城市綜合管廊的監(jiān)控和報警系統(tǒng)

鄭明雨，郭春爽

（吉林建筑大學電氣與計算機學院，吉林 長春 130118）

0 引言

隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，日益短缺的城市公共設施管道資源與城市居民生活所需水、電、氣等公共資源基礎設施的矛盾日益突出。如運行管理設備故障，可能會帶來管道廊道功能失效的風險。因此，安全規(guī)范城市管道建設尤為重要。越來越多的城市開始修建地下公共管道走廊。管道廊道不僅可以整合水、氣、電、通訊等管道，維護城市功能，而且可以利用電力、照明、排水和其他設備來滿足自己的功能操作。所以，利用相關(guān)信息技術(shù)解決城市管道走廊管理中存在的問題具有十分重要的意義[1]。

2015年，我國制定并陸續(xù)組織修訂實施了《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》，規(guī)定了城市管廊建設結(jié)構(gòu)設計施工的要求，應嚴格遵循“因地制宜”的原則綜合考慮，此規(guī)范確定了管道走廊及支撐元件包括項目部系統(tǒng)工程，如通風系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、監(jiān)控報警系統(tǒng)等,以及排水系統(tǒng)、指示信號識別系統(tǒng)等?！氨O(jiān)控報警系統(tǒng)”技術(shù)占整體走廊建設的一小部分，但技術(shù)含量較高。在管道走廊的日常使用、維護及安全性管理中起著舉足輕重的作用，是一項集監(jiān)測、管理、操作、維護于一體的重要系統(tǒng)工程[2]。

1 綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)的設置要求

綜合管道廊道的特點和功能在建設中應被充分考慮，在許多城市，專業(yè)化的管道工程應集中在一個區(qū)域內(nèi)進行檢查、修理和維護。綜合考慮管道廊道的基本要求，有必要進一步改善管道環(huán)境，從而保證管道可以正常的運行，保障城市安全，實現(xiàn)城市發(fā)展長期穩(wěn)定。定期對綜合管道廊道進行檢查和維護，加強對綜合管道廊道的優(yōu)化，確保其安全運行。管道廊道的施工應以其他管道廊道中共存的管道類型集成為前提。一旦發(fā)生管道安全事故時，應該及時地采取有效的安全應急處理措施，嚴防管道危險區(qū)域擴大，確保其他管道的正常運行。隨著我國綜合管線廊道建設規(guī)模的增加，其工作難度也越來越高。所以，必須建立一套完整的管理制度，以滿足管道廊道日常綜合管理的需要，及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，有效預防管道故障，保證其正常運行。根據(jù)上述要求，在建立監(jiān)測報警系統(tǒng)時，應加強對各類管道的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況及時報警；統(tǒng)籌員工的監(jiān)控管理工作，及時響應管理需求，增強管理水平[3]。

2 綜合管廊的基本特征

綜合管道廊道屬于公共管道廊道，可在公共空間中形成多種專業(yè)管道共存。綜合管廊是一條位于地下，空間很大的隧道。這條地下隧道的空間環(huán)境相當復雜，除了充滿各種氣體外，還容易產(chǎn)生火災、有害氣體泄露等問題。對管道廊道的安全運行提出了嚴格的要求。綜合管道廊道工程專業(yè)種類繁多，主干管占很大比例，在主干管中，除了自來水來自主干管外，還有屬于不同專業(yè)的高壓輸電線，所以，必須加強管道廊道監(jiān)控報警系統(tǒng)的管理。綜合管道廊道通常位于不易接觸到的位置，必須由經(jīng)驗豐富專業(yè)人員進行管理。因此，必須考慮到工作人員的安全。應了解綜合管道廊道的各種情況，及時預防有可能發(fā)生的危險。配置自動監(jiān)控報警系統(tǒng)，確保其能協(xié)助主管人員工作，充分保證管道的安全運行[4]。

3 綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)的服務對象

在綜合管道廊道上安裝監(jiān)控報警系統(tǒng)時，應確保監(jiān)控報警范圍涵蓋管道廊道的所有位置。考慮服務對象是否包括專業(yè)管道工程。為了確定服務對象，必須考慮管道系統(tǒng)、施工方法和管理方法。專業(yè)的管道系統(tǒng)工程應有一個起點和相關(guān)設施，為用戶建造一個管道系統(tǒng)[5]。管道類型有不同使用類型，例如，水處理廠和發(fā)電廠使用不同類型的管道作為綜合管道廊道，在設計中無法考慮到所有的連接，因此，在實踐中管道廊道施工僅包括管道工程的一部分。從對管道的施工技術(shù)和方法的角度分析來看，由于各種管道建筑工程具有各自特殊性，所以對其進行施工的技術(shù)和方法也不一樣。其中有些是架空管道，應根據(jù)具體情況確定在綜合管道廊道內(nèi)鋪設專業(yè)管道的方法。從管道管理的角度看，管道專業(yè)體系有待進一步完善。

因此，必須完善對管道系統(tǒng)的統(tǒng)一管理，統(tǒng)一調(diào)度。專業(yè)化、集成化、智能化的管道工程監(jiān)測應納入管道工程的管理范圍。綜合管道廊道中包含多種管道，要做到對公共管道空間管理的多樣化。運行單位在對綜合管道廊道進行管理時，應不斷完善監(jiān)控報警系統(tǒng)的功能,明確服務。因此，管道工程走廊綜合地下監(jiān)測工程報警監(jiān)控系統(tǒng)的建設目標是有效改善城市綜合地下管道工程走廊的環(huán)境，解決現(xiàn)有地下管道走廊工程的相關(guān)問題，2015年《國務院辦公廳關(guān)于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見》中強調(diào)了地下綜合走廊及其配套設施的安全,明確了城市地下綜合走廊負責設施維護和管理的人員應對管道泄漏等安全事故監(jiān)控報警系統(tǒng)進行完善。管道廊道監(jiān)控報警系統(tǒng)應仔細分析專業(yè)管道的狀態(tài)信號，以確定這些信號是否會影響管道廊道的功能[6]。

4 綜合監(jiān)控與報警系統(tǒng)的信息化技術(shù)運用

城市地下綜合管廊的監(jiān)控和報警系統(tǒng)是一個具有高度自動化的管理控制系統(tǒng)。由于各系統(tǒng)之間所需的技術(shù)不統(tǒng)一，所需要的標準也存在差異，因此存在不能兼容等問題。不僅要考慮環(huán)境與設備監(jiān)控、通信與信息管理等方面的要求，同時也對地下管道實時監(jiān)控的可靠性及報警與控制系統(tǒng)的有機結(jié)合提出更高的要求。因此，在綜合管廊監(jiān)控報警系統(tǒng)互聯(lián)的過程中，可能會產(chǎn)生信息孤島問題[7]。為了解決目前信息孤島的狀態(tài)，復雜多樣化的監(jiān)測系統(tǒng)和報警系統(tǒng)有必要考慮訪問網(wǎng)絡信息資源及其開發(fā)模式平臺等問題。從廣大網(wǎng)民的角度進行設計，理解互聯(lián)網(wǎng)和共享的原則，解決各個廠家和產(chǎn)品之間的兼容性及多址接入系統(tǒng)的集成問題[8]。

4.1 整體架構(gòu)與方案

整個管道工程以完整的管道運營管理為主，是對設備和基礎設施運營安全負責的特殊場所。綜合管道監(jiān)控警報系統(tǒng)大致分為4個層面：應用層（包括綜合管廊及其結(jié)構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)、安全隱患預防系統(tǒng)等、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)和設備、綜合監(jiān)控平臺和系統(tǒng)、通信監(jiān)控系統(tǒng)、入侵監(jiān)控系統(tǒng)、火災警報系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)之間的有效鏈接），業(yè)務邏輯層（確認警報產(chǎn)品的生成、生成通知信息、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計、數(shù)據(jù)存儲和生成）、數(shù)據(jù)訪問層（數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)庫操作）、設備層（對應各子系統(tǒng)的具體設備）[9]。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)見表1、圖1。

表1 綜合管廊監(jiān)控運營一體化平臺整體架構(gòu)

圖1 綜合管理監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

4.2 綜合監(jiān)控運營一體化平臺

綜合公共隧道平臺的運行監(jiān)測是公共隧道監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境設備監(jiān)測系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)結(jié)合檢測系統(tǒng)和監(jiān)控平臺的信息連接控制，實現(xiàn)公共隧道內(nèi)部設備的遠程管理和控制，平臺集成設備覆蓋自動化和智能的各個領域，無連接地通過各種結(jié)構(gòu)多元系統(tǒng)合并實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。通過監(jiān)視平臺實現(xiàn)實時監(jiān)控、自動報警、信息傳輸?shù)裙δ堋９艿婪植紭俗R是以GIS/BIM的顯示和管理為基礎，是管道隧道的設備、安裝、出口位置和管道內(nèi)的輔助結(jié)構(gòu)。BIM技術(shù)適用于公共工程隧道的設計、施工運營的全過程，通過建立管道與附屬設備管理系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)量、類型信息管理，實現(xiàn)隧道管道設備的所有權(quán)；施工單位通過管理企業(yè)明確各方責任,提高經(jīng)濟管理效率。本平臺主要通過以下三方面進行管理：安全管理：消除用戶身份和權(quán)限管理的重復麻煩，促進用戶身份和權(quán)限管理的制度化、標準化，簡化不同系統(tǒng)的重復登錄；數(shù)據(jù)管理：統(tǒng)一儲存各種結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)提取，支持其他應用；運營管理：確保管道安全運行，減少人員檢查次數(shù)，進行有目的的檢查和管理。通過收集分析，可以提前預測和維護現(xiàn)場設備和管道的運行狀態(tài)，迅速更換，避免發(fā)生嚴重事故[10]。綜合監(jiān)控運行模式如圖2所示。

圖2 綜合監(jiān)控運營一體化模式圖

4.3 設備聯(lián)動與報警

走廊發(fā)生緊急情況時，走廊內(nèi)設備應及時響應，確保走廊內(nèi)管道活動的安全。發(fā)生火災時，應進行消防連接，探測器發(fā)送檢測信號，將報警裝置與視頻系統(tǒng)連接；連接有害氣體/空氣的排氣系統(tǒng)：每個防火區(qū)設置可燃氣體/空氣系統(tǒng)，主要用于有害氣體防護。當檢測到可燃氣體時，監(jiān)控平臺通過多功能基站發(fā)出指示。當溫度達到火災強制滅火要求時，監(jiān)控平臺可通過多功能基站和非消防鏈路傳輸系統(tǒng)發(fā)送命令，確認火災檢測信息后，監(jiān)測平臺啟動傳輸轉(zhuǎn)換模塊，傳輸火災信息，特別是發(fā)送火災確認區(qū)域及鄰近區(qū)域；電話連接系統(tǒng)：監(jiān)控平臺可啟動專用模塊與任何基站通信，所有基站或現(xiàn)場電話均可通過監(jiān)控平臺確認，如與主機錄制通話。設備運行如圖3所示。

圖3 設備運行圖

4.4 智慧運維

在傳感器的廣泛應用和快速發(fā)展，以及現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的廣泛應用過程中，綜合性工業(yè)管廊正在逐步深入實現(xiàn)自動化工程智慧運維。當一個設備需要進行自動巡檢時，無需手動進行查看，可以通過系統(tǒng)自動檢測每個設備的所在位置，及時做好設備庫存、出入庫的自動管理,設備轉(zhuǎn)置自動進行注冊?；赗FID的運維物聯(lián)網(wǎng)管理技術(shù)，可以直接自動進行高標準高精度的實時管理，形成了一個完整的運維設備管理數(shù)據(jù)庫，記錄了設備的近期故障發(fā)生次數(shù)、更換時間、使用壽命頻率、使用壽命期限等，對不同使用類型設備的故障，歷史數(shù)據(jù)情況進行跟蹤分析和統(tǒng)計歸納，系統(tǒng)會自動提前向用戶手機發(fā)出相關(guān)設備使用壽命即將到期的相關(guān)設備更換情況提示，設備的使用質(zhì)量狀況進行跟蹤篩查。目前隨著智能巡檢技術(shù)的廣泛應用和快速發(fā)展，傳統(tǒng)的人工式巡檢幾乎己經(jīng)由基于AI的移動式管廊巡檢管理方法完全代替了，常見的移動式管廊巡檢多是作為一個后臺搭載多種移動傳感檢測裝置的機器人式巡檢，可同時實現(xiàn)管廊后臺的遠程監(jiān)控和管廊運維流程管理服務平臺之間的多種無縫互動接軌，準確、客觀地反映了其在管廊內(nèi)各個系統(tǒng)的日常運行管理情況，7×24 h連續(xù)自動執(zhí)行巡檢，低電量自動進行充電，避免了管廊巡檢工作人員在惡劣的工作環(huán)境中會遭遇的風險，同時它的自動化學習巡檢功能也有效解決了其在管廊內(nèi)部的巡檢線路及傳感裝置之間的執(zhí)行巡檢管理服務上的差異化，對管廊內(nèi)部進行更智慧化的公共交通管理運維。智慧運維流程如圖4所示，系統(tǒng)運行界面如圖5所示。

圖4 智慧運維流程圖

圖5 系統(tǒng)運行界面圖

5 結(jié)語

綜合管道廊道的信息化建設是綜合管道廊道安全運行和應急處置的保證，是綜合管道廊道管理和運行的有效手段，會使整體經(jīng)濟效益顯著提高。為了綜合管道廊道的安全運行，本文在總結(jié)以往工程實踐經(jīng)驗的基礎上，提出建立管道廊道綜合監(jiān)控平臺，通過信息技術(shù)實現(xiàn)設備與響應的聯(lián)動。實現(xiàn)對管道廊道的實時監(jiān)測，實現(xiàn)對管道廊道的安全和自身狀態(tài)的智能檢測。系統(tǒng)已在多個項目中運行，為先進的信息生命周期管理提供了強有力的技術(shù)支持。該系統(tǒng)在某實驗室進行了實驗分析，實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能實時監(jiān)測綜合管廊，發(fā)生火災可自動報警，可應用于火災自動報警程序中。