綜合管廊監(jiān)控及報警系統(tǒng)設(shè)計

殷繁斌

摘 要：目前我國各大城市綜合管廊建設(shè)快速發(fā)展，綜合管廊的監(jiān)控及報警系統(tǒng)設(shè)計多種多樣，國標(biāo)圖集和部分地方標(biāo)準(zhǔn)做法也不盡相同，沒有統(tǒng)一的原則。通過對綜合管廊內(nèi)設(shè)備及儀表的分析，并結(jié)合自動化管理運行因素和綜合管廊設(shè)計案例，簡要總結(jié)綜合監(jiān)控及報警系統(tǒng)設(shè)計要點。

關(guān)鍵詞：綜合管廊;維護(hù)站控制中心;網(wǎng)絡(luò)通訊方案;監(jiān)控與報警系統(tǒng)

引 言：改革開放以來，隨著城市人居環(huán)境、群眾生活以及國家國力財力不斷提升，城市功能日趨改善，對城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求，建設(shè)地下綜合管廊是實現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施彈性化、集約化和可持續(xù)發(fā)展的重要措施，可以大幅度提高城市基礎(chǔ)設(shè)施防災(zāi)防毀能力，保證水、電、暖、氣等重要生命管線安全穩(wěn)定的運行，同時還可以有效避免馬路拉鏈、地下空間浪費等問題。國家相繼出臺了一系列推動綜合管廊建設(shè)的意見和相關(guān)技術(shù)規(guī)范，國內(nèi)越來越多的城市都在加快推進(jìn)綜合管廊的規(guī)劃、建設(shè)。

綜合管廊的功能相對明確單一，其作為城市主動脈，重要性不言而喻，監(jiān)控與報警系統(tǒng)作為綜合管廊最主要的附屬工程，為管廊內(nèi)消防、通風(fēng)、排水、照明、監(jiān)控、安防、通信等系統(tǒng)提供自動化運行保證，監(jiān)控與報警系統(tǒng)的安全、可靠運行是設(shè)計的首要目標(biāo)。

通過對多個綜合管廊項目的分析，并結(jié)合筆者參與的綜合管廊項目，對綜合管廊的監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)計方案進(jìn)行簡要介紹。

1. 項目概況

西安市幸福林帶綜合管廊為西安市先期啟動建設(shè)的管廊之一，幸福林帶則是西安市老城區(qū)內(nèi)規(guī)劃保留時間最久、寬度最大的綠化走廊，管廊位于林帶兩側(cè)機動車道及人行道下，主要包含了幸福路綜合管廊、萬壽路綜合管廊（南北向）以及西影路、建工路等連接管廊（東西向）;建設(shè)管廊總長度約20.43km。

幸福林帶綜合管廊內(nèi)的管線包含給水、熱力、燃?xì)猓ㄖ袎海?、電力、通信?類市政管線，設(shè)有綜合艙、電力艙、天然氣艙，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要斷面形式詳見圖1。

2. 管廊等級及監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)計原則

綜合管廊做為城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，中斷供電將存在重大的安全隱患，根據(jù)幸福林帶管廊斷面規(guī)模確定為干線綜合管廊。監(jiān)控與報警系統(tǒng)需設(shè)置環(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)和統(tǒng)一管理平臺等子系統(tǒng)。管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)置選擇原則如表1所示。

3. 維護(hù)站控制中心

控制中心作為城市地下綜合管廊的重要配套設(shè)施，對于地下綜合管廊的監(jiān)控與報警、協(xié)調(diào)管理、應(yīng)急指揮等都發(fā)揮著重要作用，建設(shè)意義十分重大。

根據(jù)綜合管廊分布及建設(shè)時序，控制中心宜分層級進(jìn)行設(shè)置，西安市綜合管廊監(jiān)控中心整體按三級架構(gòu)設(shè)置，即市級總控中心、項目公司區(qū)域分控中心、維護(hù)站控制中心。幸福林帶綜合管廊需建設(shè)維護(hù)站控制中心，與管廊同期建設(shè)，同步建成投運，維護(hù)站控制中心設(shè)計在幸福林帶商業(yè)體負(fù)一層內(nèi)，辦公面積不大800㎡，靠近幸福路人員出入口，步行距離約150米，方便工作人員進(jìn)出。幸福林帶維護(hù)站負(fù)責(zé)管理維護(hù)的管廊區(qū)域及長度詳見圖2。

4. 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)方案

幸福林帶綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)共設(shè)置三套不同的網(wǎng)絡(luò)：自控網(wǎng)、通訊網(wǎng)及消防網(wǎng)。自控網(wǎng)包括環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng);通訊網(wǎng)包括通信系統(tǒng);消防網(wǎng)包括火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、可燃?xì)馓綔y報警系統(tǒng)。

自控網(wǎng)采用1根室外12芯單模光纜，其中：自控網(wǎng)的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)占用2芯、安全防范系統(tǒng)分別占用2芯（根據(jù)帶寬可調(diào)整為4或6芯），其余為備用芯;通訊網(wǎng)采用1根室外4芯單模光纜，通訊網(wǎng)占用2芯，其余2芯為備用;消防網(wǎng)采用單獨1根室外12芯單模光纜傳輸，不得與其他非消防類信號共用光纜傳輸。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：核心層、匯聚層和接入層。其中：核心層與匯聚層組成光纖萬兆環(huán)網(wǎng)（大環(huán)），匯聚層與接入層組成千兆光纖環(huán)網(wǎng)（小環(huán)），整個網(wǎng)絡(luò)形成大環(huán)套小環(huán)的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。核心交換機設(shè)置于綜合管廊控制中心內(nèi);匯聚層交換機設(shè)置于綜合管廊的設(shè)備間內(nèi)，每條管廊設(shè)置2套匯聚交換機（自控與視頻共用一套、通訊一套）;接入層交換機設(shè)置于綜合管廊的設(shè)備間控制柜內(nèi)，控制柜內(nèi)設(shè)置3套接入交換機（自控、視頻、通訊分開），負(fù)責(zé)接入相鄰兩個防火分區(qū)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，幸福林帶綜合管廊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)詳見圖3。

5. 監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)計

1）環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

在幸福林帶綜合管廊每個防火分區(qū)（或相應(yīng)控制區(qū)段）內(nèi)，對管廊環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測與報警，含有兩類及以上管線的艙室，按照最高類要求的管線設(shè)置，設(shè)計具體監(jiān)測內(nèi)容如下：

電力艙環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容：含氧量、溫/濕度、集水坑水位;

綜合艙（不含污水管線）環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容：含氧量、溫/濕度、集水坑水位;

天然氣艙環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容：含氧量、溫/濕度、集水坑水位、有毒氣體（CH4）。

集水坑處設(shè)置用于啟停泵控制及報警液位測量的水位檢測裝置，設(shè)計統(tǒng)一采用浮球液位開關(guān)，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備通訊采用現(xiàn)場總線或硬接線傳輸，并采用工業(yè)級產(chǎn)品，設(shè)備防護(hù)等級IP65，天然氣艙采用防爆設(shè)備，防爆等級ExdIIBT4。

設(shè)備監(jiān)控需對主要電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和控制，具體包括：照明、進(jìn)/排風(fēng)機、排水泵、進(jìn)/排風(fēng)閥、管線配套控制執(zhí)行機構(gòu)等電氣設(shè)備。

2）安全防范系統(tǒng)

安全防范系統(tǒng)主要包含四套子系統(tǒng)：視頻監(jiān)控子系統(tǒng)、入侵報警子系統(tǒng)、出入口控制子系統(tǒng)、電子巡查子系統(tǒng)。

在綜合管廊內(nèi)沿線艙室、配電室、人員出入口、逃生通道等場所設(shè)置監(jiān)控攝像機;在沿線艙室內(nèi)每個防火分區(qū)設(shè)置兩臺攝像機（根據(jù)實際情況最多不超過3套），不分防火分區(qū)的艙室，攝像機設(shè)置間距不大于100m。視頻監(jiān)控采用數(shù)字型網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控攝像機，采用網(wǎng)線進(jìn)行傳輸，距離超長點位（≥90m）時采用光纖收發(fā)器形式傳輸，信號均接入配電室控制柜內(nèi)，通過控制柜內(nèi)以太網(wǎng)交換機將視頻信號上傳至監(jiān)控中心。

在綜合管廊進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口、人員逃生口、人員出入口、配電室逃生口處設(shè)置入侵報警裝置。當(dāng)探測到有人進(jìn)入時，可聯(lián)動聲光報警器發(fā)出聲光報警、激活相應(yīng)位置的攝像機進(jìn)行視頻監(jiān)視，并將報警信號傳輸至配電室控制柜。

在綜合管廊內(nèi)的每個出入口均設(shè)置門禁讀卡器，讀卡出入，對強行闖入有報警功能，門禁控制器通過以太網(wǎng)連接方式接入控制站，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程開啟/關(guān)閉功能。

在綜合管廊內(nèi)設(shè)置云巡更電子巡查管理系統(tǒng)，天然氣艙設(shè)置離線式電子巡查管理系統(tǒng)。在每個防火分區(qū)（或相應(yīng)區(qū)段）內(nèi)設(shè)置至少兩個巡更點，間距不大于100m。巡查管理主機設(shè)置在監(jiān)控中心，巡查管理主機具有設(shè)置、更改巡查路線的功能，對未巡查、未按規(guī)定線路巡查、未按時巡查等情況進(jìn)行記錄、警示等。

3）管廊專用通信系統(tǒng)

在綜合管廊內(nèi)設(shè)置固定通信系統(tǒng)，通過光纖環(huán)網(wǎng)及控制中心內(nèi)電話程控交換機系統(tǒng)可實現(xiàn)各通訊點之間的通話。在管廊每個防火分區(qū)內(nèi)至少設(shè)置兩處電話通信點，不設(shè)防火分區(qū)的艙室，通訊點設(shè)置間距不大于100米。固定通信采用數(shù)字型IP網(wǎng)絡(luò)電話機，采用網(wǎng)線進(jìn)行傳輸，距離超長點位（≥90m）時采用光纖收發(fā)器形式傳輸，信號均接入配電室控制柜內(nèi)，通過控制柜內(nèi)以太網(wǎng)交換機將語音信號上傳至監(jiān)控中心。固定電話與消防電話合用，采用獨立通信系統(tǒng)。

在綜合管廊內(nèi)，除天然氣艙室外，設(shè)置無線AP通信基站，每個防火分區(qū)（或相應(yīng)控制區(qū)段）內(nèi)各安裝兩臺無線基站（根據(jù)實際情況最多不超過3套），每臺無線基站覆蓋范圍100米，人員配置巡檢設(shè)備可通過無線基站將巡檢數(shù)據(jù)實時傳輸回中心，無線AP通信基站采用網(wǎng)線進(jìn)行傳輸，距離超長點位（≥90m）時采用光纖收發(fā)器形式傳輸，信號均接入配電室控制柜內(nèi)，通過控制柜內(nèi)以太網(wǎng)交換機將語音信號上傳至監(jiān)控中心。

4）火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計采用監(jiān)控中心報警系統(tǒng)，由監(jiān)控中心火災(zāi)報警上位機、火災(zāi)報警聯(lián)動控制柜、分配電室火災(zāi)報警控制柜、通訊網(wǎng)絡(luò)等組成。

消防控制室內(nèi)設(shè)置火災(zāi)報警控制主機（單臺容量不應(yīng)超過3200點）、消防聯(lián)動控制臺（柜）、圖形顯示裝置、防火門監(jiān)控器等設(shè)備或具有相應(yīng)功能的組合設(shè)備組成，并設(shè)有直接報警的外線電話。消防控制室應(yīng)能顯示所有火災(zāi)報警信號和聯(lián)動控制狀態(tài)信號，并應(yīng)能控制重要的消防設(shè)備;各區(qū)域報警控制器（聯(lián)動型）之間可互相傳輸、顯示狀態(tài)信息，但不應(yīng)互相控制。控制室內(nèi)設(shè)置火災(zāi)報警上位機，負(fù)責(zé)接收和處理管廊內(nèi)的火災(zāi)報警信息和消防設(shè)備聯(lián)動信息。

管廊設(shè)備間內(nèi)火災(zāi)報警聯(lián)動控制器通過單模光纜組成主干火災(zāi)報警通訊環(huán)網(wǎng)，完成所轄區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)監(jiān)視、報警及消防聯(lián)動，并將所有信號通過網(wǎng)絡(luò)上傳至控制中心，通過上位機與綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)通訊。

在電力艙全線設(shè)置智能感煙火災(zāi)探測器、線型感溫火災(zāi)探測器（隨入廊纜線安裝時一并敷設(shè)）、手動火災(zāi)報警按鈕及聲光報警器。當(dāng)火災(zāi)探測器或手動報警按鈕發(fā)出火災(zāi)報警信號時，控制器聯(lián)動開啟相應(yīng)防火分區(qū)及相鄰分區(qū)內(nèi)的聲光報警器，并聯(lián)動關(guān)閉著火防火分區(qū)及相鄰分區(qū)內(nèi)正在運行的排風(fēng)機，進(jìn)、排風(fēng)閥，切斷配電柜里的非消防回路，啟動應(yīng)急照明和滅火系統(tǒng)。電力艙各防火分區(qū)采用常閉防火門，在防火門門框安裝門磁開關(guān)，用以探測防火門打開、關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)行狀態(tài)信號反饋。

5）天然氣體報警系統(tǒng)

天然氣管道艙內(nèi)設(shè)置可燃?xì)怏w探測報警系統(tǒng)，系統(tǒng)由可天然氣體報警控制器、可燃?xì)怏w探測器和聲光報警器等組成。

在天然氣艙室內(nèi)頂部、人員出入口、通風(fēng)口、投料口等艙室內(nèi)最高點氣體易于聚集處設(shè)置可燃?xì)怏w探測器，探測器監(jiān)測氣體為天然氣，報警閥值為監(jiān)測天然氣爆炸下限值的1%-20%可調(diào)。將探測器信號接入可燃?xì)怏w報警控制器，報警控制器設(shè)置在綜合管廊區(qū)間配電室內(nèi)。可燃?xì)怏w報警控制器將報警信號接入單模光纜組成的火災(zāi)報警通訊環(huán)網(wǎng)，完成所轄區(qū)域內(nèi)的天然氣報警聯(lián)動及將所有信號通過網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心，通過天然氣報警管理工作站與綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)通訊。

當(dāng)任意探測器達(dá)到報警閥值的15%時，可燃?xì)怏w報警控制器發(fā)出報警信號并啟動聲光報警器，同時聯(lián)動啟動事故段風(fēng)機及相鄰分區(qū)風(fēng)機高速運行。任意探測器達(dá)到報警閥值的20%時，可燃?xì)怏w報警控制器發(fā)出報警信號，聯(lián)動切斷進(jìn)氣總管電磁閥。

結(jié)語：

綜合管廊作為重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施，隨著現(xiàn)代化城市的發(fā)展，其重要性會愈加明顯。作為大型的地下構(gòu)筑物，綜合管廊在設(shè)計階段就應(yīng)該充分考慮各種因素，對設(shè)計方案優(yōu)化比選。監(jiān)控與報警設(shè)計作為其中不可或缺的一項內(nèi)容，更應(yīng)在保證功能條件下，提高設(shè)計的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。

綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)需按管廊類型及斷面高度進(jìn)行設(shè)置，確保完整的監(jiān)控報警系統(tǒng)架構(gòu)，能顯著提高管廊的智能化水平及運維管理效率，保證管廊本體及人員安全，同時還可降低管廊的能耗，具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益，以保障管廊項目的長期穩(wěn)定發(fā)展。

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