城市綜合管廊監(jiān)控及報警系統(tǒng)設(shè)計

梁柱華

（同方泰德國際科技（北京）有限公司，北京 100830）

城市地下綜合管廊是市政地下管線的綜合體，將給水、雨水、污水、供熱、電力、通信、燃?xì)狻⒐I(yè)等市政管線在集中空間進(jìn)行統(tǒng)一管理，是保障城市高效運行的重要基礎(chǔ)設(shè)施。完善的監(jiān)控及報警系統(tǒng)為綜合管廊的監(jiān)測、控制、運營、安全提供有力保證，是綜合管廊設(shè)計的重要組成部分。根據(jù)《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50838—2015），城市綜合管廊監(jiān)控及報警系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、預(yù)警與報警系統(tǒng)和統(tǒng)一管理平臺。本研究以陜西省西安市某地下管廊項目為實例，以規(guī)范要求為框架，以統(tǒng)一管理平臺為核心搭建集成環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、預(yù)警與報警系統(tǒng)等子系統(tǒng)的監(jiān)控及報警系統(tǒng)，實現(xiàn)管廊中多個子系統(tǒng)的協(xié)同運行，提升系統(tǒng)的智能化水平，提高運營維護(hù)效率及質(zhì)量。

1 管廊監(jiān)控及報警系統(tǒng)構(gòu)成及主要功能

陜西省西安市某地下管廊監(jiān)控及報警系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 陜西省西安市地下管廊監(jiān)控及報警系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 統(tǒng)一管理平臺

統(tǒng)一管理平臺將綜合管廊與報警各子系統(tǒng)集成為相互關(guān)聯(lián)和協(xié)同的綜合系統(tǒng)，實現(xiàn)子系統(tǒng)的統(tǒng)一管理、信息共享及聯(lián)動控制。平臺采用C/S架構(gòu)，可以在多個地點、多臺工作站部署客戶端，實現(xiàn)不同身份與數(shù)量的用戶使用。使用客戶端訪問搭建在統(tǒng)一管理服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)人機(jī)的數(shù)據(jù)交互。

統(tǒng)一管理平臺的物理介質(zhì)安裝在綜合管廊的監(jiān)控中心，是管廊運維人員的主要工作地點。運維人員通過統(tǒng)一管理平臺全面獲知管廊內(nèi)各個地點現(xiàn)場情況及各類設(shè)備的運行狀態(tài)，根據(jù)實際需要向現(xiàn)場設(shè)備自動或手動發(fā)出控制命令。

1.2 環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要通過PLC設(shè)備采集管廊環(huán)境參數(shù)（溫濕度、氧濃度等），可以對管廊內(nèi)的通風(fēng)設(shè)備、給排水設(shè)備、照明設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制，根據(jù)不同工況劃分單體控制及模式控制。環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)通過約定的Modbus TCP接口協(xié)議接入統(tǒng)一管理平臺，與統(tǒng)一管理平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，在統(tǒng)一管理平臺提供環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的操控界面。環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以實時監(jiān)測綜合管廊全域環(huán)境、設(shè)備情況，通過數(shù)據(jù)采集裝置將數(shù)據(jù)參數(shù)及時地傳輸至統(tǒng)一管理平臺，運維管理人員在后端可以及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場問題，排除異常、隱患，及時處理危險情況。

1.3 安全防范系統(tǒng)

安全防范系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控、門禁、入侵報警及離線巡更設(shè)備等，對外提供軟件開發(fā)工具包（SDK）。統(tǒng)一管理平臺通過調(diào)用安全防范系統(tǒng)的SDK對安全防范系統(tǒng)各項功能進(jìn)行界面集成，展示攝像頭位置、門禁設(shè)備狀態(tài)及入侵檢測點位狀態(tài)。用戶通過統(tǒng)一管理平臺對安全防范系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備下發(fā)控制命令，實現(xiàn)攝像頭的全方位（左右/上下）移動及鏡頭變倍、變焦控制，進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)門禁設(shè)備以及控制入侵報警設(shè)備布防/撤防。

1.4 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)包括有線電話系統(tǒng)和無線對講系統(tǒng)，實現(xiàn)管廊內(nèi)與監(jiān)控中心的實時語音通信。本項目的有線電話為消防專用電話，可以節(jié)省投資。管廊內(nèi)的有線電話摘機(jī)后與控制中心電話直通，緊急情況時實現(xiàn)快速溝通。中心有線電話主機(jī)可以對管廊內(nèi)全部有線電話終端進(jìn)行組呼外放，在特殊情況下可作為管廊內(nèi)廣播進(jìn)行使用。無線對講系統(tǒng)實現(xiàn)管廊內(nèi)巡檢人員與控制中心的移動通信，可以選擇組呼或點對點多種通話方式，適用于不同使用場景。通信系統(tǒng)通過Modbus TCP接口協(xié)議接入統(tǒng)一管理平臺，由統(tǒng)一管理平臺對其進(jìn)行界面集成，監(jiān)視通信設(shè)備運行狀態(tài)。

1.5 預(yù)警及報警系統(tǒng)

預(yù)警及報警系統(tǒng)具有獨立的火災(zāi)報警平臺，即FAS系統(tǒng)以及防火門監(jiān)視平臺。FAS系統(tǒng)設(shè)置獨立的消防控制主機(jī)及專用工作站，可以獨立實現(xiàn)監(jiān)控功能。預(yù)警及報警系統(tǒng)通過Modbus TCP協(xié)議與統(tǒng)一管理平臺服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，統(tǒng)一管理平臺提供冗余的預(yù)警及報警系統(tǒng)界面，便于運維人員對預(yù)警及報警系統(tǒng)進(jìn)行集中管理。

1.6 大屏幕系統(tǒng)

大屏幕系統(tǒng)位于管廊的監(jiān)控中心，本項目使用9塊55寸LCD屏幕拼接，展示重要畫面。正常工況下，大屏幕用于展示統(tǒng)一管理平臺界面及關(guān)鍵視頻監(jiān)控畫面。緊急狀況下可以自動或手動切換目標(biāo)場景界面，及時向運維人員展示關(guān)鍵信息。

2 接口明確過程中的注意事項

監(jiān)控與報警系統(tǒng)的接口功能根據(jù)實際子系統(tǒng)設(shè)備特點及控制要求進(jìn)行相應(yīng)的接口功能設(shè)計，需求對接階段應(yīng)該明確物理接口類型、接口協(xié)議及接口功能。需要注意的是，制定接口文件時應(yīng)充分明確接口分界及相關(guān)方責(zé)任，確定接口功能實現(xiàn)的要求及檢查項目，避免實施過程中就職責(zé)劃分問題產(chǎn)生爭議。

3 統(tǒng)一管理平臺功能界面設(shè)計

3.1 總覽界面

總覽界面清晰展示管廊的地理位置分布，標(biāo)明管廊的艙室劃分、支管廊走向、出入口位置及周邊建筑情況。總覽界面結(jié)合管廊實際尺寸進(jìn)行適當(dāng)比例調(diào)整，突出重點部位，界面簡明直觀。

3.2 導(dǎo)航界面

導(dǎo)航界面位于主界面上方，實現(xiàn)總覽界面及各子系統(tǒng)的切換選擇。對當(dāng)前選中界面的按鈕與未選中界面按鈕進(jìn)行顏色區(qū)分，便于操作人員定位及切換。

3.3 子系統(tǒng)界面

統(tǒng)一管理平臺各子系統(tǒng)界面根據(jù)設(shè)備進(jìn)行分頁，布局風(fēng)格與原系統(tǒng)保持一致，操作方式與原系統(tǒng)匹配，減少誤操作。針對接口系統(tǒng)中的不常用功能，對統(tǒng)一管理平臺界面進(jìn)行優(yōu)化精簡，提升操作的便利性。

3.4 報警及事件界面

報警及事件界面位于畫面下方，一般顯示最近的3條報警信息，按時間及優(yōu)先級進(jìn)行排序。用戶可以通過左下方的報警管理及事件管理按鈕展開報警及事件列表，獲得更全面的報警及事件信息展示。用戶可以根據(jù)時間或關(guān)鍵字對報警及事件進(jìn)行篩選，快速提取需要的信息。

3.5 用戶管理

用戶管理界面可以實現(xiàn)用戶添加、刪除及權(quán)限變更操作。用戶分為管理、操作及瀏覽三個級別。管理員針對不同用戶開放不同的界面以及不同界面的控制、瀏覽權(quán)限。

3.6 多屏幕支持

需要在一個工作站瀏覽多個子系統(tǒng)畫面時，可以使用統(tǒng)一管理平臺的多屏幕支持功能，在一臺監(jiān)控主機(jī)的多個顯示器上展示不同子系統(tǒng)界面，各個界面權(quán)限統(tǒng)一歸屬登錄用戶，不同顯示器上的界面可以自由切換組合。

4 主要聯(lián)動功能設(shè)計

4.1 入侵報警-視頻監(jiān)控聯(lián)動

入侵報警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)被入侵時，會在監(jiān)控平臺產(chǎn)生報警信息，在統(tǒng)一用戶平臺入侵報警界面標(biāo)注入侵位置。為了使值班人員更快了解現(xiàn)場情況，判斷報警消息是否為誤報，系統(tǒng)設(shè)計了入侵報警-視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動。

系統(tǒng)調(diào)試過程中，組合不同區(qū)域出入口的視頻監(jiān)控畫面，定義多個視頻場景，每個場景涵蓋出入口相關(guān)的全部攝像頭。通過統(tǒng)一管理平臺實現(xiàn)入侵報警-視頻監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動。

4.2 火災(zāi)報警系統(tǒng)-門禁系統(tǒng)聯(lián)動

管廊中的門禁設(shè)備分為防煙門及疏散通道門，針對火災(zāi)報警系統(tǒng)（FAS）發(fā)出的火災(zāi)信號，需要門禁系統(tǒng)根據(jù)門分類進(jìn)行開啟或關(guān)閉，保證防排煙及人員疏散。

門禁系統(tǒng)中，根據(jù)門的功能及所處區(qū)域進(jìn)行預(yù)先組合，區(qū)域范圍與FAS的防火分區(qū)一致。統(tǒng)一管理平臺收到FAS系統(tǒng)發(fā)出的火災(zāi)聯(lián)動命令后，根據(jù)命令中的區(qū)域字段，下發(fā)指令給門禁系統(tǒng)，釋放該區(qū)域的疏散通道門，遠(yuǎn)程控制電動開關(guān)門裝置關(guān)閉防煙門。為了防止防煙門關(guān)閉影響現(xiàn)場疏散，防煙門內(nèi)外側(cè)均設(shè)置開門按鈕，其控制信號具有最高優(yōu)先級，可以使遠(yuǎn)程關(guān)閉的防煙門打開并保持20 s（具體時間可以設(shè)定），人員通過后再次關(guān)閉，優(yōu)先保證人員疏散。

4.3 火災(zāi)報警系統(tǒng)-環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動

FAS系統(tǒng)探測器檢測到火災(zāi)發(fā)生，發(fā)送火災(zāi)信號給統(tǒng)一管理平臺，統(tǒng)一管理平臺向環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)控制命令，根據(jù)預(yù)先定義的通風(fēng)模式開關(guān)風(fēng)閥及風(fēng)機(jī)，限制現(xiàn)場煙氣擴(kuò)散，保障人員及設(shè)備安全。

4.4 火災(zāi)報警系統(tǒng)-視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動

視頻監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)防火分區(qū)的劃分范圍，對區(qū)域內(nèi)的攝像頭進(jìn)行組合，由區(qū)域內(nèi)的全部攝像頭畫面定義該區(qū)域的視頻監(jiān)控火災(zāi)場景。統(tǒng)一管理平臺收到FAS系統(tǒng)發(fā)出的火災(zāi)報警信息，根據(jù)報文中的區(qū)域字段，調(diào)用視頻監(jiān)控區(qū)域的火災(zāi)場景。視頻監(jiān)控可以自動切換大屏幕畫面展示火災(zāi)報警區(qū)域全部攝像頭，便于值班人員快速判斷火情，及時進(jìn)行處置。

5 平臺及設(shè)備選型注意事項

5.1 視頻監(jiān)控設(shè)備建議

因管廊內(nèi)部普遍為狹長形空間，無法發(fā)揮云臺攝像機(jī)轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)的優(yōu)勢，固定攝像機(jī)從成本及清晰度上更具優(yōu)勢，適當(dāng)提高固定攝像機(jī)占比有助減少項目成本。攝像頭數(shù)量方面，需要確保關(guān)鍵區(qū)域全覆蓋，針對照明條件不好的區(qū)域，選用紅外攝像頭提供清晰的監(jiān)控圖像。

5.2 入侵檢測設(shè)備建議

入侵檢測設(shè)備選用靈敏度高且不容易誤觸發(fā)的設(shè)備，應(yīng)具有紅外及超聲探測多種方式，安裝高度及朝向需要結(jié)合現(xiàn)場實際情況調(diào)整。

5.3 統(tǒng)一管理平臺建議

統(tǒng)一管理平臺應(yīng)該采用較為成熟的平臺，最好具有多個實施案例。平臺需要支持多種接口接入，支持主流的各類接口協(xié)議，避免因接口不匹配進(jìn)行二次開發(fā)。統(tǒng)一管理平臺與子系統(tǒng)接口協(xié)議建議優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)接口協(xié)議，減少前期對接工作量，便于后續(xù)擴(kuò)容及日常維護(hù)。

6 結(jié)語

不同的綜合管廊因其地理位置、承載的管道種類等各種因素差異而具有獨特性，綜合管廊報警及監(jiān)控系統(tǒng)包含的子系統(tǒng)存在普遍差異。統(tǒng)一管理平臺作為報警及監(jiān)控系統(tǒng)與使用人員交互的接口，其界面及功能設(shè)計在不同的綜合管廊環(huán)境下具有一定普適性。本研究以某管廊報警及監(jiān)控系統(tǒng)具體實施方案為例，闡述統(tǒng)一管理平臺與其他子系統(tǒng)的接口功能實現(xiàn)，為其他綜合管廊的報警及監(jiān)控系統(tǒng)功能實現(xiàn)提供參考。