城市智慧化綜合管廊電氣自控設(shè)計

［摘 要］綜合管廊的設(shè)計對于市政工程的專業(yè)性和穩(wěn)定性至關(guān)重要，其直接體現(xiàn)了城市的管理水平。隨著管廊設(shè)計技術(shù)的不斷進(jìn)步，對于管廊的智慧化管理也提出了更高的要求。文章在深入研究綜合管廊設(shè)計的基礎(chǔ)上，探討了智慧管廊的設(shè)計要求和關(guān)鍵要點，并討論了智慧化綜合管廊的電氣自控設(shè)計內(nèi)容。

［關(guān)鍵詞］智慧化管廊；安防系統(tǒng)；通信系統(tǒng)；綜合管控平臺

［中圖分類號］TU990.3 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）04–0117–03

綜合管廊內(nèi)部集成了電力、通信、給水、排水等多種管線，為城市的順暢運(yùn)轉(zhuǎn)提供了堅實保障。鑒于綜合管廊內(nèi)部管線種類繁多且多為關(guān)鍵主干管線，確保其系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、合理、安全運(yùn)行顯得尤為重要。為此，強(qiáng)化管廊內(nèi)部的電氣自控系統(tǒng)、安防預(yù)警機(jī)制及通信系統(tǒng)建設(shè)變得至關(guān)重要。通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)、云計算等前沿技術(shù)，實現(xiàn)這些系統(tǒng)的協(xié)同工作，可極大地提升管廊的運(yùn)營效率和安全管理水平。

1 城市綜合管廊工程智慧化設(shè)計原則

（1）主動實施國家關(guān)于綠色節(jié)能與持續(xù)發(fā)展的策略，確保技術(shù)的先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)實用性、可靠性及靈活性和效率。

（2）為提高綜合管廊科技功能和應(yīng)用價值，依據(jù)其功能種類、管理要求和建設(shè)成本，確保系統(tǒng)的兼容性、擴(kuò)展性、易于維護(hù)和靈活性。

（3）智能化的監(jiān)控報警和運(yùn)維管理系統(tǒng)旨在確保管廊的安全穩(wěn)定運(yùn)行和有效管理，建立一個滿足當(dāng)前及未來發(fā)展需求的綜合管理平臺，確保系統(tǒng)架構(gòu)和應(yīng)用能夠基于具備長遠(yuǎn)發(fā)展計劃的平臺，實現(xiàn)持續(xù)的監(jiān)測、信息反饋及高效低成本的維護(hù)。

（4）硬件設(shè)備應(yīng)能適應(yīng)管廊wQa6Qu8IIv6qcCFPjbH8sSTpnz0YaW1wahAfnDWk7mk=惡劣的使用環(huán)境，保證穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，具備防塵、抗腐蝕、防潮、防凝露、耐震及防電磁干擾等性能，使用工業(yè)級的防護(hù)產(chǎn)品。

（5）軟件設(shè)計時須充分體現(xiàn)系統(tǒng)的先進(jìn)性、穩(wěn)定性、安全性、可靠性、擴(kuò)展性和可維護(hù)性，提供故障檢測、在線更新和離線編程等功能。界面設(shè)計應(yīng)采用中文版本，確保用戶操作便捷。

（6）系統(tǒng)接口應(yīng)遵循標(biāo)準(zhǔn)化，使用開放標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。

2 城市綜合管廊工程智慧化設(shè)計主要內(nèi)容

2.1 總體架構(gòu)

智慧管廊的監(jiān)控與維護(hù)管理系統(tǒng)建立在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之上， 核心采用建筑信息模型（BuildingInformation Modeling，以下簡稱“BIM”）和地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System， 以下簡稱“GIS”）技術(shù)，以資源池作為數(shù)據(jù)存儲中心。該系統(tǒng)從底層到頂層依次分為現(xiàn)場層、數(shù)據(jù)層、平臺層和應(yīng)用層，形成了一個完整的架構(gòu)體系。

（1）現(xiàn)場層。主要包括傳感器/ 執(zhí)行器、主控制器和系統(tǒng)，負(fù)責(zé)對地下管廊的空間環(huán)境、附屬設(shè)施、管線本體及管線設(shè)備進(jìn)行全面的感知和控制。感知數(shù)據(jù)涵蓋管廊環(huán)境數(shù)據(jù)、附屬設(shè)施監(jiān)控數(shù)據(jù)、管線本體監(jiān)測數(shù)據(jù)、管線設(shè)施數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、通訊數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)、火災(zāi)報警數(shù)據(jù)等。

（2）數(shù)據(jù)層。負(fù)責(zé)存儲綜合管廊的空間數(shù)據(jù)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測監(jiān)控的實時和歷史數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、三維模型庫、視頻數(shù)據(jù)庫、專業(yè)管線數(shù)據(jù)庫、管廊附屬設(shè)施數(shù)據(jù)庫、管廊運(yùn)維庫等。

（3）平臺層。作為中間層，負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)層提取數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析、加工、融合，為應(yīng)用層提供所需的各種功能服務(wù)，包括應(yīng)用集成、實時消息推送、移動互聯(lián)網(wǎng)接入、視頻監(jiān)控、BIM 建模、GIS 地理信息處理、VR/AR 技術(shù)應(yīng)用等。

（4）應(yīng)用層。為管廊建設(shè)和管理的用戶提供全方位的應(yīng)用界面與工具，包括智慧化監(jiān)控預(yù)警、運(yùn)維管理、應(yīng)急處置、運(yùn)營管理、數(shù)據(jù)分析輔助決策等功能。

2.2 智慧管廊監(jiān)控系統(tǒng)

2.2.1 安防系統(tǒng)

安全防范系統(tǒng)的設(shè)計重點如下。

（1）視頻監(jiān)測系統(tǒng)。實時全面監(jiān)控管廊關(guān)鍵區(qū)域的視訊回傳。

（2）侵入報警系統(tǒng)。阻止未授權(quán)人員侵入，對入侵行為進(jìn)行檢測并觸發(fā)報警；在整個管廊區(qū)域布設(shè)智能感應(yīng)線，能夠?qū)軆?nèi)人員進(jìn)行實時定位和身份驗證，對未攜帶識別卡的人員立即發(fā)出報警信號，并實現(xiàn)與視頻系統(tǒng)的聯(lián)動。

（3）通道控制系統(tǒng)。管理管廊的各個出入口，增強(qiáng)安全預(yù)防措施，并集成考勤管理功能。

（4）在線電子巡查系統(tǒng)。通過定位人員、上報故障和掃描設(shè)備二維碼等功能，提升管廊巡檢效率。整個管廊配備智能感應(yīng)線，監(jiān)控中心負(fù)責(zé)分配巡檢任務(wù)，巡檢人員通過手機(jī)自動獲取并導(dǎo)航至巡檢路徑，監(jiān)控中心可實時監(jiān)控其位置，并對軌跡信息進(jìn)行存儲。

2.2.2 通信系統(tǒng)

在構(gòu)建通信架構(gòu)時，建議利用有線或無線技術(shù)，打造一個既能集中指揮，又能高效運(yùn)行且功能完備的緊急應(yīng)對系統(tǒng)，旨在對各層級的用戶進(jìn)行有效管理，并能針對緊急事件做出快速反饋和即時處理。通信系統(tǒng)主要包括以下兩個部分。

（1）IP 通信系統(tǒng)。為每一個隔離的艙室及防火區(qū)配置IP 通訊終端，實現(xiàn)包括直接呼叫、分組撥打及錄音在內(nèi)的多項功能。

（2）無線通話網(wǎng)絡(luò)。在整條管廊布設(shè)智能通信線路，允許連通公共網(wǎng)絡(luò)，并支持智能手機(jī)連接。該網(wǎng)絡(luò)具備群發(fā)呼叫、分組通話、遠(yuǎn)程監(jiān)聽、錄音、電話會議和短信服務(wù)等功能，同時支持通話的記錄、存儲和查詢。

2.2.3 設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)著重于綜合管廊環(huán)境的細(xì)致觀察，通過智慧化監(jiān)控技術(shù)確保管廊內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定性和設(shè)備的安全運(yùn)行。該系統(tǒng)通過全方位的監(jiān)測手段，包括氣體、溫濕度、液位等關(guān)鍵參數(shù)的實時檢測和異常報警，旨在為管廊設(shè)備提供一個優(yōu)化的操作環(huán)境，并確保巡檢人員的健康與安全。系統(tǒng)要求如下。

（1）實施對關(guān)鍵氣體（如可燃?xì)怏w、氧氣、硫化氫）濃度的實時監(jiān)測，確保人員在進(jìn)入管廊進(jìn)行巡檢時的生命安全。

（2）通過實時跟蹤管廊內(nèi)的環(huán)境溫度和濕度，并與風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)動，創(chuàng)造適宜的運(yùn)行環(huán)境，保護(hù)管廊內(nèi)設(shè)備的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）監(jiān)測集水井的液位，并與水泵控制系統(tǒng)協(xié)同工作，以防止任何可能影響管廊設(shè)備正常運(yùn)行的水位異常。

2.2.4 預(yù)警與報警系統(tǒng)

預(yù)警與報警系統(tǒng)通過綜合的安全技術(shù)手段，對管廊內(nèi)部的潛在危險進(jìn)行實時監(jiān)控和及時響應(yīng)，確保了管廊運(yùn)行的安全性。該系統(tǒng)集成多種探測與報警設(shè)備，形成了一個全面的火災(zāi)防范網(wǎng)絡(luò)，覆蓋感溫光纜監(jiān)測、手動報警、可燃?xì)怏w探測、消防照明、疏散指示、防火門監(jiān)控、電源監(jiān)控及氣體滅火控制等關(guān)鍵領(lǐng)域。該系統(tǒng)通過高效的通訊網(wǎng)絡(luò)將報警信息實時傳達(dá)給監(jiān)控中心，實現(xiàn)快速響應(yīng)和有效預(yù)防。該系統(tǒng)的主要特點如下。

（1）火災(zāi)探測及響應(yīng)。通過感溫光纜和手動報警裝置，該系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)火災(zāi)并在管廊內(nèi)發(fā)出聲光報警，同時在監(jiān)控中心生成相應(yīng)的聲光報警信號。

（2）實時監(jiān)控與緊急響應(yīng)。監(jiān)控中心能夠接收到所有報警信號，并通過軟件界面彈窗提示，聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)自動切換至火災(zāi)區(qū)域的實時畫面，以便工作人員迅速采取措施。

通過這種方式，預(yù)警與報警系統(tǒng)為管廊內(nèi)部提供了一個多層次的安全保障網(wǎng)絡(luò)，大幅提升了管廊安全管理的效率和效果。這種系統(tǒng)設(shè)計不僅確保了管廊內(nèi)部人員和設(shè)備的安全，也大幅減少了因火災(zāi)等緊急情況可能造成的損失。

2.2.5 能源管理系統(tǒng)

能源管理系統(tǒng)分為以下3 層結(jié)構(gòu)。

（1）計量。管廊變電所各出線回路宜采用帶顯示和通訊功能的智能電表。

（2）數(shù)據(jù)采集。各變電所設(shè)置通訊管理機(jī)，負(fù)責(zé)采集智能電表數(shù)據(jù)，通過管廊通信網(wǎng)絡(luò)上傳至監(jiān)控中心監(jiān)管平臺。

（3）監(jiān)管平臺。集成于綜合管控平臺，是對采集的能源數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測、統(tǒng)計、分析、監(jiān)管和診斷的基于B/S 架構(gòu)的軟件。

能源管理系統(tǒng)主要功能有用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)采集存儲、實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)查詢和顯示、能耗地圖、負(fù)荷分析、能耗報表、能耗報告。

2.2.6 機(jī)器人智能巡檢

在智能化巡檢領(lǐng)域，針對管廊的自動化監(jiān)控是一種創(chuàng)新的模式，涵蓋了電、通信、水系統(tǒng)的監(jiān)測。該模式通過安裝于管廊的軌道式機(jī)器人系統(tǒng)來實施，該系統(tǒng)由多個組件構(gòu)成，包括巡檢用的機(jī)器人、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)、軌跡跟蹤、火災(zāi)防控感知、能量補(bǔ)給及數(shù)據(jù)管理等環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)被分解為3 大功能層次：數(shù)據(jù)搜集與管理、網(wǎng)絡(luò)通信及巡檢執(zhí)行。通過預(yù)設(shè)的指令，機(jī)器人能夠自主完成巡檢任務(wù)，并通過高精度的定位技術(shù)，在控制中心的大屏幕上實時展示其具體位置。

此外，這些機(jī)器人裝備了多種傳感器，用以實時監(jiān)控環(huán)境的溫度、濕度及可能的有害氣體，從而有效識別風(fēng)險。借助地圖信息及建筑信息模型（BIM）系統(tǒng)，實現(xiàn)了對機(jī)器人的精確追蹤。遠(yuǎn)程操作功能允許操作員遠(yuǎn)距離操控機(jī)器人，以獲取現(xiàn)場詳細(xì)情況，這在很大程度上優(yōu)化了傳統(tǒng)的人工檢查方式，提高了安全性和效率。機(jī)器人巡檢的自動化集成了機(jī)器操作、地理信息系統(tǒng)及遙感技術(shù)，順應(yīng)了智慧城市發(fā)展的潮流。

2.3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

綜合管廊采用3 層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即核心層交換機(jī)、匯聚層交換機(jī)、接入層交換機(jī)。根據(jù)功能劃分共設(shè)置3 套不同網(wǎng)絡(luò)：①自控網(wǎng)用于傳輸設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)；②安防網(wǎng)用于傳輸視頻監(jiān)控、入侵報警和出入口控制系統(tǒng)；③火警消防網(wǎng)用于傳輸火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、緊急電話。

2.4 綜合管控平臺

綜合管控平臺集成了對管廊系統(tǒng)監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)與歷史警報分析，融合了設(shè)施維護(hù)、故障診斷、保養(yǎng)規(guī)劃、風(fēng)險預(yù)防、資料整合及緊急事故響應(yīng)等多方面功能，旨在提升管廊安全管理的決策能力。綜合管控平臺的架構(gòu)包括以下8 個關(guān)鍵部分。

2.4.1 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)結(jié)合GIS 和BIM 技術(shù)，實現(xiàn)綜合管廊的二維與三維信息互通。功能包括模型漫游、縮放、屬性查詢、測量及自定義飛行路徑等，可提升管廊運(yùn)維效率。此外，特色功能如鷹眼視圖和地圖書簽可幫助運(yùn)維人員高效獲取管廊信息，支持逃生和巡檢路線的規(guī)劃與自動導(dǎo)航。

2.4.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理集中管理組織架構(gòu)、人員信息、工程資料等，確保信息的完整性和可查詢性。平臺支持多種格式文檔存儲，包括Word、PDF、圖像等，實現(xiàn)綜合資料的一體化管理。

2.4.3 信息綜合查詢

信息綜合查詢通過與BIM 模型的關(guān)聯(lián)，全面獲取設(shè)備和工程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)從設(shè)計到施工、安裝的全鏈條信息獲取。平臺支持綜合查詢，結(jié)合實時與歷史數(shù)據(jù)，構(gòu)建綜合管廊的數(shù)據(jù)中心。

2.4.4 實時監(jiān)控

監(jiān)控模塊提供環(huán)境、設(shè)備監(jiān)控、火災(zāi)報警及基礎(chǔ)設(shè)施保障。涵蓋溫濕度、水位、氣體濃度監(jiān)測，設(shè)備狀態(tài)分析，以及通風(fēng)、排水、照明和通信系統(tǒng)的實時監(jiān)控，確保管廊安全運(yùn)行。

2.4.5 輔助決策

輔助決策子系統(tǒng)通過分析數(shù)據(jù)中心的信息，支持自動控制和系統(tǒng)間聯(lián)動。為監(jiān)控和管理人員提供深度分析，包括入廊、凈距、管網(wǎng)及周邊環(huán)境分析，加強(qiáng)決策支持能力。

2.4.6 指揮調(diào)度

該子系統(tǒng)集成應(yīng)急預(yù)案制訂、人員與物資調(diào)度及預(yù)警預(yù)報功能，確保綜合管廊在緊急情況下的高效響應(yīng)。通過GIS 地圖識別危險點，評估周邊人員分布和物資可用性，優(yōu)化資源配置。此外，該子系統(tǒng)支持歷史事件管理，可提高預(yù)警準(zhǔn)確性，確保及時疏散，降低潛在風(fēng)險。

2.4.7 設(shè)備管理

該子系統(tǒng)通過設(shè)備臺賬和維修臺賬兩大功能模塊，提升設(shè)備管理效率和準(zhǔn)確性。臺賬記錄包括設(shè)備詳細(xì)信息、使用與維護(hù)歷史及更新和盤點記錄，確保設(shè)備信息的透明性和可追蹤性。維修臺賬則詳細(xì)記錄了維修相關(guān)信息，包括故障原因、處理方法和更換備件等，以提高維修工作的效率和質(zhì)量。

2.4.8 資產(chǎn)管理

該子系統(tǒng)通過將實物資產(chǎn)與虛擬資產(chǎn)對應(yīng)，實現(xiàn)資產(chǎn)全景可視化管理，增強(qiáng)資產(chǎn)管理的透明度和效率。利用三維可視化技術(shù)，便于按空間或邏輯進(jìn)行資產(chǎn)分類管理，滿足多樣化使用需求。該子系統(tǒng)集成設(shè)備臺賬、檔案維護(hù)、邏輯與空間關(guān)系及人員職責(zé)管理等功能，確保全面而高效的資產(chǎn)配置與運(yùn)維管理。

3 結(jié)束語

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，未來的綜合管廊電氣自控設(shè)計將更加智能化、自動化和綠色化。通過技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用，可以提高綜合管廊的運(yùn)行效率和安全性，降低能耗和成本，為城市的可持續(xù)發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙菊梅. 基于虛實結(jié)合的城市地下綜合管廊智慧運(yùn)維實踐教學(xué)模式探討[D]. 成都：西南交通大學(xué)，2023.