城市地下综合管廊自动化监控系统分析

代义德，薛鹏

（广州广钢金业集团有限公司，广东 广州 510380）

城市地下综合管廊自动化监控系统分析

代义德，薛鹏

（广州广钢金业集团有限公司，广东 广州 510380）

城市地下综合管廊作为高度集约的管线工程被越来越多的应用到城市规划建设当中来，为了保障城市地下综合管廊的长期可靠运行，在管廊内布置了各类设备设施，组成了综合性的自动化监控系统，实现全天候不间断的监视与运行操作，从而达到监控、预警、安全防范的作用。本文对综合管廊的自动化监控系统进行了详细介绍，阐述了综合管廊自动化系统的组成和功能。

城市；综合管廊；自动化监控

综合管廊是目前世界发达城市普遍采用的市政基础工程，是一种集约度高、科学性强的城市综合管线工程。目前在用的综合管廊布置了各类能源管线，包括高中低压的电力电缆、各类通信电缆、冷热供水、供气管线等，部分大型管廊承担着一个城区几乎所有的电力、热力、供水、通讯所需，基于此，综合管廊的安全可靠运行就显得尤为重要。综合管廊自动化监控系统就是为了保障综合管廊的长期平稳运行，提供良好的运行环境，同时实时监测管廊的运行状态而设计的，包含照明、通风、排水、环境监控、视频监控、消防报警、智能巡视等设备或系统。从运行平台上划分，综合管廊的自动化监控系统又可分为视频监控平台、消防及报警联动平台、设备运行监视与控制平台及智能巡检平台。本文根据当前综合管廊的实际运行情况，介绍了自动化监控系统的组成和功能，对可以优化的部分提出一些建议。

1 城市地下综合管廊结构和布局

综合管廊的结构主体以预制的钢筋混凝土为主，单仓呈“口”字型，一般十米左右为一段，将各个段拼接起来，构成长距离的综合管廊。综合管廊置于地下，为了不对城市的建设造成影响，更多的将管廊布置在公路中间的绿化带下。根据舱室的不同，管廊分为单舱、双舱、三舱、四舱和特殊结构舱等，目前国内最多已经做到七舱。各个舱室之间相对独立，用以布置不同的管线。管廊的结构和布局示意图如图1。

综合管廊根据不同的需要，可以布置中高压电力电缆、低压电力电缆、通信电缆、供水管道、排水管道、热力管道、天然气管道等。由于不同的管线对运行环境的要求不同，所以大型管廊将不同的管线布置在不同的舱室内进行物理空间隔离，将运行环境相似的管线布置在同一个舱室内。新规划建设的管廊将依据2015年新修订的《城市综合管廊工程技术规范》的要求进行设计和施工。

图1 综合管廊结构和布局示意图

2 综合管廊自动化监控系统的组成和功能

综合管廊处于地下，且线路较长，容易形成潮湿的环境甚至受到水浸的影响，加上管廊建设之时往往是城区建设未完之际，大量的市政和楼宇建设会导致地面沉降，对管廊的结构和设备设施造成很大的破坏，使管廊的伸缩缝破裂漏水，有时甚至引起管廊结构体断裂。另外一方面，管线设施也容易对管廊的运行造成很大的威胁，如供水、供暖管道的破裂会造成管廊内大量积水，损坏设备设施，威胁人身安全；电力电缆的损伤或过负荷会导致火灾事故的发生；天然气等易燃易爆管线会造成泄露、爆炸等极其严重的事故。管廊内也容易聚集有毒有害气体，容易出现蚊虫鼠害等情况，综合管廊的运行压力相比一般楼宇要大得多。

综合管廊的自动化监控系统就是为了应对这些运行状况而设计的一整套监控设备和子系统的总称，包括供配电系统、照明系统、通风系统、排水系统、防入侵系统、消防系统、护套环流监测系统、视频监控系统、自动巡检系统及各类传感器和设备运行所依赖的监测报警系统等。各个设备和系统之间相互独立，又彼此连接，组成了一个先进的自动化监控网络。典型的综合管廊自动化监控系统拓扑图如图2。

下面从综合管廊自动化监控系统的四个平台分别介绍其组成和功能。

2.1 综合管廊消防报警平台

为了保障综合管廊在发生火灾或爆炸事故时能及时发现并扑救火灾，需要在管廊内设置消防及报警系统，不间断监测管廊内的消防状态，在发生火灾或爆炸事故时与消防广播、风机、自动灭火装置等联动，进行人群的疏散和火灾的扑灭。

图3 典型的综合管廊消防系统示意图

综合管廊的消防报警系统有两种，一种是在每个防火分区内独立设置区域报警控制器，将感温探头、感烟探头、手动报警装置、消防广播及与风机的联动信号接入控制器。另一种采用感温光纤进行测温，现场的手动报警装置和消防广播等设备连接至消防报警系统，通过消防报警系统和光纤测温的联动，实现全程消防报警监视与控制。典型的综合管廊消防系统示意图如图3所示。

使用感温光纤的分布式测温系统除了在监测方式方面有不同之外，其他的消防报警控制类似，所具有的功能也基本一致。感温光纤的精确度达到米级，且灵敏度高、反馈及时、故障率低，施工时只需要将感温光纤布置在管廊顶部或管线上方合适的位置即可，节约空间，减少了线缆连接，是目前选择较多的一种感温探测方式。分布式感温光纤系统的示意图如图4所示。

图4 分布式感温光纤系统示意图

与消防报警系统联动的是自动灭火系统。根据《城市综合管廊工程技术规范》的要求，城市地下综合管廊必须配备自动灭火系统，但由于缺少具体的综合管廊消防规范，目前新建的综合管廊都很难通过消防验收，各大设计院也只能根据类似环境设计和布置自动灭火系统。随着城市地下综合管廊的建设规模越来越大，相信消防报警与自动灭火的相关规范和细则也会很快出台。典型的消防报警与自动灭火系统配置如图5。

2.2 综合管廊设备监视及控制平台

综合管廊的照明、通风、排水、供配电、门禁、防入侵、护套环流、环境监测等设备和系统组成了设备监视及控制平台。这个平台不仅可以监视管廊的运行状态，监控设备运行状况，还可以根据管廊的实际情况进行设备的操作，从而满足日常巡查、维护、施工作业等各种工作需要。监控平台通常以工控软件构建的监控系统为基础，通过网络连接现场的PLC或ACU来采集各类设备和传感器信息，并控制相应的操作。图6是某项目采用Wincc软件开发的监视与控制平台。

图6 某项目采用Wincc软件开发的控制平台

图5 典型的消防报警与自动灭火系统配置图

通过类似的控制平台，不仅可以控制综合管廊内照明、风机、水泵的开启和关闭，还可以实时监测防入侵系统、视频监控设备、智能巡检设备、供电设施及环境的状态及其他运行平台的工作状态，从而实现对管廊的全方位监管，在发生异常情况时及时处置。

2.3 视频监控平台

视频监控系统由网络摄像机、硬盘录像机、管理服务器、操作平台软件及其他附件组成，在每个防火分区的出入口、投料口或关键设备等位置布置监控摄像机，监控管廊内人员和设备的情况。典型的视频监控平台如图7。

图7 视频监控平台

网络技术的发展也使视频监控系统的设备更加智能化，为综合性的监控平台的打造提供了更加便利的方式，在部分融合度较高的自控平台中，已经将视频监控系统融入到设备监控与控制平台中并与防入侵和门禁系统联动。从实际运行效果来看，综合性的监控平台能展示更多的设备信息，通过一个监控终端即可实现大部分设备设施的监视与控制，更加有利于综合管廊的整体监控与紧急情况下的应急决策。

2.4 自动巡检平台-巡检机器人

综合管廊的运维一般通过人工的巡查和维护来实现，但大部分管廊距离远、管线长，单纯的人工巡查将耗费大量的人工成本且效率低下。巡检机器人的引入，将节约大量成本，提高巡查效率，同时也增加了监测手段，弥补了人工巡查中的不足。

目前国内机器人技术已经相当成熟，巡检机器人也在电站、大型生产车间或流水线上开始使用，在综合管廊里使用巡检机器人也已经有成功的案例。从技术上而言，巡检机器人的功能类似，一般配备红外高清摄像头、红外热像仪、各类温湿度和有毒有害气体传感器等，能实现现场音频的实时传输，在监控室就可以实时查看管廊内部状况，记录管线设施的运行状态。国内知名的深圳朗驰（图8）、中信重工、浙江国自、普华灵动等一大批机器人公司正瞄准城市地下综合管廊巡检机器人的巨大市场，开发符合综合管廊运行环境的巡检机器人产品，并在降低成本的同时逐步小型化、专业化，为将来综合管廊全方面的安全运行提供技术保障。

图8 深圳朗驰公司开发的综合管廊巡检机器人

3 结语

城市地下综合管廊的运营一般都超过20年，专业的自动化监控平台是管廊安全、长期、可靠运行的关键部分之一，正基于此，在综合管廊自动化监控平台的设计时，往往从工业控制的角度去考虑，更多关注长期稳定的运行，从而减少后期的维护成本，也更加注重数据的收集和分析，使监控平台从自动化向智能化、智慧化迈进。目前国内BIM技术的应用越来越广泛，将来自动化监控平台也将融合BIM技术，实现更加精准、高效的监视与控制，更加智慧化的数据处理与辅助决策，从而进一步降低综合管廊的运营成本，提高运营的安全性。

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部主编．城市综合管廊工程技术规范[S]，GB 50838-2015．北京：中国计划出版社，2015．

[2]刘海明主编．建筑工程新技术及应用[M]．江苏：江苏科学技术出版社，2016．

[3] 刘应明等编著．城市地下综合管廊工程规划与管理[M]．北京：中国建筑工业出版社，2016．

[4] 中国建筑工业出版社编．城市地下综合管廊标准汇编[M]．北京：中国建筑工业出版社，2017．

TU990

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1671-0711（2017）10（上）-0127-04