地下綜合管廊監(jiān)控與報警實訓(xùn)系統(tǒng)探討與實踐
——以浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例

胡力勤,趙和平

HU Liqin，ZHAO Heping

(1.浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 杭州 311231；2.浙大網(wǎng)新電氣技術(shù)有限公司,浙江 杭州 310027)

近年來,我國綜合管廊建設(shè)在全國各地如火如荼開展,GIS、BIM、智能化控制系統(tǒng)等新技術(shù)應(yīng)用于管廊建設(shè)。為推動地方經(jīng)濟發(fā)展,培養(yǎng)大量社會急需的建設(shè)人才,根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的決定》《浙江省人民政府關(guān)于加快發(fā)展現(xiàn)代職業(yè)教育的實施意見》文件指示,浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院積極探索改革人才培養(yǎng)方案,依托浙江省高職優(yōu)質(zhì)校、優(yōu)勢專業(yè)、特色專業(yè)項目建設(shè),創(chuàng)新建設(shè)先進(jìn)綜合管廊實訓(xùn)基地,為人才培養(yǎng)打下堅實的基礎(chǔ)。綜合管廊實訓(xùn)基地如何建？建哪些內(nèi)容？如何發(fā)揮實訓(xùn)基地的最大優(yōu)勢？面對這些新課題,教師團隊通過充分調(diào)研,以“來源于真實工程,演變于真實工程,高于實際工程技術(shù)”為建設(shè)目標(biāo),把綜合管廊實訓(xùn)基地建設(shè)成為融教學(xué)、科研、工程研發(fā)、崗位培訓(xùn)于一體的多功能平臺,既滿足實踐教學(xué)要求,又充分反映現(xiàn)代綜合管廊主流技術(shù),在全面反映綜合管廊土建結(jié)構(gòu)施工細(xì)節(jié)的基礎(chǔ)上,集成展示各項最新智能化技術(shù)應(yīng)用與研究,著力打造綜合管廊監(jiān)控與報警實訓(xùn)系統(tǒng)。

1　綜合管廊監(jiān)控與報警實訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)定位

綜合管廊監(jiān)控與報警實訓(xùn)系統(tǒng)以綜合管廊為監(jiān)測對象,基于各類智能化信息的綜合應(yīng)用,集架構(gòu)、系統(tǒng)、應(yīng)用、管理及優(yōu)化組合為一體,具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力,運行在統(tǒng)一平臺下,集成展示智能化巡檢、運維操作。

首先,應(yīng)滿足教學(xué)需要,使學(xué)生能夠在“教、學(xué)、做”的教學(xué)模式下,學(xué)習(xí)綜合管廊監(jiān)控與報警控制系統(tǒng)的相關(guān)知識,了解綜合管廊監(jiān)控與報警控制系統(tǒng)的內(nèi)容,及其包含的子系統(tǒng)，如：環(huán)境監(jiān)控、安防等子系統(tǒng),了解該控制系統(tǒng)的工作過程,并進(jìn)行系統(tǒng)安裝和調(diào)試的訓(xùn)練,增強學(xué)生的動手能力,滿足工作技能的需求,提高核心競爭力。其次,應(yīng)成為教師進(jìn)行科學(xué)研究的場所,以項目研究提升教師的科研水平,產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合,間接提升教師實踐能力,提升教學(xué)質(zhì)量。最后,應(yīng)成為行業(yè)協(xié)會最新技術(shù)展示、人員交流、崗位培訓(xùn)、技能比武的好場所。

2　綜合管廊監(jiān)控與報警實訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)方案

綜合管廊監(jiān)控與報警實訓(xùn)系統(tǒng)以計算機、通訊、電子等技術(shù)為基礎(chǔ),以集中管理、分散控制、統(tǒng)一管理平臺開展安全控制系統(tǒng)實訓(xùn)。安全控制系統(tǒng)實訓(xùn)包括五方面：

1)管廊本體的健康與沉降、滲水監(jiān)測與報警聯(lián)動；

2)火災(zāi)監(jiān)測與報警聯(lián)動；

3)非法入侵監(jiān)測與報警聯(lián)動；

4)有毒氣體泄露監(jiān)測與報警聯(lián)動；

5)電源監(jiān)測與報警。

監(jiān)控與報警實訓(xùn)系統(tǒng)具有范圍廣、內(nèi)容多、技術(shù)變化快的特點。監(jiān)控與報警實訓(xùn)系統(tǒng)從控制設(shè)備安裝、系統(tǒng)調(diào)試、智能巡檢運行入手,開展實踐教學(xué)活動。實踐教學(xué)平臺還需模擬仿真為上級平臺預(yù)留數(shù)據(jù)上傳接口、接受上級平臺調(diào)度指令,對內(nèi)實現(xiàn)各子系統(tǒng)統(tǒng)一的監(jiān)控和管理,便于監(jiān)控、運維和搶修；對外實現(xiàn)區(qū)域或地域級的監(jiān)控、調(diào)度、管理。監(jiān)控與管理實訓(xùn)系統(tǒng)統(tǒng)一管理平臺尚需預(yù)留與各管線單位互聯(lián)互通需求的傳輸接口。綜合管廊與管理平臺見圖1。

2.1　監(jiān)控與報警實訓(xùn)系統(tǒng)控制模塊配置

2.1.1環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控模塊

具有對綜合管廊內(nèi)部環(huán)境參數(shù)采集、監(jiān)測、報警聯(lián)動。環(huán)境參數(shù)采集包括各艙溫濕度、O2含量、H2S濃度、CH4濃度、污水溫度、集水坑水位等。監(jiān)控中心將實時采集到的數(shù)據(jù)存儲、分析,設(shè)定閾值；當(dāng)環(huán)境參數(shù)超標(biāo)時,發(fā)出報警信號,并啟動風(fēng)機進(jìn)行通風(fēng)或者啟動排水泵排水；當(dāng)燃?xì)鈧}CH4濃度超標(biāo)時,監(jiān)控中心需第一時間將報警信號傳輸給燃?xì)夤就ㄓ嵔缑?由燃?xì)夤娟P(guān)閉泄漏點就近閥門。

設(shè)備監(jiān)控功能。通過ACU對管廊實訓(xùn)基地內(nèi)附屬設(shè)施供配電系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等進(jìn)行監(jiān)測和控制，并達(dá)到降低能源消耗、節(jié)省人力、提高管理水平的目的。設(shè)備控制方式采用就地手動、自動和遠(yuǎn)程控制。[1]在滿足管廊內(nèi)人員安全或環(huán)境控制要求的前提下,以節(jié)能和方便運行管理為目標(biāo),實現(xiàn)最大限度的節(jié)能和優(yōu)化控制。

1)照明控制：綜合管廊內(nèi)人行通道上一般照明的平均照度不應(yīng)小于15 lx,最小照度不應(yīng)小于5 1x,在人員出入口和設(shè)備操作處的局部照度應(yīng)提高到100 lx。綜合管廊采用光導(dǎo)管系統(tǒng),實施自然、綠色照明,共在50 m內(nèi)設(shè)置 8個光導(dǎo)井,照度傳感器采

圖1　綜合管廊監(jiān)控與管理平臺示意圖

集照度與規(guī)定參數(shù)比較,對管廊室內(nèi)照明采用智能化運行模式,并對各區(qū)域進(jìn)行獨立的自動化控制,實現(xiàn)人到燈亮,人走燈滅的節(jié)能管理目標(biāo),最大限度降低運營成本。

2)爆管監(jiān)測：在水倉各種管道上安裝壓力傳感器,系統(tǒng)實時采集管道壓力數(shù)據(jù),便于及時發(fā)現(xiàn)、及時處理故障。在每個區(qū)段最低處安裝液位開關(guān),水管爆管事故發(fā)生時,溝內(nèi)水位上升報警,用于監(jiān)測爆管事故。

3)排水控制：在積水坑內(nèi)設(shè)置液位傳感裝置,系統(tǒng)根據(jù)采集的液位數(shù)據(jù),自動啟、停排水泵,對坑內(nèi)水位進(jìn)行控制。

4)通風(fēng)控制：根據(jù)設(shè)定參數(shù)自動啟動風(fēng)機,進(jìn)行降溫、換氣,保證管廊空氣環(huán)境達(dá)到健康標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)接收到火災(zāi)報警信息時,綜合管廊實訓(xùn)基地內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)停止運行。

5)配電間內(nèi)的配電控制柜進(jìn)線運行三相電壓、電流、功率、電能、無功功率信號采集；變壓器的溫度、斷路器閉合、斷開狀態(tài)采集。

6)沿線人員出入口電控井蓋狀態(tài)采集與控制。

7)管廊健康采集與控制：管廊健康檢測系統(tǒng)重點關(guān)注基礎(chǔ)重點部位，進(jìn)行實時在線的沉降監(jiān)測,防止管廊沿線下沉或下沉不均勻?qū)е吕葍?nèi)管線破損。對于預(yù)制拼裝方式的綜合管廊,應(yīng)在接縫處設(shè)置 2 個沉降監(jiān)測點。每個沉降監(jiān)測點選用1臺靜力水準(zhǔn)儀,適用于測量綜合管廊多點的相對沉降。

2.1.2安全防范模塊

安全防范模塊包括入侵報警系統(tǒng)、門禁控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子巡查系統(tǒng)、安防集成平臺。在安防集成平臺的技術(shù)上,綜合處理有人非法闖入信息。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)要求,在綜合管廊內(nèi)的投料口、通風(fēng)口、出入口、電子井蓋布設(shè)紅外探測器,當(dāng)非巡查維護(hù)時段之內(nèi)有人員進(jìn)入管廊時,向監(jiān)控中心報警信息。門禁報警系統(tǒng)對綜合管廊3個主要出入口布設(shè),管理人員的進(jìn)出,并實時記錄出入信息。三維人臉識別網(wǎng)絡(luò)型視頻監(jiān)控系統(tǒng),主動識別管廊三個主要出入口出入人員,并將網(wǎng)絡(luò)視頻信號傳輸至監(jiān)控中心時記錄,圖像記錄保存時長大于30 d。設(shè)置巡查系統(tǒng),由監(jiān)控中心按計劃實施巡查計劃,設(shè)備定位,巡查維護(hù)人員定位。安防集成平臺將以上信息集成處理,降低誤報,實施入侵系統(tǒng)與視頻聯(lián)動、門禁系統(tǒng)與視頻監(jiān)控聯(lián)動、電子巡查系統(tǒng)結(jié)合GIS技術(shù)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動,在安防系統(tǒng)集成平臺上實現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)可視化平臺集成與設(shè)備管理。

2.1.3GIS模塊

綜合管廊設(shè)置地理信息系統(tǒng),且具有綜合管廊和內(nèi)部各專業(yè)管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、圖檔管理、管線拓?fù)渚S護(hù)、數(shù)據(jù)離線維護(hù)、維修與改造管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享等功能。[2]通過藍(lán)牙和WIFI技術(shù)實現(xiàn)定位,具有豐富的圖形展示效果,為綜合管廊統(tǒng)一管理信息平臺提供人機交互界面。在綜合管廊內(nèi)主要設(shè)備上安裝藍(lán)牙巡更設(shè)備,配合基于移動端APP,完成從實訓(xùn)統(tǒng)一平臺上派出巡檢任務(wù)單,按任務(wù)單巡檢主要設(shè)備,檢修替換,完成巡檢。管廊數(shù)據(jù)采集見表1。

2.1.4統(tǒng)一實訓(xùn)平臺模塊

統(tǒng)一實訓(xùn)平臺模塊安裝在監(jiān)控中心的電腦上,支持眾多的標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議和各種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),提供人機交互界面,實現(xiàn)信息采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理、應(yīng)急管理、聯(lián)動控制等進(jìn)行綜合處理。統(tǒng)一實訓(xùn)平臺對各子系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)集成,并為上級平臺預(yù)留數(shù)據(jù)上傳接口、接受上級平臺調(diào)度指令,對內(nèi)實現(xiàn)各子系統(tǒng)統(tǒng)一的監(jiān)控和管理,便于監(jiān)控、運維和搶修,對外實現(xiàn)區(qū)域或地域級的監(jiān)控、調(diào)度、管理[3]。

統(tǒng)一實訓(xùn)平臺具有演示教學(xué)功能,按照教學(xué)的要求,設(shè)計數(shù)十個演示場景,以便管廊內(nèi)進(jìn)行演示內(nèi)容展示,在監(jiān)控中心有全部實訓(xùn)教學(xué)流程與說明,配合GIS系統(tǒng),能在監(jiān)控中心接收到動態(tài)位置信息、圖像信息、每臺設(shè)備的參數(shù)、運行狀態(tài)等。

統(tǒng)一實訓(xùn)平臺承擔(dān)綜合管廊運維的狀態(tài)評估與預(yù)測、安全預(yù)警、維修與養(yǎng)護(hù)決策等任務(wù)仿真,能處理安全事故等應(yīng)急突發(fā)事件,聯(lián)動控制。根據(jù)安全事故等監(jiān)測數(shù)據(jù),自動實現(xiàn)設(shè)備的啟動和關(guān)閉。對數(shù)據(jù)分類整理,運用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實施運維統(tǒng)計和報表管理,建設(shè)資料數(shù)據(jù)查詢與管理,用戶權(quán)限管理,操作日志存儲與檢索管理,數(shù)據(jù)規(guī)范化管理。通過按既定策略的深層次分析,從全局角度對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與判斷,得出管廊實時結(jié)構(gòu)健康評分,提出相應(yīng)的維修和保養(yǎng)措施[4]。

表1　管廊數(shù)據(jù)采集表

2.1.5火災(zāi)自動報警及聯(lián)動模塊

設(shè)置防火門監(jiān)控系統(tǒng)、自動滅火系統(tǒng)、智能疏散系統(tǒng)、聲光報警裝置與消防應(yīng)急廣播等。在燃?xì)鈧}布設(shè)可燃?xì)馓綔y報警裝置,在電力倉內(nèi),運用光纖感溫探測器對電力電纜溫度進(jìn)行時時監(jiān)測；在艙室頂部設(shè)置感煙火災(zāi)探測器、手動報警按鈕等傳感器,偵測火災(zāi)報警信息。光纖測溫主機對火災(zāi)地點進(jìn)行精確定位,向監(jiān)控中心發(fā)送火災(zāi)信息,包括火災(zāi)發(fā)生位置、溫度信息、報警信息等。無論是感煙火災(zāi)探測器或者可燃?xì)馓綔y器、光纖感溫探測器,當(dāng)各類型傳感器采集到火警,聯(lián)動防火分區(qū)內(nèi)控制防火門、風(fēng)機切斷非消防電源,門禁釋放,自動打開,應(yīng)急照明系統(tǒng)啟動,智能疏散系統(tǒng)配合消防廣播播放逃生信息,導(dǎo)引逃生最佳路徑,保證人員快速撤離,自動滅火設(shè)備選用氣溶膠自動滅火系統(tǒng)進(jìn)行滅火。

2.2　主要實訓(xùn)項目

學(xué)生采用小組教學(xué)模式,共分成16組,每組3人,可進(jìn)行控制系統(tǒng)主要設(shè)備安裝、編程、調(diào)試訓(xùn)練,掌握所需的基本技能。見表2。

表2　實訓(xùn)項目一覽表

3　結(jié)　語

通過綜合管廊監(jiān)控與報警實訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè),創(chuàng)新設(shè)計一個以統(tǒng)一的實訓(xùn)平臺技術(shù),集成聯(lián)動控制,防水、防火、防盜；借助GIS系統(tǒng)進(jìn)行管線管理的信息化建設(shè)和管線運營的預(yù)警分析、事故處理,滿足為社會培養(yǎng)大量急需建設(shè)人才的需求。依托該基地教師建設(shè)團隊獲得浙江省公益項目2項,建設(shè)廳項目一項,教師較好開展產(chǎn)學(xué)研活動,推進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高,為建立綜合管廊日常和應(yīng)急狀態(tài)下的安全保障技術(shù),使綜合管廊成為安全、節(jié)能空間,配合浙江省地方經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展的要求做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。