基于物聯網技術的地下綜合管廊智能化建設

方 緯

(四川曠谷信息工程有限公司，四川成都 610000)

1 地下綜合管廊發展綜述

隨著我國城鎮化進程的推進，地下管線的鋪設錯綜復雜，有可能影響管網系統的承載能力［1］。地下綜合管廊可有效地提高地下空間的利用率，1833年，法國對排水網絡進行規劃，將自來水、通訊管線設置在地下綜合管廊之中［2］。隨后各國相繼開始修建地下綜合管廊［2］，如:1861年時，英國倫敦修建地下綜合管廊。1890年時，德國漢堡市修建了地下綜合管廊。俄羅斯莫斯科和北美的加拿大和美國密集城市，也均設置地下綜合管廊系統。1958年，我國的第一條地下管廊［3］在天安門廣場改造工程中建成，長約1 km。1994年，上海浦東綜合管廊系統建成［3］。近年來，我國又相繼開展管廊系統的建設［4］，如廈門市的集美大道綜合管廊建設等。2015年發布的《城市綜合管廊工程技術規范》［5］，完善了綜合管廊的設計和施工規范、標準及流程。在宏觀政策方面［6］，頒布了《關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》《關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見》，推動了地下綜合管廊建設的迅猛發展。

2 地下綜合管廊監控和運營管控平臺系統的開發

物聯網包含了三個主要層次［8］:感知層、網絡層和應用層。對地下綜合管廊，在前期規劃、設計、建設和運營維護過程中，對地下綜合管廊的智能化建設提供了技術上強有力的支撐。根據物聯網的特點，感知層應當包含攝像頭、RFID、傳感器、監測設備等。網絡層包含基礎網絡系統、有線通信系統、無線通信系統等。應用層通過監控主機和相應的預警分析軟件，將綜合管廊的實時信息進行分析、研判、管理。

結合綜合管廊的監控系統與運營管控系統，綜合管廊監控物聯網技術的應用已在原有的1.0圖形時代發展至現在的智慧時代4.0。本文作者參與了對某綜合管廊監控系統和運營管控系統的項目開發，該系統由環境與設備監控系統、設備監控、安全防范系統、語音通信系統、火災自動報警系統、可燃氣體探測報警系統、智能巡檢機器人系統、結構健康監測系統、電力監控系統、巡檢管理、運營管理、應急處置管理、專業管線監控接口、跨系統聯動控制系統構成。主要系統功能簡介如下:

環境監控進行環境參數監控并設置報警閾，如濕度、溫度、水位、氧氣濃度、甲烷濃度等，根據相關規范規定，若管廊內氧氣含量低于 19.5%(V/V)，則報警;廊內硫化氫(H2S)含量高于10 mg/m3時或甲烷(CH4)含量高于1%(V/V)時，則報警。

安全防范中視頻監控管理對管廊全方位監控。入侵報警管理通過雙光束紅外線判斷是否需要激發語音報警。出入口控制管理指的是在出入口設置出入口控制裝置，對進出管廊人員的身份進行識別認證，同時具備對非正常開啟、出入口長時間不關閉、通訊中斷、設備故障等非正常情況的實時報警功能。電子巡查管理是指在管廊每個艙內下列場所設置離線電子巡查點。

固定語音通信系統和無線通信系統構成了語音控制系統。觸發裝置、火災報警裝置及輔助裝置構成火災報警系統。可燃氣體報警系統用于監測安裝有燃氣管道的艙室內可燃氣體泄漏，及時向管廊監控中心發出報警信號啟動應急搶險預案。

機器人巡檢系統通過智能巡檢機器人能夠對管廊現場視頻畫面、溫濕度環境以及有毒有害氣體濃度等監測要素進行不間斷地自動巡檢與信息采集，對其他固定式在線監測系統無法完全覆蓋的情況進行有效補充。

當發生緊急情況時，巡檢機器人可代替人力在第一時間進入事故現場，把現場的視頻、圖像等數據發送回指揮中心，同時，也可以執行應急對講指揮等相關的處置措施，起到更好的防災減災效果。混凝土管廊和附屬管道的監測由結構健康監測實現。

電力監控系統對箱式變電站高低壓部分供電回路進行遠程監測，保障管廊供電安全和穩定。運維管理主要分兩部分:管廊自身運維和入廊管線運維。圖1所示為管廊運維管理的流程圖。運營管理對入廊管線業主單位的管理，可進行信息錄入、查詢、修改等操作。

應急處置管理主要由應急隊伍、應急物資、應急預案管理構成。專業管線監控管理是指入廊管線進行監控并配置相應的監控系統。跨系統聯動控制將所有子系統之間需要共享的數據收集并對不同的數據實行互聯互通。圖2所示為某綜合管廊監控系統和運營管控系統建成后的運營情況，在3D環境下，實時反應每個設備的運行情況。

圖1 管廊運維管理流程圖

圖2 綜合管廊監控系統和運營管控系統

3 地下綜合智能管廊的建設及營運模式

地下綜合管廊建設在不同階段均存在一定的問題，在前期規劃、設計，綜合管廊的建設缺乏統一的設計標準。在建設階段會面臨建設資金困難。在營運期間，綜合管廊中的不同管線的維修風險和維修成本不同，因此不同的營運部門需要對運營風險進行評估。在投資方面，普遍采用投資、建設和運營一體化+入廊單位付費+政府補貼的PPP模式:引入社會資本，成立相應的項目公司，負責管廊的融資、建設及運營維護，在管廊建成后，項目公司根據地方的收費政策對相關入廊單位收費，在合作期結束后交付政府使用，能夠有效減少地方財政的資金壓力。

4 綜合智能管廊物聯網技術應用的市場前景及市場機會分析

隨著物聯網、大數據、AI等技術的發展，我國的智慧城市建設正在從連接互聯網的1.0時代，向更高效的數據互聯的2.0時代邁進。智慧城市不再只是信息化，而是人工智能化的新型基礎設施的集合，如智慧城市中的智慧市政(水電煤能源、管網、路燈等)，智能交通、智能安監等。

在此背景下，能源、建設、生產、安保等城市經濟服務等方面的物聯網技術應用，正在形成下一個建設風口，據統計，物聯網應用市場規模或達萬億級，目前已吸引了包括騰訊、阿里等互聯網巨頭以及移動、聯通等電信企業布局市場。

綜合管廊的物聯網技術應用也屬于政府智慧城市、提供城市公共服務的建設范疇，建設需求取決于政府對城市市政設施的公共管理與服務模式的創新，從法律法規到地方政策到行業技術標準多維度推進綜合管廊物聯網技術應用的發展。綜合管廊物聯網技術的應用上應注重對相關技術的突破，逐步完善技術標準及法律法規。縱觀物聯網行業，由眾多的大、中、小企業構成了綜合管廊物聯網技術的主要研發、應用、建設力量，隨著政策、技術標準的完善和市場的規模化，綜合管廊物聯網企業及市場必將呈現出整合、優化，再迅猛發展的態勢。

綜合管廊的物聯網技術應用，將逐步實現地下綜合管廊的智能化;在行業標準方面，對綜合管廊物聯網應用將實現智能、規范及標準化。在產業應用方面，綜合管廊物聯網技術應用將實現人、物及服務智能的充分整合。總之，隨著城市建設的規范化及標準化，同時創新建設模式，吸引社會資本，地下綜合管廊的建設發展必將對物聯網產品研發、實施、集成服務企業帶來巨大的市場機會，市場前景可期。

5 結語

地下綜合管廊的智能化建設離不開物聯網技術，本文對物聯網技術如何應用于地下綜合管廊的建設中進行了分析，對工程項目案例進行了簡介，同時對某綜合管廊監控系統和運營系統的開發進行了概要說明，總結了目前地下綜合管廊的建設及營運模式、綜合管廊物聯網技術應用的市場前景及行業市場機會分析，對地下綜合管廊智能化建設進行了有益的探索與思考。