城市綜合管廊環境與設備監控系統施工技術研究

周王飛，謝旭峰，王如，湯川川，尚應帥

（中鐵四局集團第一工程有限公司，安徽 合肥 230000）

隨著我國經濟的迅速發展，對于大中城市的規劃建設愈發密集，甚至部分城市患上“城市病”，受到了地上電網、電桿的彌補形成以及地下管線更新、故障等因素的影響，需反復挖開地面，不僅影響城市建設用地與市容市貌，同時也帶來了高昂的施工成本與巨大的施工隱患。綜合管廊是以集約化設計作為規劃理念，可對于市政管線進行統一化管理，城市規劃中地下綜合管廊建設可滿足城市對于新道路的功能要求，有利于市政管線的維護與保養，強化城市的綜合承載力，也大大提升城市的服務水平。一旦綜合管廊結構出現較大變形無法及時修復時，將會影響內部管網的正常應用，導致管線出現損壞大大增加火災、爆炸等安全事故的發生概率。城市綜合管廊環境與設備監控系統的設計應用，能夠大大提升管線安全運行效率，大大降低安全風險發生概率。

1 項目概述

1.1 項目簡述

LP 地下綜合管廊工程項目全長供給3km，共分為三艙分別是電力艙、熱力水信艙以及天然氣艙。環境與設備監控系統主機放置在分控中心，對于各個區域進行管控的設備放置在風機房內。LP 地下綜合管廊工程內所收容的管線種類相對較多，且大部分的管道具備危險性特征，在應用期間極易出現觸電、有毒有害氣體泄漏以及爆炸性氣體泄漏的情況，影響綜合管廊的安全應用，因此，環境與設備監控系統的安全對于安全事故的預防有著重要的意義。

1.2 綜合管廊病害特征

地下綜合管廊作為城市生命線工程項目，對于整個城市發展均有著極大的影響，但LP 地下綜合管廊工程的管廊跨度大、軸向剛度低，在運行過程中極易受到地質條件與外界環境的影響，因此極易引發次生災害的出現，繼而給LP 地下綜合管廊工程項目帶來極大的利益損傷。

（1）不均性沉降。LP 地下綜合管廊工程修建于淺層地下，廊體狹長且采取分段拼接方法鋪設完成，極易受到水文地質條件以及周邊人類活動的影響，繼而導致廊體結構出現不均性的沉降。

（2）裂縫。LP 地下綜合管廊工程主要采取多段管廊拼接的施工方法，一旦管廊出現廊體剛度分布不均勻，繼而產生裂縫。同時，在水體以及其他類型腐蝕性物質的影響下，廊體也將會出現腐蝕裂縫。

（3）收斂變形。管廊隧道在開挖掘進期間，挖掘區域周邊土地將會出現地應力重分布，隧道表面土地向隧道洞收攏變形，這一變形趨勢也被稱為管廊收斂。LP地下綜合管廊工程的收斂變形程度受到管廊尺寸、巖體成分以及挖掘方法等因素的影響。

2 環境與設備監控系統施工技術應用

2.1 管廊環境監控技術應用

管廊環境主要包含濕度、溫度、有害氣體、水泵、風機等相關內容，環境監控主要是對以上內容進行檢測。管廊內部本身是相對封閉的空間，能夠設置的逃生出口有限，只有保證管廊內部有害氣體、溫度以及濕度等內容的安全性，才能允許檢查維護人員進入管廊內部。監控系統的設計應用能給確保管廊環境的安全性，當廊內氧氣過低以及溫度濕度過高的情況下，監測系統將會自動發出警報并開啟通風設備，并強行進行換氣處理，讓積水坑的水位過高時也會發出警報，并立刻停止排水泵的運行。

2.2 火災監控技術應用

火災監控技術主要應用光纖測溫機以及感溫光纖等作為管廊的火災檢測裝置。測溫光纖主要負責確定火災發生的具體位置，并將相關信息直接傳輸給光纖測溫主機。測溫光纖主機設計應用的任務主要是將火災的發生位置、溫度以及報警型號直接傳輸給火災報警裝置，而火災報警系統再發動消防聯動信號。同時，在部分管廊內部設置感溫光纖測溫的火災監測裝置，感溫裝置能夠感受阻燃與耐火的電力電纜。

2.3 傳輸主干網設計應用

為了能夠構建一個安全可靠的通信通道，可將管廊內部的PLC 控制器、門禁監控系統以及巡更管理系統等與監控中心構建傳輸主干網，充分結合綜合管廊的特點與走向，設置兩個千兆光纖環網的傳輸主干網，同時，需要設置兩臺S9700 的核心層交換機，在項目施工現場設置120 臺的S2700 接入層交換機，并創建安全可靠的通信通道。

2.4 安防技術應用

在綜合管廊項目的投料口以及機械通風口位置設置防入侵系統，借助傳感器技術以及電子信息技術進行探測，針對非法進入以及意圖非法進入設防區域行為進行指示，及時處理報警信息、發出警報。同時也可在投料口以及機械通風口設置紅外對射探測器，幫助系統自動事兒別非法侵入的數據信息，經過探測器的準確判斷后，將相關數據信息直接創術給報警控制系統，繼而發出相應的報警信號。此外，入侵的片段也會直接傳送至指揮調度中心的模擬顯示器，詳細化記錄入侵時間與地點，而報警信息也能直接傳送至指揮調度中心，自動在中心顯示屏內顯示入侵區域的視頻信號。

2.5 聯動控制技術應用

排風機自動系統的設計應用可根據市場溫度自行開啟通風機，在24h 內自動完成通風工作。自控系統可在人員進入管廊內部自動提前通風換氣，最大程度保障技術人員的個人安全。與此同時，也能根據火災報警系統以及燃氣探測報警系統的各項需求，自動化控制通風排風機的安全運行，如若發生排風機系統與火災報警系統同時作用的情況下，火災報警系統將會優先動作。

在進行集水坑位運行管控方面，消防系統設計可在集水坑內安裝壓差液位計，集水坑位的具體水位信息、排水泵啟、停、故障等狀態可顯示在監控中心的顯示屏中。排水泵自動系統也具備自動控制與現場手動控制能力，而照明開關與聲光報警信號的主要價值作用是在防火分區報警與其他報警裝置響起后，該裝置也會自動打開該區域的照明裝置，同時利用自控系統向監控中心發出相應的警報，借由遠程控制措施來開關電控井蓋。

2.6 燃氣探測報警技術應用

綜合管廊項目中的燃氣探測報警技術主要設置在燃氣監控工作站以及燃氣探測報警主機，管廊中的燃氣倉需要設計氣體報警系統、聲光報警系統、燃氣探測器等部分構成。燃氣倉每個防火分區擁有一臺探測儀控制箱，在其中布置氣體報警控制器，收集現場燃氣探測器的信息充分顯示出現。每個探測器以及控制器均有自動報警裝置，在燃氣探測器檢測值燃氣濃度達到報警要求后，將會立即發出警報信號，監控中心可收到報警信息與檢測燃氣濃度值。

氣體報警控制器運行流程，為天然氣管艙內的天然氣濃度值達到可預報值時，管理系統將會啟動燃氣事故區域以及相鄰區域的排風機以及送風機，有效降低天然氣濃度，同時也可將報警信號直接傳輸至火災自動報警系統的控制器。燃氣探測器與聲光報警系統需要按照總線連接至分區氣體的報警控制器，同時，在燃氣管道的連接區域以及閥門區域等安裝燃氣探測器，每間隔15m安裝探測器。聲光探測器需要安裝防火分區，兩端的距離需要低于15m，且每間隔30m 安裝聲光報警器。

2.7 消防聯動技術應用

自動狀態下所設計的消防安全系統，能夠借助火災檢測裝置在檢測到火災的第一時間內啟動事先編制好的消防方案，積極開展消防設備的管理工作，如果切斷非消防電源時，需要先啟動排風機進行排煙并開啟滅火裝置。在手動狀態下相關人員則需要在確定火災具體情況后啟動消防員，有效管控消防設備，手動控制相關報警設備與消防設備的開關。

3 城市綜合管廊結構安全監控系統設計

3.1 監控系統設計

城市綜合管廊結構安全監控系統設計應用階段，施工人員需要在管廊結構布設智能傳感器，對于結構主體以及管廊主要構件收斂變形、裂縫開展以及不均勻沉降等病害信息進行實時監測，借助數據采集終端以及通信技術實時數據信息的自動化采集與傳輸。云端可結合管廊及其他監測系統所采集的各類型信息數據進行整理，借助海量異構數據信息實時綜合性的分析評估作業，實現管廊結構全生命周期的安全監測與監測數據實時可視化，在綜合管廊發生破壞前及時發布報警預警信息。城市綜合管廊結構安全監控系統架構包含數據感知、數據傳輸、云平臺以及數據管理應用四個方面。

城市綜合管廊結構安全監控系統架構設計如圖1所示。

圖1 城市綜合管廊結構安全監控系統架構

3.2 數據感知模塊設計

這一模塊設計主要通過各種類型智能傳感器以及檢測儀器設備，對于管廊主體結構中可能存在的收斂變形、裂縫開展以及管片錯動等病害進行自動化測量，對于管廊結構的變化情況進行實時感知。同時，需要結合監控系統當中的智能巡檢模塊，而日常巡檢工作人員需要借助智能巡檢模塊，而日常巡檢工作人員則可以通過應用工業智能機并借助智能巡檢APP 任務驅動式方法開展巡檢作業。對于施工現場中的管廊結構信息、管線工作情況、廊內運營以及周邊環境等情況進行無紙化記錄采集，借助照片直觀了解管廊結構的主要損傷情況。與此同時，可通過定期利用三維激光掃描儀全面掃描管廊內部的斷面情況，借助海量點云數據實現管廊結構的三維重建。此外，需要將各種類型的數據信息匯集至綜合數據采集儀中，利用通信模塊將監測到的信息直接上傳至互聯網平臺。

3.3 數據傳輸模塊設計

這一模塊設計是將感知模塊中的各類檢測數據信息實時傳送至互聯網平臺中，繼而實現施工現場與遠程監控中心間數據信息的全時段互聯互通?，F場傳感器主要采用Modbus 協議，將RS485 物理層與監測數據綜合采集儀的有效連接，通過DTU 將串口數據轉換成為IP 數據實現監測數據。從綜合管廊的工程特點來看，針對通信條件不佳的管段，是無法確保數據傳輸的有效性與實效性，需要進一步加強數據傳輸模塊的通信能力。如可采取光纖光纜串聯信號中繼器的方法，將信號直接引至管廊檢測井、通風口等地。

3.4 云平臺設計

利用海量的IT 資源池構成的云平臺虛擬服務器，繼而實現監控系統的云上搭建運行。針對綜合管廊線路長以及覆蓋面積廣泛的特征，需要憑借云平臺彈性可擴展的應用優勢，充分滿足未來對于安全監控系統中等各項功能增減的需求，實現與其他管廊監測系統有效融合。與此同時，可利用云平臺強大的數據計算與處理能力，根據不同模型算法對各種類型的檢測數據進行自動化處理，繼而獲得直觀性、連續性的管廊結構病害變化信息線圖，借助海量點云掃描數據可生成管廊全斷面三維模型。此外，云平臺系統設計包含項目管理、測點控制、預報警值設置以及巡檢記錄等功能子模塊以及自動預報警功能。所設計的云平臺能夠對海量檢測數據進行存儲與歸檔，大數據信息檔案不僅能夠滿足管廊安全運維日常監控需求，幫助監控工作人員全面性分析與評估管廊結構。

3.5 數據管理與應用模塊設計

這一模塊設計包含管廊安全可視化監控、系統管理、數據下載、信息查詢以及預報警信息等子系統。監控人員可利用各種客戶端來登錄云平臺，隨時隨地了解管廊結構的最新安全動態，滿足管理人員快速查詢以及下載管廊安全評估所需數據信息的需求，繼而一鍵獲取圖文并茂的檢測報告。與此同時，管理人員也可在管廊結構發生異常的第一時間內獲取相關的預警信息，及時采取相應的管理措施，有效防止安全事故的產生。此外，監控人員也可基于項目檢測需求以及可能出現的突發狀況，繼而滿足現場感知模塊以及巡檢人員的交互需求。

4 結語

總而言之，城市綜合管廊是城市建設發展的生命線，城市綜合管廊環境與設備監控系統設計可充分滿足綠色化與智能化發展趨勢，全面提升對于管廊環境、設備以及結構的監管效率，實現對城市綜合管廊的智能化管理。