要在管廊內(nèi)建設(shè)現(xiàn)代化監(jiān)控與報警系統(tǒng)，借助自動化、信息化技術(shù)，有效地提升綜合管廊的運行管理自動化水平。本文對管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)的關(guān)鍵問題進(jìn)行論述，介紹了綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)置原則。

關(guān)鍵詞：綜合管廊；監(jiān)控與報警系統(tǒng)；線纜敷設(shè)

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）10-0149-04

1 引言

綜合管廊是21世紀(jì)新型城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一，它避免了由于埋設(shè)或維修管線而導(dǎo)致道路重復(fù)開挖的麻煩，由于管線不接觸土壤和地下水，因此避免了土壤對管線的腐蝕，延長了管線的使用壽命，它還為城市的發(fā)展預(yù)留了寶貴的地下空間。同時也是積極響應(yīng)“一流的規(guī)劃、一流的設(shè)計、一流的建設(shè)、一流的質(zhì)量”的建設(shè)要求。目前科技部、建設(shè)部均把綜合管廊作為新城建設(shè)、舊城全面改造的一項市政管線綜合布置的新科技，在全國范圍內(nèi)推廣建設(shè)。為保證綜合管廊的安全運行，需要在管廊內(nèi)建設(shè)現(xiàn)代化監(jiān)控與報警系統(tǒng)，借助自動化、信息化技術(shù)，有效地提升綜合管廊的運行管理自動化水平。

本文結(jié)合包頭市110國道管廊對管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)的關(guān)鍵問題進(jìn)行論述，介紹了綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)置原則。

2 包頭110國道綜合管廊工程

包頭市110國道綜合管廊工程在110國道一期計劃實施的范圍內(nèi)。共分為兩段：第一段為白云鄂博路至銀海路段，長度為5.0km；第二段為勝利街至210國道段，長度為7.0km，分為61個分區(qū)，設(shè)監(jiān)控中心一座。入廊敷設(shè)的管線有給水、中水、電力、熱力、通信及燃?xì)?。設(shè)有電力艙、水信艙、熱力艙及燃?xì)馀撍膫€艙室。管廊的標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖1所示，管廊監(jiān)控中心BIM模型如圖2所示。

管廊的每個分區(qū)采用自然進(jìn)風(fēng)、機械排風(fēng)方式。投料口與自然通風(fēng)口合建，燃?xì)馀搯为氃O(shè)置投料口。管廊投料口及自然通風(fēng)口如圖3所示。

3 監(jiān)控與報警系統(tǒng)的構(gòu)成

綜合管廊內(nèi)設(shè)置的監(jiān)控與報警系統(tǒng)的監(jiān)控對象是綜合管廊的公共環(huán)境[1～3]。根據(jù)國辦發(fā)[2015]61號《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》中明確“地下綜合管廊本體及其附屬設(shè)施管理由管廊建設(shè)運行單位負(fù)責(zé)，入廊管線的設(shè)施維護(hù)及日常管理由管線單位負(fù)責(zé)”。

根據(jù)GB50058-2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》，管廊內(nèi)部監(jiān)控與報警系統(tǒng)由環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、預(yù)警與報警系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和統(tǒng)一管理信息平臺。監(jiān)控與報警系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

從系統(tǒng)層次上從系統(tǒng)層次上分為監(jiān)控中心和綜合管廊兩部分?？刂浦行牟俦O(jiān)控平臺通過以太網(wǎng)絡(luò)與管廊內(nèi)現(xiàn)場的區(qū)域控制單元通訊，獲取現(xiàn)場各設(shè)備的狀態(tài)、儀表檢測數(shù)據(jù)的實時數(shù)據(jù)，必要時報警；同時，監(jiān)控平臺還向現(xiàn)場設(shè)備發(fā)出控制命令，啟、停相關(guān)設(shè)備[4]。監(jiān)控中心布置示意如圖5所示。

4 管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)計

以管廊一個分區(qū)作為一個監(jiān)控與報警區(qū)間，每個監(jiān)控區(qū)間包含：電力艙、水信艙、熱力艙和燃?xì)馀摗?/p>

4.1 環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)采用動畫模擬每個防火分區(qū)設(shè)備運行狀況，將從各個子系統(tǒng)實時采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，結(jié)合防火分區(qū)的視頻監(jiān)控，讓值班人員能夠直觀的查看系統(tǒng)運行信息，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，提高維護(hù)管理的效率。環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控示意如圖6所示，電氣監(jiān)測示意如圖7所示。

4.2 安防系統(tǒng)

安防系統(tǒng)包括：智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)；人員入侵監(jiān)測系統(tǒng)；人員定位系統(tǒng)；電子巡查系統(tǒng)和出入口門禁系統(tǒng)。各個安防報警區(qū)間的信號均引至現(xiàn)場控制站內(nèi)安防柜并經(jīng)通信系統(tǒng)上傳至監(jiān)控中心。

管廊中通風(fēng)口、現(xiàn)場控制站、人員出入口、變配電間以及監(jiān)控中心均設(shè)置攝像機，且攝像機設(shè)置間距不大于100m。在人員出入口處、通風(fēng)口設(shè)入侵探測裝置聲光報警器。

當(dāng)入侵報警裝置檢測到有非授權(quán)侵入時，開啟相應(yīng)位置的照明裝置和視頻監(jiān)控裝置，并發(fā)出警報以便管理人員及時獲知報警信息，并通知現(xiàn)場巡查人員及時處理。安防入侵監(jiān)測系統(tǒng)示意圖、離心式電子巡查系統(tǒng)如圖8、圖9所示。

4.3 通信系統(tǒng)

在管廊內(nèi)部通過光纖光纖通訊系統(tǒng)以3層以太網(wǎng)交換機為核心，與管廊現(xiàn)場的所有區(qū)域控制單元共同組成千兆光纖環(huán)網(wǎng)通信系統(tǒng)。

在監(jiān)控中心設(shè)無線控制器、工作站，經(jīng)過光纖環(huán)網(wǎng)連接管廊內(nèi)部的無線AP。管廊的每個防火分區(qū)內(nèi)間隔100m設(shè)無線AP。

4.4 預(yù)警與報警系統(tǒng)

預(yù)警與報警系統(tǒng)包括：火災(zāi)探測及自動報警系統(tǒng)；可燃?xì)怏w探測報警系統(tǒng)；管道爆管監(jiān)測系統(tǒng)。

在綜合管廊內(nèi)設(shè)線型光纖感溫火災(zāi)探測器和聲光報警器。在管廊內(nèi)部設(shè)置手動火災(zāi)報警按鈕和火災(zāi)報警器，在電力電纜表層設(shè)置線型感溫火災(zāi)探測器。在控制中心內(nèi)設(shè)火災(zāi)報警上位機、圖形控制系統(tǒng)及手動控制柜。通過光纖網(wǎng)絡(luò)與設(shè)置在綜合管廊投料區(qū)內(nèi)的區(qū)域火災(zāi)報警控制器聯(lián)網(wǎng)。圖形控制系統(tǒng)可以顯示整個火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的狀態(tài)。在管廊內(nèi)部設(shè)置防火門監(jiān)控系統(tǒng)。

自動滅火系統(tǒng)由同一個防火分區(qū)一個感煙火災(zāi)探測器報警信號與另一個火災(zāi)探測器報警信號或兩個感溫火災(zāi)探測器報警信號聯(lián)動觸發(fā)。聯(lián)動相關(guān)攝像機監(jiān)控報警現(xiàn)場經(jīng)消防控制室確認(rèn)并記錄，當(dāng)消防控制室確認(rèn)后，可由消防控制室手動啟動滅火系統(tǒng)。火災(zāi)確認(rèn)后，消防聯(lián)動控制器應(yīng)關(guān)閉相應(yīng)著火防火分區(qū)及同艙室相鄰防火分區(qū)通風(fēng)機及防火閥；啟動管廊內(nèi)同艙室所有的火災(zāi)聲光報警器；打開著火分區(qū)及同艙室相鄰防火分區(qū)應(yīng)急照明；聯(lián)動出入口控制系統(tǒng)，釋放相應(yīng)出入口控制裝置。

天然氣艙每個防火分區(qū)設(shè)置一套探測報警控制器，天然氣管道艙內(nèi)各防火分區(qū)設(shè)置的天然氣探測器均接入可燃?xì)怏w報警控制器。當(dāng)艙內(nèi)燃?xì)鉂舛瘸^報警濃度設(shè)定值時，應(yīng)由可燃?xì)怏w報警控制器或消防聯(lián)動控制器聯(lián)動啟動天然氣事故段分區(qū)及其相鄰分區(qū)的事故通風(fēng)設(shè)備。endprint

在每根供熱管道上平行捆綁敷設(shè)一根感溫光纖，用于熱力管道的爆管監(jiān)測。光纖接入相應(yīng)區(qū)間的探測系統(tǒng)感溫光纖主機，各主機通過通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心報警主機。

4.5 地理信息系統(tǒng)

通過GIS地圖的方式繪制綜合管廊監(jiān)控中心、防火分區(qū)、現(xiàn)場控制站地理分布圖和重要設(shè)備地理分布圖如管道閥門，在地圖上展示系統(tǒng)區(qū)域主要運行信息，并顯示鼠標(biāo)靠近區(qū)域詳細(xì)運行信息，單擊鼠標(biāo)切換對應(yīng)區(qū)域的詳細(xì)工藝畫面或功能畫面。

當(dāng)發(fā)生管道泄漏、非法入侵、發(fā)生火災(zāi)、設(shè)備運行異常等報警時，系統(tǒng)迅速對報警發(fā)生的防火分區(qū)進(jìn)行定位，在地圖上對應(yīng)區(qū)域進(jìn)行警示性閃爍，同時結(jié)合報警聲音，提醒值班人員進(jìn)行報警處理。管廊GIS展示示意圖如圖9所示。

4.6 統(tǒng)一管理信息平臺

統(tǒng)一管理信息平臺作用是將管廊設(shè)置的上述子系統(tǒng)之間進(jìn)行相互協(xié)調(diào)，統(tǒng)一與各個管線單位進(jìn)行通信，實現(xiàn)信息互通。

5 設(shè)備選型及線纜敷設(shè)

熱力艙、電力艙、水信艙中的監(jiān)控與報警設(shè)備防護(hù)等級均不低于IP65。天然氣管道艙內(nèi)設(shè)置的監(jiān)控與報警設(shè)備、安裝與接線技術(shù)要求均應(yīng)符合《爆炸火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定。

本文中所指電纜敷設(shè)是指監(jiān)控與報警系統(tǒng)所需線纜，不包括入廊敷設(shè)的電力電纜及通信電纜。消防電纜采用阻燃耐火電纜，其他電纜均采用阻燃電纜。管廊及控制中心內(nèi)線纜分別沿消防專用橋架和弱電系統(tǒng)橋架敷設(shè)。橋架外均要求涂防火涂料。由橋架引出后至設(shè)備處線纜均穿鋼管沿管廊頂、管廊側(cè)墻明敷，并在保護(hù)管外涂防火材料。

6 防雷與接地

綜合管廊內(nèi)監(jiān)控設(shè)備接地與電氣設(shè)備共用接地系統(tǒng)，要求接地電阻小于1歐姆。綜合管廊內(nèi)控制柜、儀表設(shè)備外殼等正常不帶電的金屬部分，均應(yīng)做保護(hù)接地[5，6]。此外綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)做工作接地，工作接地包括信號回路接地和屏蔽接地。各類接地應(yīng)分別由各自的接地支線引至接地匯流排或接地端子板，再由接地匯流排或接地端子板引出接地干線連接至總接地系統(tǒng)?；馂?zāi)報警系統(tǒng)的接地應(yīng)符合規(guī)范《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50116-2013的要求。

7 結(jié)語

目前綜合管廊已成為比較熱門的工程領(lǐng)域，基于綜合管廊城市生命線的屬性，在設(shè)計中為保證管廊的安全運行，監(jiān)控與報警系統(tǒng)需要設(shè)置大量的相關(guān)設(shè)備、系統(tǒng)，造成監(jiān)控系統(tǒng)比較龐大，給后期運行維護(hù)造成較大困難。

本文結(jié)合工程實例，闡述了監(jiān)控與報警系統(tǒng)的構(gòu)成。綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)的技術(shù)合理程度直接影響了管廊運行管理水平。目前，已建成運行的綜合管廊數(shù)量有限，且現(xiàn)行的GB50058-2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行時間較短，綜合管廊的監(jiān)控與報警設(shè)計仍處于起步摸索階段。

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