淺談地下綜合管廊機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：為了解決地下管線的敷設(shè)問題和提高環(huán)境質(zhì)量，從城市地下綜合管廊的建設(shè)入手，闡述了城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方案。對入廓管線運行狀態(tài)、管廊環(huán)境安全及維護人員進行監(jiān)控和管理，使地下管廊內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)和管廊的環(huán)境狀態(tài)一目了然，保證城市地下管廊的安全運行，實現(xiàn)城市地下管廊的“自動化監(jiān)控、智能化管理"。

關(guān)鍵詞：地下管廊；安全監(jiān)控；環(huán)境監(jiān)控；管理平臺

0引言

城市地下綜合管廊又稱共同溝，是指在城市地下用于集中敷設(shè)電力、通信、廣播電視、給水、排水、熱力、燃氣等市政管線的公共隧道。城市地下綜合管廊避免了由于敷設(shè)和維修地下管線頻繁挖掘道路而對交通和居民出行造成影響和干擾，利于保持路容完整和美觀，便于各種管線的敷設(shè)、增減、維修和日常管理。在發(fā)達國家城市發(fā)展現(xiàn)代化、科學化的標準之一。

我國的地下管廊建設(shè)起步相對較晚，近年來，國務(wù)院高度重視推進城市地下綜合管廊建設(shè)，2013年以來先后印發(fā)了《國務(wù)院關(guān)于加強城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》（國發(fā)〔2013〕36號）、《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加強城市地下管線建設(shè)管理的指導意見》（國辦發(fā)〔2014〕27號）《關(guān)于推進城市綜合管廊建設(shè)的指導意見》（國辦發(fā)〔2015〕61號），2015年6月又發(fā)布了《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》，全面推進城市地下綜合管廊建設(shè)。

圖1城市地下綜合管廊示意圖

1監(jiān)控系統(tǒng)功能

根據(jù)國家《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》(GB50838—2015)要求，城市地下綜合管廊（圖1)要設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)是采用計算機技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)，對管廊各專業(yè)管線（電力電纜、給排水管、燃氣管道）運行安全、管廊環(huán)境（有害氣體、淹積水、溫濕度、風機水泵、照明）安全及人員安全（出入口管理、人員定位、遠程廣播、應(yīng)急通信）進行監(jiān)控和管理的系統(tǒng)。使地下管廊內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)和管廊的環(huán)境狀態(tài)一目了然，實現(xiàn)“自動化監(jiān)控、智能化管理"。圖2顯示了城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)功能。

圖2城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)功能

1.1管廊環(huán)境安全監(jiān)控

1)管廊有毒有害氣體監(jiān)測：實現(xiàn)管廊內(nèi)一氧化碳、硫化氫.、甲烷及空氣含氧量的遠程監(jiān)測，并通過現(xiàn)場的LED屏實時顯示相應(yīng)區(qū)域的有害氣體含量^超標時實現(xiàn)與風機的聯(lián)動控制，保證進入管廊人員的安全。

2)管廊淹積水監(jiān)測：實現(xiàn)管廊內(nèi)積水井水位監(jiān)測，水泵聯(lián)動控制。

3)超限報警：環(huán)境參數(shù)超標自動報警，在監(jiān)控管理平臺的圖形展慧畀商上閃爍顯藜，并可以通過語音、短信方式自動通知值班人員。

4)管廊內(nèi)供電設(shè)施監(jiān)控：監(jiān)測管廊供電系統(tǒng)開關(guān)分合狀態(tài)，電能參數(shù)等。

1.2管廊防入侵及人員安全監(jiān)控

1)遠程電子井蓋開啟：管廊出入口安裝電控電子井蓋/電控鎖，可通過監(jiān)控中心、電話語音、短信開啟井蓋/電控鎖。

2)非法入侵報警：管廊井蓋/出入口非法開啟告警，監(jiān)控中心對井蓋/出入口的異常狀況發(fā)出視聽告警，集中監(jiān)控平臺的圖形界面上閃爍顯示，并通過語音、短信方式自動通知值班人員。

3)人員定位：對出入地下管廊的人員進行授權(quán)管理，只有經(jīng)授權(quán)的人員在授權(quán)時間內(nèi)可進入綜合管廊，并采用定位系統(tǒng)實現(xiàn)對進入管廊內(nèi)的人員進.行位置定位及人員軌跡跟蹤，實時拿握管廊內(nèi)人員的實際位置，既方便運維單位對進入管廊人員的管理，又能有效保障進入人員的人身安全。

4)應(yīng)急通信：管廊在地下，手機無法通信，在管廊內(nèi)建設(shè)通信系統(tǒng)，實現(xiàn)管廊內(nèi)與監(jiān)控中心之間的應(yīng)急通信。

5)公共廣播：在管廊內(nèi)設(shè)置公共廣播，緊急情況下，指揮管廊內(nèi)人員安全疏散。

1.3專業(yè)管線狀態(tài)監(jiān)測

1)電力電纜運行狀態(tài)監(jiān)測：對入廊的電力電纜進行電纜運行電流監(jiān)測、高壓電纜護層接地環(huán)流監(jiān)測和高壓電纜接頭溫度監(jiān)測，超限或異常狀況自動告警。歷史曲線、載流量柱狀圖展示，保證電纜的安全運行，為運行單位提供電纜健康狀態(tài)分析。

2)給排水管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測：對入廊的給水管進行漏水、流量監(jiān)測，異常時關(guān)斷管路緊急切斷閥門。

3)燃氣管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測：對入廊的燃氣管道進行漏氣監(jiān)測，異常時關(guān)斷管路緊急切斷閥門，保障燃氣管網(wǎng)的安全運行。

1.4視頻圖像監(jiān)控

1)出入口視頻圖像監(jiān)控：在管廊井蓋/出入口安裝攝像機，實現(xiàn)與井蓋/出入口監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動，攝像機在井蓋/出入口開啟時自動啟動LED燈并傳送視頻信號。

2)重要設(shè)備視頻圖像監(jiān)控：在管廊內(nèi)主要設(shè)備處安裝攝像機，實時監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備的狀況。

3)視頻圖像偵測：視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了具備數(shù)字化攝像監(jiān)控系統(tǒng)自身的視頻采集、存儲、報警、聯(lián)動等基本功能外，還具備圖像分析處理能力，對寧進入禁qu的非法闖入行為自動報警。

2地下管廊監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

昆明市某地下綜合管廊，位于昆明滇池國際會展中心區(qū)域，長度7.6km，設(shè)電力倉和管道倉2個，其斷面結(jié)構(gòu)如圖3所示

圖3昆明某地下綜合管廊斷面圖

該管廊內(nèi)設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，其實現(xiàn)方案如下:

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)采用“分散控制，集中管理"的原則，系統(tǒng)由中心）、區(qū)域監(jiān)控層（分控站）及監(jiān)控終端層構(gòu)成（圖4）

中心可對整個城市的多條綜合管廊進行監(jiān)控和管理，監(jiān)控各專業(yè)管線運行狀況、管廊環(huán)境狀況，出入口管理、應(yīng)急通信、視頻監(jiān)控及消防系統(tǒng)接入，以及各系統(tǒng)之間的聯(lián)動控制、應(yīng)急處置。

區(qū)域監(jiān)控層（即分控站）：將監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)信息上傳到中心控制層對監(jiān)控終端下達控制指令，實現(xiàn)對本管廊內(nèi)風機、水泵、出入口等控制終端的遠程控制。

監(jiān)控終端層：包括各類采集器、現(xiàn)場控制器及通信設(shè)備，實現(xiàn)各類信息的采集及對風機、水泵、燈光、出入口等設(shè)備的控制。

圖4綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2監(jiān)控分區(qū)

地下綜合管廊每200m設(shè)一個防火分區(qū)，防火分區(qū)之間用防火門分隔。監(jiān)控系統(tǒng)也按防火分區(qū)設(shè)監(jiān)控分區(qū)，每個監(jiān)控分區(qū)對防火分區(qū)內(nèi)的管廊有害氣體、淹積水、溫濕度進行采集，對風機、水泵、照明等進行監(jiān)控。

每個監(jiān)控分區(qū)設(shè)監(jiān)控主機1臺，采用可編程控制器（PLC)。分區(qū)內(nèi)的氣體探測器通過PLC的AI接入，紅外探測器通過PLC的DI口接入。管廊內(nèi)的風機、水泵、照明、井蓋及門鎖因相互之間距離較遠，為減少布線，采用遠程I/O模塊通過Modbus控制總線與監(jiān)控主機相聯(lián)實現(xiàn)控制。每個監(jiān)控分區(qū)設(shè)1臺工業(yè)交換機，將分區(qū)監(jiān)控主機PLC、視頻信號、LED屏、應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)dian話等信息匯集向管廊的本地監(jiān)控站或管廊區(qū)域監(jiān)控中心上傳。圖5為監(jiān)控分區(qū)設(shè)備聯(lián)接圖。

2.3通信

地下綜合管廊長度一般在幾百米到幾千米之間，劃分為多個監(jiān)控分區(qū)。通信傳輸網(wǎng)絡(luò)采用業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)構(gòu)建整個監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)，以監(jiān)控中心為節(jié)點敷設(shè)6芯單模鎧裝信號光纜作為通信主干，每個監(jiān)控分區(qū)設(shè)置1臺工業(yè)級光纖環(huán)網(wǎng)交換機，作為該監(jiān)控分區(qū)所有監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸節(jié)點，光纖環(huán)網(wǎng)交換機等級達到IP66,保障系統(tǒng)通信帶寬的同時保障網(wǎng)絡(luò)的可靠性。每個監(jiān)控分區(qū)設(shè)置的光纖環(huán)網(wǎng)交換機負責該防區(qū)的所有網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的數(shù)據(jù)接入（監(jiān)測、控制、視頻、語音、消防）及傳輸，并支持網(wǎng)絡(luò)管理。

圖5監(jiān)控分區(qū)設(shè)備聯(lián)接圖

2.4監(jiān)控管理平臺

在監(jiān)控中心示意圖，圖7是監(jiān)控管理平臺功能圖，圖8是監(jiān)控管理平臺結(jié)構(gòu)圖。

圖6監(jiān)控中心示意圖

圖7監(jiān)控管理平臺功能

圖8監(jiān)控管理平臺結(jié)構(gòu)

監(jiān)控管理平臺可實現(xiàn)如下功能：

1)集中設(shè)備管理：通過登錄監(jiān)控中心管理平臺可對綜合管廊內(nèi)所有監(jiān)測設(shè)備進行統(tǒng)一管理監(jiān)控。

2)智能分析：系統(tǒng)管理平臺內(nèi)置智能分析數(shù)據(jù)庫動對實時采集的數(shù)據(jù)進行分析判斷，并與歷史數(shù)據(jù)進行對比，為用戶提供參考數(shù)據(jù)。

3)GIS地圖顯示：可將管轄范圍內(nèi)的設(shè)備準確地在GIS地圖上顯示，方便設(shè)備故障定位及時搶修，設(shè)備地理位置信息可采用GPS數(shù)據(jù)進行定位，如圖9所示。

4)WEB參數(shù)配置：管理人員可在監(jiān)控中心通過工程師站對綜合管廊內(nèi)設(shè)備進行遠程參數(shù)調(diào)整配置。

5)WEB服務(wù)管理：服務(wù)器具備完善的WEB服務(wù)器管理功能，方便管理系統(tǒng)設(shè)備和各種資源。

6)網(wǎng)絡(luò)安全特性：采用CHAP協(xié)議認證、DES加密進行視頻數(shù)據(jù)保護，保證網(wǎng)絡(luò)通信安全可靠。

7)分級用戶管理：可根據(jù)地下綜合管廊內(nèi)設(shè)備的管理歸屬，實現(xiàn)分組管理；根據(jù)不同需要，設(shè)定各級用戶，使用不同權(quán)限訪問不同資源，實現(xiàn)分級管理。

8)操作記錄查詢：系統(tǒng)可自動存儲各個操作人員各個時間段的操作記錄及操作內(nèi)容進行系統(tǒng)的分析統(tǒng)計。

9)日志管理：服務(wù)器具備完善的日志功能，便于查詢和整理。

10)自動生成各種歷史表格。管理平臺可根據(jù)用戶需求自動生成各種歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、歷史曲線等多種數(shù)據(jù)表格，并支持導出功能。

11)3D圖形顯示：電力電纜接頭溫度、電子井蓋支持3D顯示，實時查看電纜接頭每個點位溫度及電子井蓋的開啟狀態(tài)，如圖10所示。

12)多種報警方式：管理平臺支持語音、聲光、短信等多種報警提示方式，報警信息可直接短信發(fā)送至相關(guān)負責人員手機。

圖10井蓋/出入口控制/狀態(tài)

3 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

3.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強、使用單位多及協(xié)調(diào)復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復效率。

3.2平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

3.3平臺拓撲

3.4平臺子系統(tǒng)

3.4.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。

3.4.2環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風排煙風機等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

3.4.3電氣安全

 AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

3.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

3.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.2電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.3消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.5消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

4結(jié)語

城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)實施后，實現(xiàn)了地下綜合管廊內(nèi)環(huán)境設(shè)備運行狀況的實時監(jiān)測和控制，可及時處置安全隱患、事件，為地下綜合管廊相關(guān)公共管線的對外服務(wù)提供可靠、安全、便利的環(huán)境保障。

監(jiān)控系統(tǒng)可對管廊內(nèi)各類型參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集、存儲及分析，實現(xiàn)故障、報警、安全等事件/事故息的處理并進行反饋控制。監(jiān)控中心可實時動態(tài)顯示管廊內(nèi)各設(shè)備的狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)及其趨勢，實現(xiàn)各種報表的打印，并將前端設(shè)備的狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)以及監(jiān)控視頻圖像實時顯示，使管廊內(nèi)設(shè)備的運行狀態(tài)和管廊的環(huán)境狀態(tài)一目了然，實現(xiàn)“自動化監(jiān)控、智能化管理"。

監(jiān)控中心采用專業(yè)化的系統(tǒng)管理平臺綜合分析研判聚各類數(shù)據(jù)信息，評估事件等級，制定合理的控制處置策略，并進行相關(guān)外場巡檢及關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)部門協(xié)調(diào)聯(lián)動，有效保障綜合管廊的安全運行。

參考文獻：

【1】裴作君.鐵路隧道工程中BIM技術(shù)的應(yīng)用[J]

【2】楊穎.城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)研究及應(yīng)用.

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05

作者簡介：任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。