綜合管廊智能化運(yùn)維管理技術(shù)綜述

曹帥

陜西華山路橋集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710000

引言

為滿足如今信息化、智能化社會(huì)的需要，城市綜合管廊的規(guī)劃、建設(shè)、管理和維護(hù)離不開智能化技術(shù)手段。智能化運(yùn)用于綜合管廊，即是把計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和自控技術(shù)等融合在綜合管廊的前期規(guī)劃、中期建設(shè)和后期管理上，對(duì)管廊內(nèi)部情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障報(bào)警、統(tǒng)計(jì)分析。

1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

系統(tǒng)采用分布式構(gòu)架，支持分級(jí)管理、支持多管理中心，便于項(xiàng)目的多階段、長(zhǎng)期建設(shè)、系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)維。且采用通信與應(yīng)用分離的框架，支持應(yīng)用服務(wù)集群和無線客戶端及服務(wù)器接入。系統(tǒng)在整體網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)上，更為穩(wěn)定的相互冗余星型網(wǎng)絡(luò)連接上層總體監(jiān)控層和下層分區(qū)控制層。上層監(jiān)控層由2條網(wǎng)絡(luò)線連接設(shè)備，保證其工作穩(wěn)定性，配置多組視頻工作站和監(jiān)控站，用以對(duì)分區(qū)傳輸?shù)脑O(shè)備數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行管理以及相關(guān)人員調(diào)度工作。上、下層間由核心交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，下層同樣使用2條網(wǎng)絡(luò)線連接設(shè)備，互為備用，主要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞，各個(gè)分區(qū)控制站與主站都采用1000Mbps以太網(wǎng)絡(luò)[1]。

2 綜合管廊智能化運(yùn)維管理技術(shù)

（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)分為環(huán)境安全監(jiān)測(cè)與設(shè)備監(jiān)測(cè)兩部分，環(huán)境安全監(jiān)測(cè)依靠綜合管廊內(nèi)置傳感器等監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管廊內(nèi)的氣體濃度、溫濕度等指標(biāo)，并通過上述信息融合方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，直接提供決策；設(shè)備監(jiān)測(cè)基于RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息無接觸傳遞，并通過無線電訊號(hào)識(shí)別設(shè)備并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入。

（2）消防系統(tǒng)。城市綜合管廊內(nèi)部鋪設(shè)有民用燃?xì)夤艿篮痛罅康墓╇娸斔屠|線，這些都是可能造成火災(zāi)的隱患。系統(tǒng)配置了一套火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)火災(zāi)探測(cè)器檢測(cè)到火災(zāi)發(fā)生，第一時(shí)間發(fā)出警告信號(hào)，此區(qū)域的火災(zāi)控制器將會(huì)發(fā)出指令，使其他幾個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)工作，共同完成對(duì)火災(zāi)的消防工作。系統(tǒng)采用超細(xì)干粉滅火裝置，當(dāng)區(qū)域火災(zāi)控制器發(fā)出指令，排風(fēng)扇自動(dòng)關(guān)閉，防止火勢(shì)蔓延，門禁開啟和應(yīng)急照明燈自動(dòng)開啟，幫助人員疏散，超細(xì)干粉自動(dòng)滅火裝置第一時(shí)間開啟，完成滅火工作。若區(qū)域火災(zāi)控制器出現(xiàn)指令延誤情況，操作員則需要第一時(shí)間手動(dòng)開啟滅火裝置。

（3）防雷、防干擾。只要從事過機(jī)電系統(tǒng)的維護(hù)工作的人都知道，雷雨天氣一來，設(shè)備遭雷擊是常事，給監(jiān)控設(shè)備正常的運(yùn)行造成很大的安全隱患，因此，監(jiān)控設(shè)備在維護(hù)過程中必須對(duì)防雷問題高度重視。防雷的措施主要是要做好設(shè)備接地的防雷地網(wǎng)，應(yīng)按等電位體方案做好獨(dú)立的地阻小于1歐的綜合接地網(wǎng)，杜絕弱電系統(tǒng)的防雷接地與電力防雷接地網(wǎng)混在一起的做法，以防止電力接地網(wǎng)雜波對(duì)設(shè)備產(chǎn)生干擾安防監(jiān)控維保方案安防監(jiān)控維保方案。防干擾則主要做到布線時(shí)應(yīng)堅(jiān)持強(qiáng)弱電分開原則，把電力線纜跟通訊線纜和視頻線纜分開，嚴(yán)格按通信和電力行業(yè)的布線規(guī)范施工。

（4）推進(jìn)綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)化。預(yù)制管廊的施工不受氣候影響，不僅效率高、工期短，還能有效控制質(zhì)量，對(duì)周邊環(huán)境的影響也小，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工法的不足?！笆濉币?guī)劃中強(qiáng)調(diào)，推進(jìn)地下綜合管廊主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，積極推廣預(yù)制拼裝技術(shù)應(yīng)用。其中，推廣預(yù)制拼裝技術(shù)的前提是綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)化，管廊標(biāo)準(zhǔn)化可以使預(yù)制拼裝模板等裝備的使用不僅限于單一工程，降低攤銷成本，減少施工成本，提高施工效率，從而有效促進(jìn)預(yù)制拼裝技術(shù)的推廣應(yīng)用，故應(yīng)推進(jìn)綜合管廊標(biāo)準(zhǔn)化。

（5）預(yù)警與報(bào)警系統(tǒng)。預(yù)警與報(bào)警系統(tǒng)針對(duì)管廊中如火災(zāi)、積水、爆管等特殊事故，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、氣體、濕度、水位等參數(shù)，輔助判斷事故發(fā)生?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，由相應(yīng)位置的火災(zāi)探測(cè)器發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)自動(dòng)滅火設(shè)備，同時(shí)監(jiān)控中心將收到報(bào)警信號(hào)，快速采取相應(yīng)措施。管廊內(nèi)的其他事故根據(jù)各類事故的特點(diǎn)，將在如井蓋、人員出入口、不同的艙室內(nèi)部等相應(yīng)位置設(shè)置各類探測(cè)器等監(jiān)測(cè)裝置，如在給水管艙室內(nèi)設(shè)置爆管液位檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)廊內(nèi)水位，一旦監(jiān)測(cè)到管廊內(nèi)存在非正常液位，通知管線單位關(guān)閉相關(guān)閥門[2]。

（6）各參與方協(xié)同工作。BIM技術(shù)及MR技術(shù)為各參與方協(xié)同工作提供了可能性。處在同一局域網(wǎng)內(nèi)的多臺(tái)MR設(shè)備可以聯(lián)機(jī)，通過服務(wù)器設(shè)置，一臺(tái)Hololens設(shè)備的操作可以同步到多臺(tái)Hololens設(shè)備，各參與方可以在協(xié)同狀態(tài)下進(jìn)行模型操作。例如，維修過程中，有時(shí)會(huì)涉及多家管線單位，利用MR技術(shù)便可實(shí)現(xiàn)多家管廊單位協(xié)同對(duì)問題管線進(jìn)行維修模擬操作，確定更加合理的維修方案。

（7）推廣BIM綜合應(yīng)用。BIM可實(shí)現(xiàn)各階段協(xié)同作業(yè)，前期的設(shè)計(jì)、施工等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)將會(huì)為后期的運(yùn)維工作提供有力的支持。建立BIM數(shù)據(jù)庫(kù)，將各管線的功能數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)等輸入數(shù)據(jù)庫(kù)中，設(shè)置預(yù)警值并通過各管線相關(guān)單位最新運(yùn)營(yíng)管理信息的及時(shí)反饋，可以提前預(yù)警事故，自動(dòng)提醒相關(guān)單位檢修維護(hù)，降低事故發(fā)生概率。此外，BIM與其他一個(gè)或多個(gè)技術(shù)集成應(yīng)用可取長(zhǎng)補(bǔ)短，提升應(yīng)用的綜合價(jià)值。

（8）安防系統(tǒng)。安防系統(tǒng)的作用是保證廊內(nèi)人員的安全。安全防范系統(tǒng)主要包含防盜監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、人員定位3個(gè)子系統(tǒng)。廊內(nèi)所有人員信息都會(huì)根據(jù)人員的移動(dòng)上傳到監(jiān)控中心，保證管廊人員或財(cái)物的安全。①防盜監(jiān)控系統(tǒng)。防盜監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上包括前端設(shè)備、信號(hào)傳遞網(wǎng)絡(luò)、上層顯示端、視頻錄像儲(chǔ)存和回放部分、IP承載網(wǎng)等部分。前端設(shè)備選用的高清攝像頭采用點(diǎn)位設(shè)計(jì)與PLC連接，綜合管廊每200m為一段防火分區(qū)，每段防火分區(qū)設(shè)置1臺(tái)多功能基站，在每段防火分區(qū)內(nèi)設(shè)置3臺(tái)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)；信號(hào)傳遞網(wǎng)絡(luò)采用1000Mbps工業(yè)以太網(wǎng)，通過單模光纖進(jìn)行信息傳遞；上層顯示端為分中心操作員站大屏CRT顯示器，以高清晰度多媒體接口HDMI作為接口；錄像儲(chǔ)存單位配置專用視頻數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。此套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)廊內(nèi)各處各點(diǎn)位的實(shí)時(shí)監(jiān)控。②門禁系統(tǒng)。門禁系統(tǒng)用來對(duì)出入管廊的人員進(jìn)行管理，對(duì)進(jìn)出管廊的人員信息進(jìn)行記錄，排除管廊內(nèi)的安全隱患。設(shè)置通道閘機(jī)，員工需要使用員工卡、電子二維碼或手機(jī)NFC等相關(guān)證明物件才能進(jìn)出，這些物件記錄員工的信息資料，將會(huì)自動(dòng)同步到上層信息管理系統(tǒng)，大大方便門禁系統(tǒng)的管理。③人員定位。人員定位通常用到藍(lán)牙定位、WiFi定位、GPS定位、超寬帶（UWB）定位、ZigBee相位差定位等集中技術(shù)。常用的定位算法有鄰近法、三點(diǎn)測(cè)量法、指紋法3種。鄰近法是最簡(jiǎn)單的方式，直接選定信號(hào)強(qiáng)度最大的定位基站的位置。該工程選用UBW定位技術(shù)、WiFi定位技術(shù)和藍(lán)牙定位技術(shù)3種方式，通過3種方式結(jié)合，達(dá)到對(duì)廊內(nèi)人員實(shí)時(shí)位置的準(zhǔn)確定位。

（9）電纜的維護(hù)。導(dǎo)致電力電纜故障一般為絕緣老化變質(zhì)，電纜過熱，護(hù)層腐蝕以及電纜安裝工藝等問題。①對(duì)中間制頭和終端制頭制作工藝，可以加強(qiáng)入網(wǎng)電纜頭附件試驗(yàn)在執(zhí)行相頭規(guī)定的基礎(chǔ)上，嚴(yán)格把關(guān)，剝離護(hù)套、絕緣屏蔽層半導(dǎo)體層時(shí)細(xì)心操作，對(duì)絕緣表面進(jìn)行徹底打磨和清潔，防止雜質(zhì)顆粒遺留在絕緣上，安裝環(huán)境的濕度保持低于70%。②對(duì)電纜安裝做出一系列明確規(guī)定，鎧裝層和銅屏蔽層必須單獨(dú)接地，且截面不小于25平方毫米，單芯電纜必須是受電端一點(diǎn)接地，三芯電纜必須兩端接地，同時(shí)要對(duì)電纜線鼻做鍍錫處理。③為防止電纜回外力受損，可以對(duì)受力部分做穿管保護(hù)并加以固定，中間接頭外部以加以保護(hù)，接頭兩端加固定防護(hù)，在養(yǎng)護(hù)過程中，保證線鼻不被外力扭動(dòng)變形，如果必須要做扭動(dòng)處理的，應(yīng)采取措施使表面平整，電纜附近有施工隊(duì)施工時(shí)，要增加醒目牌，必要時(shí)派人提醒施工人員。④切開接頭：在切開前首先要檢查接頭內(nèi)是否有積水及潮氣，若存在，不能用噴燈切開接頭，因?yàn)閲姛艏訜崾钩睔鈴慕宇^兩側(cè)趕向電纜內(nèi)部，最好用鐵錘和斫刀切開套管，如果沒有潮氣及水分，則可用噴燈把鉛套燙開，除去鉛套污垢，刮凈銹斑，擦去焊錫渣，從電纜連接處移天，以備再用。

（10）專用通信系統(tǒng)。專用通信系統(tǒng)是為應(yīng)對(duì)公共通信手段無法實(shí)現(xiàn)管廊內(nèi)外實(shí)時(shí)通信而設(shè)置的，根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置有線通信、無線通信等不同通信手段，無線通信主要通過無線對(duì)講機(jī)滿足綜合管廊內(nèi)人員間的通信需求，有線通信通過在控制中心設(shè)置VOIP交換機(jī)，用于VOIP電話的數(shù)據(jù)交換，VOIP交換機(jī)與PSTN市話進(jìn)行連接，以此保證綜合管廊內(nèi)的VOIP電話通訊及與控制中心的聯(lián)系[3]。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)綜合管廊項(xiàng)目的不斷推進(jìn)，越來越多的綜合管廊投入運(yùn)營(yíng)期，其隱蔽性及復(fù)雜的管線布置給運(yùn)維管理帶來極大的挑戰(zhàn)。綜合管廊的建設(shè)應(yīng)立足需求，因地制宜，在統(tǒng)一規(guī)劃下，提倡同其他地下工程協(xié)同建設(shè)?，F(xiàn)階段我國(guó)綜合管廊的施工主要采用明挖法，缺少綜合管廊模具尺寸和斷面形式的標(biāo)準(zhǔn)，建議形成規(guī)范，有效推進(jìn)綜合管廊的有序發(fā)展。