城市地下綜合管廊自動化監控系統分析

代義德，薛鵬

（廣州廣鋼金業集團有限公司，廣東 廣州 510380）

城市地下綜合管廊自動化監控系統分析

代義德，薛鵬

（廣州廣鋼金業集團有限公司，廣東 廣州 510380）

城市地下綜合管廊作為高度集約的管線工程被越來越多的應用到城市規劃建設當中來，為了保障城市地下綜合管廊的長期可靠運行，在管廊內布置了各類設備設施，組成了綜合性的自動化監控系統，實現全天候不間斷的監視與運行操作，從而達到監控、預警、安全防范的作用。本文對綜合管廊的自動化監控系統進行了詳細介紹，闡述了綜合管廊自動化系統的組成和功能。

城市；綜合管廊；自動化監控

綜合管廊是目前世界發達城市普遍采用的市政基礎工程，是一種集約度高、科學性強的城市綜合管線工程。目前在用的綜合管廊布置了各類能源管線，包括高中低壓的電力電纜、各類通信電纜、冷熱供水、供氣管線等，部分大型管廊承擔著一個城區幾乎所有的電力、熱力、供水、通訊所需，基于此，綜合管廊的安全可靠運行就顯得尤為重要。綜合管廊自動化監控系統就是為了保障綜合管廊的長期平穩運行，提供良好的運行環境，同時實時監測管廊的運行狀態而設計的，包含照明、通風、排水、環境監控、視頻監控、消防報警、智能巡視等設備或系統。從運行平臺上劃分，綜合管廊的自動化監控系統又可分為視頻監控平臺、消防及報警聯動平臺、設備運行監視與控制平臺及智能巡檢平臺。本文根據當前綜合管廊的實際運行情況，介紹了自動化監控系統的組成和功能，對可以優化的部分提出一些建議。

1 城市地下綜合管廊結構和布局

綜合管廊的結構主體以預制的鋼筋混凝土為主，單倉呈“口”字型，一般十米左右為一段，將各個段拼接起來，構成長距離的綜合管廊。綜合管廊置于地下，為了不對城市的建設造成影響，更多的將管廊布置在公路中間的綠化帶下。根據艙室的不同，管廊分為單艙、雙艙、三艙、四艙和特殊結構艙等，目前國內最多已經做到七艙。各個艙室之間相對獨立，用以布置不同的管線。管廊的結構和布局示意圖如圖1。

綜合管廊根據不同的需要，可以布置中高壓電力電纜、低壓電力電纜、通信電纜、供水管道、排水管道、熱力管道、天然氣管道等。由于不同的管線對運行環境的要求不同，所以大型管廊將不同的管線布置在不同的艙室內進行物理空間隔離，將運行環境相似的管線布置在同一個艙室內。新規劃建設的管廊將依據2015年新修訂的《城市綜合管廊工程技術規范》的要求進行設計和施工。

圖1 綜合管廊結構和布局示意圖

2 綜合管廊自動化監控系統的組成和功能

綜合管廊處于地下，且線路較長，容易形成潮濕的環境甚至受到水浸的影響，加上管廊建設之時往往是城區建設未完之際，大量的市政和樓宇建設會導致地面沉降，對管廊的結構和設備設施造成很大的破壞，使管廊的伸縮縫破裂漏水，有時甚至引起管廊結構體斷裂。另外一方面，管線設施也容易對管廊的運行造成很大的威脅，如供水、供暖管道的破裂會造成管廊內大量積水，損壞設備設施，威脅人身安全；電力電纜的損傷或過負荷會導致火災事故的發生；天然氣等易燃易爆管線會造成泄露、爆炸等極其嚴重的事故。管廊內也容易聚集有毒有害氣體，容易出現蚊蟲鼠害等情況，綜合管廊的運行壓力相比一般樓宇要大得多。

綜合管廊的自動化監控系統就是為了應對這些運行狀況而設計的一整套監控設備和子系統的總稱，包括供配電系統、照明系統、通風系統、排水系統、防入侵系統、消防系統、護套環流監測系統、視頻監控系統、自動巡檢系統及各類傳感器和設備運行所依賴的監測報警系統等。各個設備和系統之間相互獨立，又彼此連接，組成了一個先進的自動化監控網絡。典型的綜合管廊自動化監控系統拓撲圖如圖2。

下面從綜合管廊自動化監控系統的四個平臺分別介紹其組成和功能。

2.1 綜合管廊消防報警平臺

為了保障綜合管廊在發生火災或爆炸事故時能及時發現并撲救火災，需要在管廊內設置消防及報警系統，不間斷監測管廊內的消防狀態，在發生火災或爆炸事故時與消防廣播、風機、自動滅火裝置等聯動，進行人群的疏散和火災的撲滅。

圖3 典型的綜合管廊消防系統示意圖

綜合管廊的消防報警系統有兩種，一種是在每個防火分區內獨立設置區域報警控制器，將感溫探頭、感煙探頭、手動報警裝置、消防廣播及與風機的聯動信號接入控制器。另一種采用感溫光纖進行測溫，現場的手動報警裝置和消防廣播等設備連接至消防報警系統，通過消防報警系統和光纖測溫的聯動，實現全程消防報警監視與控制。典型的綜合管廊消防系統示意圖如圖3所示。

使用感溫光纖的分布式測溫系統除了在監測方式方面有不同之外，其他的消防報警控制類似，所具有的功能也基本一致。感溫光纖的精確度達到米級，且靈敏度高、反饋及時、故障率低，施工時只需要將感溫光纖布置在管廊頂部或管線上方合適的位置即可，節約空間，減少了線纜連接，是目前選擇較多的一種感溫探測方式。分布式感溫光纖系統的示意圖如圖4所示。

圖4 分布式感溫光纖系統示意圖

與消防報警系統聯動的是自動滅火系統。根據《城市綜合管廊工程技術規范》的要求，城市地下綜合管廊必須配備自動滅火系統，但由于缺少具體的綜合管廊消防規范，目前新建的綜合管廊都很難通過消防驗收，各大設計院也只能根據類似環境設計和布置自動滅火系統。隨著城市地下綜合管廊的建設規模越來越大，相信消防報警與自動滅火的相關規范和細則也會很快出臺。典型的消防報警與自動滅火系統配置如圖5。

2.2 綜合管廊設備監視及控制平臺

綜合管廊的照明、通風、排水、供配電、門禁、防入侵、護套環流、環境監測等設備和系統組成了設備監視及控制平臺。這個平臺不僅可以監視管廊的運行狀態，監控設備運行狀況，還可以根據管廊的實際情況進行設備的操作，從而滿足日常巡查、維護、施工作業等各種工作需要。監控平臺通常以工控軟件構建的監控系統為基礎，通過網絡連接現場的PLC或ACU來采集各類設備和傳感器信息，并控制相應的操作。圖6是某項目采用Wincc軟件開發的監視與控制平臺。

圖6 某項目采用Wincc軟件開發的控制平臺

圖5 典型的消防報警與自動滅火系統配置圖

通過類似的控制平臺，不僅可以控制綜合管廊內照明、風機、水泵的開啟和關閉，還可以實時監測防入侵系統、視頻監控設備、智能巡檢設備、供電設施及環境的狀態及其他運行平臺的工作狀態，從而實現對管廊的全方位監管，在發生異常情況時及時處置。

2.3 視頻監控平臺

視頻監控系統由網絡攝像機、硬盤錄像機、管理服務器、操作平臺軟件及其他附件組成，在每個防火分區的出入口、投料口或關鍵設備等位置布置監控攝像機，監控管廊內人員和設備的情況。典型的視頻監控平臺如圖7。

圖7 視頻監控平臺

網絡技術的發展也使視頻監控系統的設備更加智能化，為綜合性的監控平臺的打造提供了更加便利的方式，在部分融合度較高的自控平臺中，已經將視頻監控系統融入到設備監控與控制平臺中并與防入侵和門禁系統聯動。從實際運行效果來看，綜合性的監控平臺能展示更多的設備信息，通過一個監控終端即可實現大部分設備設施的監視與控制，更加有利于綜合管廊的整體監控與緊急情況下的應急決策。

2.4 自動巡檢平臺-巡檢機器人

綜合管廊的運維一般通過人工的巡查和維護來實現，但大部分管廊距離遠、管線長，單純的人工巡查將耗費大量的人工成本且效率低下。巡檢機器人的引入，將節約大量成本，提高巡查效率，同時也增加了監測手段，彌補了人工巡查中的不足。

目前國內機器人技術已經相當成熟，巡檢機器人也在電站、大型生產車間或流水線上開始使用，在綜合管廊里使用巡檢機器人也已經有成功的案例。從技術上而言，巡檢機器人的功能類似，一般配備紅外高清攝像頭、紅外熱像儀、各類溫濕度和有毒有害氣體傳感器等，能實現現場音頻的實時傳輸，在監控室就可以實時查看管廊內部狀況，記錄管線設施的運行狀態。國內知名的深圳朗馳（圖8）、中信重工、浙江國自、普華靈動等一大批機器人公司正瞄準城市地下綜合管廊巡檢機器人的巨大市場，開發符合綜合管廊運行環境的巡檢機器人產品，并在降低成本的同時逐步小型化、專業化，為將來綜合管廊全方面的安全運行提供技術保障。

圖8 深圳朗馳公司開發的綜合管廊巡檢機器人

3 結語

城市地下綜合管廊的運營一般都超過20年，專業的自動化監控平臺是管廊安全、長期、可靠運行的關鍵部分之一，正基于此，在綜合管廊自動化監控平臺的設計時，往往從工業控制的角度去考慮，更多關注長期穩定的運行，從而減少后期的維護成本，也更加注重數據的收集和分析，使監控平臺從自動化向智能化、智慧化邁進。目前國內BIM技術的應用越來越廣泛，將來自動化監控平臺也將融合BIM技術，實現更加精準、高效的監視與控制，更加智慧化的數據處理與輔助決策，從而進一步降低綜合管廊的運營成本，提高運營的安全性。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部主編．城市綜合管廊工程技術規范[S]，GB 50838-2015．北京：中國計劃出版社，2015．

[2]劉海明主編．建筑工程新技術及應用[M]．江蘇：江蘇科學技術出版社，2016．

[3] 劉應明等編著．城市地下綜合管廊工程規劃與管理[M]．北京：中國建筑工業出版社，2016．

[4] 中國建筑工業出版社編．城市地下綜合管廊標準匯編[M]．北京：中國建筑工業出版社，2017．

TU990

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1671-0711（2017）10（上）-0127-04