城市綜合管廊工程電氣自控的應(yīng)用

張志偉，張學(xué)群，楊 超

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300381）

城市綜合管廊也叫作共同溝，即在地下進(jìn)行公用空間的搭設(shè)，然后將城市各個(gè)管線在這一空間中進(jìn)行集中鋪設(shè)。同時(shí)，綜合管廊中還有投料口、檢修口以及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合管廊的實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理。在城市綜合管廊工程建設(shè)過程中，必須嚴(yán)格按照規(guī)定要求進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，特別是電氣自控設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持科學(xué)合理的設(shè)計(jì)原則，對(duì)城市綜合管廊的概念進(jìn)行充分掌握，根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，確保綜合管廊電氣系統(tǒng)運(yùn)行更加安全、更加穩(wěn)定和更加可靠，進(jìn)而充分發(fā)揮出城市綜合管廊的各項(xiàng)用途功能。文章主要探討城市綜合管廊工程的電氣自控設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 綜合管廊發(fā)展歷程

盡管綜合管廊已經(jīng)發(fā)展了約兩百年，但是相較于發(fā)達(dá)國家，國內(nèi)在綜合管廊的研究與建設(shè)上時(shí)間較短，起步較晚，并且主要在大城市集中建設(shè)，如北京、上海和成都等地區(qū)。大多數(shù)城市還沒有開始綜合管廊建設(shè)工作。20世紀(jì)90年代初，上海建設(shè)了國內(nèi)首個(gè)綜合管廊，其規(guī)模和距離都比較大，總長達(dá)到11.125千米，主要包含四種管網(wǎng)線，即供排水管網(wǎng)線、供電管網(wǎng)線、天然氣管網(wǎng)線和通訊管網(wǎng)線。2006年，北京建設(shè)了國內(nèi)第二個(gè)綜合管廊工程。調(diào)查研究顯示，綜合管廊具有很高的應(yīng)用價(jià)值，其應(yīng)用和推廣前景非常廣闊。

2 工程項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目名稱

本工程項(xiàng)目名稱為：溫州市文昌路（溫州大道-甌海大道）地下綜合管廊工程。

2.2 項(xiàng)目建設(shè)背景

綜合管廊最早是在21世紀(jì)初期被提出來的，綜合管廊是一個(gè)城市建設(shè)深度與現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)度的綜合反應(yīng)。綜合管廊具有很多的優(yōu)點(diǎn)，首先使用綜合管廊后管道的安裝、鋪設(shè)與后期的維護(hù)維修工作都不需要進(jìn)行反復(fù)的開挖與填土工作。大大地減少了工作量，降低了工程成本。管廊內(nèi)的管線也極大避免了與地下水和土壤發(fā)生接觸而產(chǎn)生銹蝕的情況，這大大延長了各條管道的使用時(shí)間，縮減了維修與維護(hù)的成本。使城市的地下空間更加的規(guī)范有秩序，避免了之前錯(cuò)綜復(fù)雜的情況，保證了地下空間整體的系統(tǒng)性。

2.3 綜合管廊工程建設(shè)的必要性分析

文昌路地下綜合管廊工程的必要性和特殊性，有以下幾方面：

一是加快溫州市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐，實(shí)現(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展的需要。二是支持龍灣創(chuàng)客小鎮(zhèn)建設(shè)的需要。三是實(shí)施《溫州市區(qū)市政架空線路“上改下”三年行動(dòng)計(jì)劃》的需要。是文昌路遠(yuǎn)期拓寬、快速路高架橋建設(shè)的需要。

2.4 電氣自動(dòng)控制內(nèi)容

本工程必須針對(duì)綜合管廊結(jié)構(gòu)形式、管廊內(nèi)管網(wǎng)線和附屬設(shè)備布置實(shí)際狀況建立健全日常監(jiān)控管理系統(tǒng)。主要包括綜合管廊工程監(jiān)控管理系統(tǒng)、安防管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，完善管廊的日常管理，增強(qiáng)管廊的安全性和防范能力。

2.4.1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

管廊內(nèi)由于廢氣的沉積以及維修人員和微生物的活動(dòng)勢(shì)必都會(huì)導(dǎo)致管廊內(nèi)空氣中氧氣含量非常低。無論是為了確保管廊內(nèi)工作人員的生命安全，還是為了減少通風(fēng)次數(shù)，節(jié)約能源，都必須全生命周期地監(jiān)控管廊內(nèi)氧氣含量；由于管廊內(nèi)相對(duì)封閉，管廊內(nèi)電力電纜產(chǎn)生的熱量不容易散發(fā)出管廊，必須全生命周期地監(jiān)控管廊內(nèi)溫度；管廊內(nèi)濕度過高，對(duì)電氣設(shè)備和自動(dòng)化設(shè)備長期運(yùn)行非常不利，必須全生命周期地監(jiān)控管廊內(nèi)空氣濕度。為此，必須在管廊每個(gè)防火分區(qū)內(nèi)各設(shè)置1套氧氣、溫度、濕度檢測儀表。

2.4.2 設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)采用“分散控制、集中管理”的原則設(shè)置。由監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及現(xiàn)場控制站組成，正常運(yùn)行情況下可做到無人值守。

（1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。管廊新建一座監(jiān)控中心。監(jiān)控中心控制室內(nèi)設(shè)置的設(shè)備有監(jiān)控工作站計(jì)算機(jī)、安防監(jiān)控計(jì)算機(jī)、工業(yè)以太網(wǎng)光電交換機(jī)、各類數(shù)據(jù)服務(wù)器及相關(guān)輸入輸出設(shè)備。在監(jiān)控中心可以監(jiān)控管廊全部防火分區(qū)的運(yùn)行。

設(shè)備監(jiān)控工作站計(jì)算機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)跟現(xiàn)場控制站PLC控制器相互交流通訊，可以向PLC控制器發(fā)出控制指令，啟動(dòng)或者暫停現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行。計(jì)算機(jī)運(yùn)用SCADA組態(tài)軟件操作平臺(tái)，顯示屏上可以生動(dòng)形象地呈現(xiàn)出管廊內(nèi)設(shè)備的控制模擬圖像，呈現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以及故障數(shù)據(jù)信息。設(shè)備監(jiān)控工作站計(jì)算機(jī)能夠與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行通訊，當(dāng)收到火災(zāi)報(bào)警信息時(shí)，使現(xiàn)場所有PLC控制器自動(dòng)移交所有消防相關(guān)設(shè)備控制權(quán)限至火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器。安防監(jiān)控計(jì)算機(jī)與安防主機(jī)及視頻監(jiān)控主機(jī)通信，能夠?qū)崟r(shí)接收到管廊內(nèi)安防報(bào)警器的報(bào)警信號(hào)，并把有關(guān)位置的視頻監(jiān)控圖像呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)屏幕上。監(jiān)控中心設(shè)置的數(shù)據(jù)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器能夠組成一套完整的綜合管廊網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)，工作人員可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)連接至管廊監(jiān)控專用平臺(tái)，可以通過移動(dòng)電腦、PDA、智能手機(jī)等設(shè)備，隨時(shí)隨地了解綜合管廊的運(yùn)行狀態(tài)，并可在一定權(quán)限下，控制管廊內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行。

（2）現(xiàn)場控制站。綜合管廊每兩個(gè)防火分區(qū)設(shè)置一套PLC現(xiàn)場控制站。內(nèi)裝1套PLC控制器、1臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)光電交換機(jī)及1臺(tái)UPS電源。PLC控制器自帶觸摸屏，能夠現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)備調(diào)試或程序設(shè)定。各PLC現(xiàn)場控制器之間通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)100Mbps（1000Mbps）光纖網(wǎng)通訊并連接至監(jiān)控中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)。傳輸介質(zhì)為單模輕鎧光纖。每個(gè)PLC控制器采集的信息包括：區(qū)段內(nèi)的溫度、濕度、含氧量信號(hào)；區(qū)段內(nèi)的配電系統(tǒng)狀態(tài)信號(hào)；區(qū)段內(nèi)雙速風(fēng)機(jī)、引流風(fēng)機(jī)、排風(fēng)閥、潛水泵運(yùn)行狀態(tài)及故障信號(hào)。每個(gè)PLC控制器控制的設(shè)備：雙速風(fēng)機(jī)、引流風(fēng)機(jī)、排風(fēng)閥通風(fēng)狀態(tài)下的運(yùn)行，集水坑內(nèi)的排水泵運(yùn)行。

2.4.3 運(yùn)行控制管理原則

（1）雙速風(fēng)機(jī)控制。管廊內(nèi)每個(gè)防火分區(qū)設(shè)置有雙速風(fēng)機(jī)，主要具有通風(fēng)、散熱和火災(zāi)狀態(tài)下的排煙功能。

（2）引流風(fēng)機(jī)控制。引流風(fēng)機(jī)作為管廊通風(fēng)及排煙的輔助設(shè)備，與雙速風(fēng)機(jī)的控制原則相同。

（3）排風(fēng)閥控制。管廊內(nèi)每個(gè)防火分區(qū)雙速風(fēng)機(jī)處設(shè)有防火閥，日常運(yùn)行作為排風(fēng)閥，PLC可以控制其開啟、關(guān)閉，并將其運(yùn)行狀態(tài)、故障信息等反饋至監(jiān)控中心，方便日常設(shè)備巡查、檢修。當(dāng)防火閥作為消防排煙閥運(yùn)行時(shí)，PLC退出對(duì)風(fēng)閥的控制，由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器控制其運(yùn)行。PLC只采集風(fēng)閥的狀態(tài)信息，反饋至監(jiān)控中心。

（4）潛水泵。管廊內(nèi)每個(gè)防火分區(qū)集水坑內(nèi)設(shè)有潛水泵，潛水泵自帶浮球開關(guān)，依據(jù)集水坑內(nèi)的水位情況開啟或者關(guān)閉潛水泵。PLC不僅可以遠(yuǎn)程控制潛水泵開啟和關(guān)閉，還可以采集潛水泵狀態(tài)或故障信號(hào)，反饋至監(jiān)控中心，方便日常設(shè)備巡查、檢修。

2.4.4 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)采取監(jiān)控中心報(bào)警系統(tǒng)，也就是由火災(zāi)探測器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、區(qū)域火災(zāi)報(bào)警控制器和火災(zāi)警報(bào)裝置等組成。

區(qū)域報(bào)警系統(tǒng)主要由區(qū)域火災(zāi)報(bào)警控制器、聯(lián)動(dòng)控制器、感煙探測器、感溫光纜、光纖測溫監(jiān)控主機(jī)、防潮型手動(dòng)報(bào)警按鈕（帶電話插孔）、中繼器（模塊）、警鈴等設(shè)備組成；煙感探測器沿管廊頂橋架下安放布置，感溫光纜沿電纜橋架每層通長鋪設(shè)，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，系統(tǒng)啟動(dòng)該報(bào)警區(qū)警鈴第一時(shí)間通知管廊內(nèi)工作人員撤離，同時(shí)直接啟動(dòng)現(xiàn)場設(shè)備關(guān)閉進(jìn)風(fēng)閥、排風(fēng)閥和風(fēng)機(jī)等，同時(shí)利用延時(shí)自動(dòng)裝置啟動(dòng)滅火裝置實(shí)施滅火。

2.4.5 系統(tǒng)安全防護(hù)裝置

（1）防外來人員入侵系統(tǒng)。管廊內(nèi)的防入侵探測器主要采用雙光鑒探測器。

雙光鑒探測器在進(jìn)行工作的時(shí)候主要是借助微波和紅外線兩種信號(hào)進(jìn)行探測工作。把探測得到的數(shù)據(jù)信息信號(hào)傳輸給系統(tǒng)中心進(jìn)行分析處理。經(jīng)過科學(xué)技術(shù)研究人員對(duì)雙光鑒探測器不斷的改進(jìn)升級(jí)，現(xiàn)階段常用的雙光鑒探測器已經(jīng)可以有效地屏蔽掉絕大部分常見的干擾情況，只有當(dāng)有人進(jìn)入探測器探測范圍時(shí)才會(huì)進(jìn)行報(bào)警，極大地提高了報(bào)警的精準(zhǔn)度，很大程度上杜絕了漏報(bào)誤報(bào)現(xiàn)象。

按照我國出臺(tái)的設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求，綜合管廊的每一個(gè)出口處、投料口、通風(fēng)口、配電室、設(shè)備房出入口等位置都需要設(shè)置一臺(tái)探測器，各臺(tái)探測器都與總控制中心進(jìn)行連接，當(dāng)探測器報(bào)警時(shí)控制中心也會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)。

雙光鑒探測器系統(tǒng)還會(huì)對(duì)探測到的人體進(jìn)行識(shí)別，事先將工作人員的身份信息錄入到檢測系統(tǒng)中，當(dāng)探測器檢測到工作人員進(jìn)入時(shí)并不會(huì)進(jìn)行報(bào)警，只有未錄入信息的不明身份人員被檢測到時(shí)探測器才會(huì)進(jìn)行報(bào)警。探測器在進(jìn)行報(bào)警的時(shí)候發(fā)出兩組信號(hào)，其中一組信號(hào)傳輸至監(jiān)控中心進(jìn)行報(bào)警，主要信息有報(bào)警位置等；第二組信號(hào)傳輸至警報(bào)發(fā)出地點(diǎn)周圍的監(jiān)控?cái)z像頭處，攝像頭自動(dòng)的對(duì)警報(bào)發(fā)出地點(diǎn)進(jìn)行拍攝，保證后期問題處理階段有足夠的視屏作為佐證。

（2）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。由于綜合管廊距離遠(yuǎn)、監(jiān)控點(diǎn)分散，常規(guī)視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)采用同軸電纜傳輸視頻信號(hào)已經(jīng)不能滿足遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆＞W(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)能夠?qū)⒁曨l模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編碼的數(shù)字信號(hào)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，大大增加了視頻數(shù)據(jù)的傳輸距離。而使用普通的網(wǎng)絡(luò)電纜，單根電纜信號(hào)傳輸最大距離亦不能超過90米，仍無法滿足本工程的視頻監(jiān)控要求。

所以，本工程視頻監(jiān)控設(shè)備主要使用帶紅外夜視功能的高速網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機(jī)，加裝光電轉(zhuǎn)換模塊，傳輸介質(zhì)為單模輕鎧光纖。特別適合綜合管廊內(nèi)，電磁場強(qiáng)度大，干擾信號(hào)多的場所。

2.4.6 線纜鋪設(shè)

管廊內(nèi)自控系統(tǒng)各線纜鋪設(shè)均通過電纜防火橋架鋪設(shè)，橋架外涂防火防腐漆，內(nèi)加隔板，為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)預(yù)留線路空間。進(jìn)出橋架的線纜采用撓性連接管接鍍鋅鋼保護(hù)管沿管廊頂或墻壁明鋪，保護(hù)管外涂防火防腐漆。

3 結(jié)束語

在城市中建設(shè)綜合管廊工程，不僅可以緩解用地緊張局面，還能有效保護(hù)管網(wǎng)線，降低管網(wǎng)線鋪設(shè)對(duì)城市路面的破壞。供電距離遠(yuǎn)、容量分散等是綜合管廊電氣系統(tǒng)的重要問題，這就要求設(shè)計(jì)師做好綜合管廊工程電氣自控設(shè)計(jì)工作，確保設(shè)計(jì)科學(xué)合理，有效保證綜合管廊電氣自控系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性與可靠性。