基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地下綜合管廊智能化建設(shè)

方 緯

(四川曠谷信息工程有限公司，四川成都 610000)

1 地下綜合管廊發(fā)展綜述

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，地下管線的鋪設(shè)錯綜復(fù)雜，有可能影響管網(wǎng)系統(tǒng)的承載能力［1］。地下綜合管廊可有效地提高地下空間的利用率，1833年，法國對排水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃，將自來水、通訊管線設(shè)置在地下綜合管廊之中［2］。隨后各國相繼開始修建地下綜合管廊［2］，如:1861年時，英國倫敦修建地下綜合管廊。1890年時，德國漢堡市修建了地下綜合管廊。俄羅斯莫斯科和北美的加拿大和美國密集城市，也均設(shè)置地下綜合管廊系統(tǒng)。1958年，我國的第一條地下管廊［3］在天安門廣場改造工程中建成，長約1 km。1994年，上海浦東綜合管廊系統(tǒng)建成［3］。近年來，我國又相繼開展管廊系統(tǒng)的建設(shè)［4］，如廈門市的集美大道綜合管廊建設(shè)等。2015年發(fā)布的《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》［5］，完善了綜合管廊的設(shè)計和施工規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及流程。在宏觀政策方面［6］，頒布了《關(guān)于加強城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》《關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》，推動了地下綜合管廊建設(shè)的迅猛發(fā)展。

2 地下綜合管廊監(jiān)控和運營管控平臺系統(tǒng)的開發(fā)

物聯(lián)網(wǎng)包含了三個主要層次［8］:感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。對地下綜合管廊，在前期規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運營維護(hù)過程中，對地下綜合管廊的智能化建設(shè)提供了技術(shù)上強有力的支撐。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的特點，感知層應(yīng)當(dāng)包含攝像頭、RFID、傳感器、監(jiān)測設(shè)備等。網(wǎng)絡(luò)層包含基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、有線通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)等。應(yīng)用層通過監(jiān)控主機(jī)和相應(yīng)的預(yù)警分析軟件，將綜合管廊的實時信息進(jìn)行分析、研判、管理。

結(jié)合綜合管廊的監(jiān)控系統(tǒng)與運營管控系統(tǒng)，綜合管廊監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已在原有的1.0圖形時代發(fā)展至現(xiàn)在的智慧時代4.0。本文作者參與了對某綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)和運營管控系統(tǒng)的項目開發(fā)，該系統(tǒng)由環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控、安全防范系統(tǒng)、語音通信系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、可燃?xì)怏w探測報警系統(tǒng)、智能巡檢機(jī)器人系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、巡檢管理、運營管理、應(yīng)急處置管理、專業(yè)管線監(jiān)控接口、跨系統(tǒng)聯(lián)動控制系統(tǒng)構(gòu)成。主要系統(tǒng)功能簡介如下:

環(huán)境監(jiān)控進(jìn)行環(huán)境參數(shù)監(jiān)控并設(shè)置報警閾，如濕度、溫度、水位、氧氣濃度、甲烷濃度等，根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，若管廊內(nèi)氧氣含量低于 19.5%(V/V)，則報警;廊內(nèi)硫化氫(H2S)含量高于10 mg/m3時或甲烷(CH4)含量高于1%(V/V)時，則報警。

安全防范中視頻監(jiān)控管理對管廊全方位監(jiān)控。入侵報警管理通過雙光束紅外線判斷是否需要激發(fā)語音報警。出入口控制管理指的是在出入口設(shè)置出入口控制裝置，對進(jìn)出管廊人員的身份進(jìn)行識別認(rèn)證，同時具備對非正常開啟、出入口長時間不關(guān)閉、通訊中斷、設(shè)備故障等非正常情況的實時報警功能。電子巡查管理是指在管廊每個艙內(nèi)下列場所設(shè)置離線電子巡查點。

固定語音通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)構(gòu)成了語音控制系統(tǒng)。觸發(fā)裝置、火災(zāi)報警裝置及輔助裝置構(gòu)成火災(zāi)報警系統(tǒng)。可燃?xì)怏w報警系統(tǒng)用于監(jiān)測安裝有燃?xì)夤艿赖呐撌覂?nèi)可燃?xì)怏w泄漏，及時向管廊監(jiān)控中心發(fā)出報警信號啟動應(yīng)急搶險預(yù)案。

機(jī)器人巡檢系統(tǒng)通過智能巡檢機(jī)器人能夠?qū)芾痊F(xiàn)場視頻畫面、溫濕度環(huán)境以及有毒有害氣體濃度等監(jiān)測要素進(jìn)行不間斷地自動巡檢與信息采集，對其他固定式在線監(jiān)測系統(tǒng)無法完全覆蓋的情況進(jìn)行有效補充。

當(dāng)發(fā)生緊急情況時，巡檢機(jī)器人可代替人力在第一時間進(jìn)入事故現(xiàn)場，把現(xiàn)場的視頻、圖像等數(shù)據(jù)發(fā)送回指揮中心，同時，也可以執(zhí)行應(yīng)急對講指揮等相關(guān)的處置措施，起到更好的防災(zāi)減災(zāi)效果?；炷凉芾群透綄俟艿赖谋O(jiān)測由結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測實現(xiàn)。

電力監(jiān)控系統(tǒng)對箱式變電站高低壓部分供電回路進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，保障管廊供電安全和穩(wěn)定。運維管理主要分兩部分:管廊自身運維和入廊管線運維。圖1所示為管廊運維管理的流程圖。運營管理對入廊管線業(yè)主單位的管理，可進(jìn)行信息錄入、查詢、修改等操作。

應(yīng)急處置管理主要由應(yīng)急隊伍、應(yīng)急物資、應(yīng)急預(yù)案管理構(gòu)成。專業(yè)管線監(jiān)控管理是指入廊管線進(jìn)行監(jiān)控并配置相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)?？缦到y(tǒng)聯(lián)動控制將所有子系統(tǒng)之間需要共享的數(shù)據(jù)收集并對不同的數(shù)據(jù)實行互聯(lián)互通。圖2所示為某綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)和運營管控系統(tǒng)建成后的運營情況，在3D環(huán)境下，實時反應(yīng)每個設(shè)備的運行情況。

圖1 管廊運維管理流程圖

圖2 綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)和運營管控系統(tǒng)

3 地下綜合智能管廊的建設(shè)及營運模式

地下綜合管廊建設(shè)在不同階段均存在一定的問題，在前期規(guī)劃、設(shè)計，綜合管廊的建設(shè)缺乏統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。在建設(shè)階段會面臨建設(shè)資金困難。在營運期間，綜合管廊中的不同管線的維修風(fēng)險和維修成本不同，因此不同的營運部門需要對運營風(fēng)險進(jìn)行評估。在投資方面，普遍采用投資、建設(shè)和運營一體化+入廊單位付費+政府補貼的PPP模式:引入社會資本，成立相應(yīng)的項目公司，負(fù)責(zé)管廊的融資、建設(shè)及運營維護(hù)，在管廊建成后，項目公司根據(jù)地方的收費政策對相關(guān)入廊單位收費，在合作期結(jié)束后交付政府使用，能夠有效減少地方財政的資金壓力。

4 綜合智能管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的市場前景及市場機(jī)會分析

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)的發(fā)展，我國的智慧城市建設(shè)正在從連接互聯(lián)網(wǎng)的1.0時代，向更高效的數(shù)據(jù)互聯(lián)的2.0時代邁進(jìn)。智慧城市不再只是信息化，而是人工智能化的新型基礎(chǔ)設(shè)施的集合，如智慧城市中的智慧市政(水電煤能源、管網(wǎng)、路燈等)，智能交通、智能安監(jiān)等。

在此背景下，能源、建設(shè)、生產(chǎn)、安保等城市經(jīng)濟(jì)服務(wù)等方面的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，正在形成下一個建設(shè)風(fēng)口，據(jù)統(tǒng)計，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場規(guī)模或達(dá)萬億級，目前已吸引了包括騰訊、阿里等互聯(lián)網(wǎng)巨頭以及移動、聯(lián)通等電信企業(yè)布局市場。

綜合管廊的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用也屬于政府智慧城市、提供城市公共服務(wù)的建設(shè)范疇，建設(shè)需求取決于政府對城市市政設(shè)施的公共管理與服務(wù)模式的創(chuàng)新，從法律法規(guī)到地方政策到行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)多維度推進(jìn)綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展。綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用上應(yīng)注重對相關(guān)技術(shù)的突破，逐步完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及法律法規(guī)?？v觀物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，由眾多的大、中、小企業(yè)構(gòu)成了綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要研發(fā)、應(yīng)用、建設(shè)力量，隨著政策、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的完善和市場的規(guī)?；?，綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)及市場必將呈現(xiàn)出整合、優(yōu)化，再迅猛發(fā)展的態(tài)勢。

綜合管廊的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，將逐步實現(xiàn)地下綜合管廊的智能化;在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面，對綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將實現(xiàn)智能、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)化。在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用將實現(xiàn)人、物及服務(wù)智能的充分整合?？傊?，隨著城市建設(shè)的規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化，同時創(chuàng)新建設(shè)模式，吸引社會資本，地下綜合管廊的建設(shè)發(fā)展必將對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)、實施、集成服務(wù)企業(yè)帶來巨大的市場機(jī)會，市場前景可期。

5 結(jié)語

地下綜合管廊的智能化建設(shè)離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，本文對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何應(yīng)用于地下綜合管廊的建設(shè)中進(jìn)行了分析，對工程項目案例進(jìn)行了簡介，同時對某綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)和運營系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)行了概要說明，總結(jié)了目前地下綜合管廊的建設(shè)及營運模式、綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的市場前景及行業(yè)市場機(jī)會分析，對地下綜合管廊智能化建設(shè)進(jìn)行了有益的探索與思考。