城市綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)信息化技術(shù)應(yīng)用

□ 文/徐林

隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市公共設(shè)施管線資源越來越緊缺，城市公共水、電、燃氣等居民耐以生活的基礎(chǔ)公共資源基礎(chǔ)建設(shè)也矛盾凸顯，為了集約資源用地，提高城市管線工程建設(shè)安全與規(guī)范，統(tǒng)籌安排城市工程管線在城市綜合管廊內(nèi)敷設(shè)，越來越多的城市開始建設(shè)城市地下綜合公共管廊。管廊內(nèi)部不僅可以整合維持城市功能的自來水、煤氣、電力、通信管線，而且管廊為了滿足自身運營功能使用的動力、照明、排水等設(shè)備也比較繁多，無論是管線出現(xiàn)故障，還是自身滿足運營管理設(shè)備出現(xiàn)故障，都將造成管廊功能癱瘓風(fēng)險，因此運用信息化技術(shù)對城市綜合管廊進行管理意義重大。

2015年，我國制定并執(zhí)行《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》，提出城市綜合管廊的設(shè)計、建設(shè)應(yīng)遵循“規(guī)范先行、適度超前、因地制宜、統(tǒng)籌兼顧”的原則。其中，定義管廊附屬設(shè)施包括七項分部工程系統(tǒng)，包括消防系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、監(jiān)控與報警系統(tǒng)、排水系統(tǒng)及標(biāo)識系統(tǒng)。“監(jiān)控與報警系統(tǒng)”投資額雖然占整體管廊建設(shè)的比例不大，但其技術(shù)含量要求高，實現(xiàn)功能在管廊日常運營管理中非常重要，是對整個城市綜合管廊監(jiān)控、管理、運營、維護結(jié)合起來的一個主要系統(tǒng)工程。

監(jiān)控與報警系統(tǒng)現(xiàn)狀及需求分析

系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)在在建的大多數(shù)城市綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)，由于依靠環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、安全防范、通信、預(yù)警與報警、地理信息等多個不同功能的系統(tǒng)，或者由于產(chǎn)品提供來自不同的廠商，在數(shù)據(jù)交換中沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此造成接口眾多、訪問性差，容易形成一個個的“信息孤島”：

（1）多頭管理、分散操作易產(chǎn)生各種問題，同時導(dǎo)致市政設(shè)施管理的運維監(jiān)測監(jiān)控能力、應(yīng)急調(diào)度指揮能力、綜合業(yè)務(wù)能力很難提高；

（2）傳統(tǒng)監(jiān)控采用人工管理模式，運營管理成本高，管理水平與管理質(zhì)量也無法得到有力保障；

（3）大部分建設(shè)單位在建設(shè)時沒有考慮后期運維管理，導(dǎo)致在運維期存在很多問題無法妥善解決，給管廊的管理帶來很大困難。

需求分析

面對綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)現(xiàn)在所面臨的狀況，以下幾方面的需求可以作為我們?nèi)蘸蠼ㄔO(shè)管廊項目的借鑒：

（1）建設(shè)管廊綜合監(jiān)控運營一體化平臺，深度集成管廊內(nèi)監(jiān)控與報警系統(tǒng)中各子系統(tǒng)功能，確保管廊內(nèi)管線及操控設(shè)備能正常運轉(zhuǎn)。綜合監(jiān)控運營一體化平臺就是整個管廊安全管控系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，通過自動化監(jiān)控設(shè)備，將管廊內(nèi)的信息數(shù)據(jù)實時傳輸至平臺，使管理人員可以隨時掌握管廊內(nèi)情況。

（2）建立完善的預(yù)警、報警機制，通過各設(shè)備之間的有效聯(lián)動解決城市管廊設(shè)施遭受人為破壞的隱患，并在發(fā)生事故時能迅速反應(yīng)處理，保障管廊內(nèi)的通風(fēng)、照明、排水、防火、通信等設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，并實時收集在運行設(shè)備的狀態(tài)信號，故障設(shè)備信號報警，在一體化平臺上直觀準(zhǔn)確定位故障設(shè)備位置。

貫徹建、管、運、養(yǎng)一體化的全生命周期項目思維，在監(jiān)控與報警系統(tǒng)建設(shè)時期充分考慮到后期運維管理可能存在的種種問題，保障綜合管廊完整的全壽命周期。

《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加強城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)〔2014〕27號）中提出，各城市要在普查的基礎(chǔ)上建立地下管線綜合管理信息系統(tǒng)，滿足城市規(guī)劃、建設(shè)、運行和應(yīng)急等工作需要。綜合管理信息系統(tǒng)和專業(yè)管線信息系統(tǒng)應(yīng)按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)信息的即時交換、共建共享、動態(tài)更新。推進綜合管理信息系統(tǒng)與數(shù)字化城市管理系統(tǒng)、智慧城市融合。充分利用信息資源，做好工程規(guī)劃、施工建設(shè)、運營維護、應(yīng)急防災(zāi)、公共服務(wù)等工作，因此在工程建設(shè)規(guī)劃和管理施工許可時，必須以綜合管理信息系統(tǒng)為依據(jù)，提高效率，降低成本。

綜合監(jiān)控與報警系統(tǒng)信息化技術(shù)運用

綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)是一個綜合性非常強的管控系統(tǒng)。各系統(tǒng)之間由于技術(shù)體系和接口協(xié)議不統(tǒng)一，采用的標(biāo)準(zhǔn)各異，導(dǎo)致直接接入難以兼容互通，這不僅需要兼顧環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、通信聯(lián)絡(luò)、信息管理等需求，而且還要兼顧安全防范等方面對圖像監(jiān)控的需求，同時還需要考慮報警、門禁等配套系統(tǒng)的集成以及與廣播系統(tǒng)的聯(lián)動，因此在這些系統(tǒng)的互聯(lián)互通過程中必然會出現(xiàn)系統(tǒng)異構(gòu)的信息孤島問題。

要打破信息孤島的局面，復(fù)雜異構(gòu)方式的監(jiān)控報警系統(tǒng)需要解決不同廠商、不同產(chǎn)品的兼容和多個系統(tǒng)相互接入集成的問題，需要考慮到平臺的網(wǎng)絡(luò)接入和資源信息的開發(fā)方式，還需要立足大型聯(lián)網(wǎng)用戶的角度去設(shè)計，把握好互聯(lián)與共享的原則。

整體架構(gòu)與方案

綜合管廊是綜合管廊運行管理單位為主導(dǎo)，各專業(yè)管線單位負責(zé)所屬設(shè)備設(shè)施運行安全，各家共同參與管理的特殊場所。綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)大致分為4層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層（包括管廊綜合監(jiān)控運營一體化平臺及結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、入侵與定位系統(tǒng)和火災(zāi)報警系統(tǒng)等，各系統(tǒng)間可以實現(xiàn)有效聯(lián)動）、業(yè)務(wù)邏輯層（實現(xiàn)報警生成與確認、通知消息的生成發(fā)送、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計、數(shù)據(jù)歸檔和報表生成）、數(shù)據(jù)訪問層（數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)庫操作等）和設(shè)備層（包括各子系統(tǒng)對應(yīng)的具體設(shè)備）。系統(tǒng)整體架構(gòu)如下圖所示。

▲圖1 綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)整體架構(gòu)

綜合監(jiān)控運營一體化平臺

綜合管廊的綜合監(jiān)控運營一體化平臺是將管廊內(nèi)的結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、入侵與定位系統(tǒng)以及信息采集與聯(lián)動控制有機地結(jié)合在統(tǒng)一的監(jiān)控平臺上，實現(xiàn)對管廊內(nèi)部設(shè)備的遠程管理與控制。平臺集成設(shè)備種類完全覆蓋自動化、智能化全部領(lǐng)域，無縫集成各種多源異構(gòu)系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、綜合聯(lián)動，并具有高度一體化人機操作界面，通過監(jiān)控平臺，我們主要可以實現(xiàn)以下功能：

基于GIS/BIM的展示與管理：直觀查看管廊內(nèi)，入廊管網(wǎng)和設(shè)備設(shè)施的分布情況、各出口的位置和安裝在管廊內(nèi)部附屬設(shè)施的位置；將BIM技術(shù)全面應(yīng)用于綜合管廊的設(shè)計、施工、運維的全生命過程中，通過方案模擬、深化設(shè)計、管線綜合、資源配置、進度優(yōu)化等應(yīng)用，避免設(shè)計錯誤及施工返工，能夠取得良好的經(jīng)濟、工期效益，最后實現(xiàn)GIS+BIM的一體化運營管理平臺界面，直觀、高效；

管線資產(chǎn)管理：通過建立管線及附屬設(shè)備的資產(chǎn)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對綜合管廊內(nèi)，入廊管網(wǎng)及設(shè)備設(shè)施的數(shù)量、種類、權(quán)屬單位、建設(shè)單位、管理單位信息管理，明確各方職責(zé)，提高經(jīng)濟管理效率；

安全管理：消除用戶身份和權(quán)限管理上的重復(fù)和冗余，有利于實現(xiàn)用戶身份和權(quán)限管理的制度化、規(guī)范化，簡化對不同系統(tǒng)的重復(fù)登錄；

數(shù)據(jù)管理：統(tǒng)一存儲各類結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，充分挖掘數(shù)據(jù)價值，為其他應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐；

運維管理：保障管線安全運行，減少人員巡檢頻次，更有針對性的檢查和管理；通過數(shù)據(jù)的采集、分析提前預(yù)知現(xiàn)場設(shè)備及管線的運行狀態(tài)，及時維修跟換，避免重大事故的發(fā)生。

設(shè)備聯(lián)動與報警

當(dāng)管廊內(nèi)發(fā)生緊急事件時，管廊設(shè)備應(yīng)能夠及時聯(lián)動響應(yīng)，保障管廊內(nèi)管線資產(chǎn)的安全。以火災(zāi)事件為例：

消防聯(lián)動：探測器發(fā)出檢測信號，報警裝置聯(lián)動視頻系統(tǒng)，跳出該防區(qū)的視頻畫面，確認報警；

聯(lián)動排煙/氣系統(tǒng)：每段防火分區(qū)設(shè)置有排風(fēng)及排煙/氣系統(tǒng)，正常時用于排風(fēng)；當(dāng)確認探測到火災(zāi)/可燃氣體時，監(jiān)控平臺可通過多功能基站傳輸指令實現(xiàn)遠程啟動風(fēng)機排煙/氣，到溫度達到火災(zāi)規(guī)定強切要求時，風(fēng)機斷電，防火閥關(guān)閉；

聯(lián)動電源：災(zāi)情探測信息確認后，監(jiān)控平臺可通過多功能基站進行指令傳輸以切斷非消防電源；

聯(lián)動廣播系統(tǒng)：災(zāi)情探測信息確認后，監(jiān)控平臺啟動廣播切換模塊進行災(zāi)情信息廣播，特別針對災(zāi)情確認區(qū)、相鄰分區(qū)進行廣播疏散；

聯(lián)動電話系統(tǒng)：監(jiān)控平臺可啟動專用模塊與任一廣播基站通話；現(xiàn)場任一廣播基站或電話通過監(jiān)控平臺確認后實現(xiàn)與調(diào)度主機通話錄音。

智慧運維

隨著先進傳感器的發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，綜合管廊已經(jīng)可以輕松實現(xiàn)智慧運維。設(shè)備巡檢時，無需手動查看，可以實現(xiàn)自動檢測設(shè)備是否在位，自動進行庫存、出入庫管理，設(shè)備更換自動登記。基于RFID的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可形成高精度的管廊設(shè)備資產(chǎn)管理，形成了設(shè)備運維檔案數(shù)據(jù)庫，記錄設(shè)備故障次數(shù)、更換次數(shù)、使用頻率、使用時間等，基于對同類設(shè)備的更換歷史信息分析歸納，系統(tǒng)提前發(fā)出設(shè)備壽命即將到期的更換提醒，設(shè)備質(zhì)量篩查。

目前人工智能技術(shù)的發(fā)展已有基于AI的移動巡檢代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工巡檢，常用的移動巡檢多為搭載多種傳感設(shè)備的機器人巡檢，可實現(xiàn)與后臺監(jiān)控和運維管理平臺的無縫接軌，準(zhǔn)確、客觀地反映管廊內(nèi)各系統(tǒng)運行狀態(tài)，7*24小時連續(xù)作業(yè)，低電量自動充電，避免巡檢人員在惡劣環(huán)境所處的危險，同時其自學(xué)習(xí)功能解決管廊內(nèi)線路及設(shè)備巡檢的差異化，對管廊進行更加智慧的運維。

結(jié)束語

綜合管廊信息化建設(shè)是國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的強制要求，是綜合管廊安全運行、應(yīng)急處置的保障，也是綜合管廊資產(chǎn)管理及運營的有力手段，對城市整體經(jīng)濟效益有顯著提高。結(jié)合以往的工程實踐經(jīng)驗，提出建設(shè)綜合管廊的綜合監(jiān)控運營一體化平臺，通過信息化技術(shù)實現(xiàn)管廊內(nèi)的設(shè)備聯(lián)動、實時響應(yīng)和對管廊內(nèi)資產(chǎn)和管廊本身狀況實現(xiàn)智慧化巡檢。該系統(tǒng)已經(jīng)在多個項目實踐中運行，為管廊運營管理單位實現(xiàn)先進信息化全生命周期管理提供了有力的技術(shù)支撐手段。