综合管廊一体化监控管理平台的总体设计

包晓琴 杨肖杭 石建义 付彩虹

(浙江快达建设安装工程集团有限公司，浙江 杭州 310000)

1 概述

我国地下基础设施建设还严重滞后于目前的城市发展速度，传统的管线埋设方式不仅造成道路的反复开挖，交通阻塞，增加了后期维护的费用，也加剧了城市地下空间的浪费。与此同时，因地下燃气管爆裂引起的灾害层出不穷，暴雨造成城市道路排水困难等问题亟待解决。为有效加快城市地下综合管廊的进程，需要通过密集分布地下管线网络的方式，来有效降低管线事故的发生率。这种处理方式可以提高城市的综合承载能力，加快城镇化的发展速度。地下综合管廊对于城市建设具有重要意义，可以防止管线破裂，杜绝反复开挖路面，有效缓解交通拥堵，解决以往综合管廊的管理混乱问题。在一定程度上改善了城市内涝引起的交通堵塞、地下空间利用率低等一系列问题。

城市地下综合管廊前期建设投入成本高、空间利用率低、后期的运营维护管理难度大[1]。因此管廊一体化监控管理平台在解决这些问题的过程中有着举足轻重的地位。通过调研国内外城市地下综合管廊，对比了各式各样的城市地下综合管廊建设管理模式，分析了我国综合管廊建设目前的状况。提出了符合我国城市地下综合管廊一体化监控管理平台的总体设计方案。国内目前地下综合管廊形式如图1所示。

2 需求分析

城市综合管廊俗称共同沟，是指城市地下建造的可容纳电力、通讯、供水、热力、燃气等市政公用管线，并拥有完备照明、监控、排水、通讯功能的隧道空间，最终按照专业的技术标准统一规划、设计、施工及后期的维修养护[2]。由此可以集约化使用地下空间，提高城市地下空间利用率，节约土地资源，改善市容市貌，提升城市的综合影响力，挖掘城市发展的潜力。

2.1 管廊监控需求

管廊综合监控管理系统设计应包括安全防范子系统、消防子系统、预警与报警子系统等一系列安全系统以及地理信息子系统、环境与设备监控子系统等管理系统。

2.2 管廊运营管理需求

综合管廊后期的养护工作应交由相关的专业单位，地下综合管廊的运营管理模式见图2。

3 系统设计思路

通过综合分析城市管廊监控管理的基本建设要求以及后期的运营维护管理要求，应同时运用多种技术解决现有问题，应有效避免因技术管理体制要求不同而同时安装多个系统的问题。

通过对管廊的结构、分布以及监控任务的综合分析，采用一体化监控系统，同时遵循城市管廊的建设思路，这样一来就可以实现在各项关键指标上获得最佳效果的目标。

3.1 综合一体化设计

城市综合管廊监控管理系统应紧紧围绕“综合一体化”的设计理念。将各个不同的分系统整合到一起，以达到提高管廊整体性能和降低成本的最终目标[4]。它们共同的部分包含一致的信息网络传输平台，适合所有物联网的综合接入设备，基于大数据和服务器系统的移动设备和用户界面等等。综合监控管理系统架构设计流程如图3所示。

城市管廊综合监控管理平台可以通过云计算融合不同架构、数据格式、管理模式的系统，而最终使它们形成统一管理的综合系统。

所谓“一体化”，主要针对管廊监控这种典型的物联网环境，在“综合”的指导思想下，连接各子系统的节点设备，并通过标准光缆的拓扑结构实现所有节点的优化连接。系统的核心设备是具备模块化、智能化、扩容性特点于一身的综合通信分站，一体化分站示意图见图4。

3.2 物联网架构设计

平台遵循“综合一体化”的建设路线，其中包括通风、供电、供水、安全防范、报警及地理信息系统等应用。系统将建立统一的传输平台、数据中心及应用平台，综合一体化建设系统具体如图5所示。

3.3 感知平台设计

城市综合管廊监控管理平台以“智能感知”为总设计方针，设计适合所有小型化且模块化的准入设备。包含城市管廊中所提及的三大应用场景的设计：监测、控制和通讯。

3.3.1 监控类

监控需要实现：地表沉降、环境参数如温度、湿度的在线监测；设备如通风、排水、电气等工作状态的在线监测；以及与其他专业监控系统如火灾报警、通风、供电等设备的监管[3]。

如图6所示，监控类系统的物理连接由数字信号模拟和信号接口模块构成。接口模块实现信号的接收并经系统转换成其他信号，由以太网传输数据至总服务器，实现应用类场景的监测。

3.3.2 控制类

控制需要实现对通风、电气、排水等设备的管理控制，包括手动、自动及远程控制三大类别[3]。具体示意如图7所示。

控制类的物理系统连接主要包括参数输入以及信号的转换输出两大类别。系统主要由自动化模块构成，提供继电器型、晶体和晶闸管型输出三种典型的输出控制方式。

3.3.3 通讯类

通讯类主要完成通信固定式和无线对讲的系统整体建设[3]。

通讯类系统主要通过电话交换系统的语音通讯技术来实现，具体流程如图8所示。固定式通信系统可以实现语音调配、远程视频通讯等功能的自由切换；无线远程对讲系统使用WiFi通讯模块并提供远程接入模式，在WiFi终端或语音对讲的手机APP软件基础之上实现无障碍通讯。

3.4 传输平台设计

城市综合管廊监控管理传输平台主要由信号交换机和通信分站组成。根据管廊的结构特点以及各设备的分布情况，可拓扑为每个网络节点。综合通信分站具有多功能业务的特点且可以实现数据交换的功能。任意数量的综合交换机和通信分站的随意组合，都极大简化了系统网络的设计和管理，在逻辑上都等同于一台交换机。

在系统网络的基础之上建立网络管理协议制度，以实现对整个网络的快速拓扑构建、故障定位及诊断、节点检索功能，网络拓扑的具体方式如图9所示。此外，每个模块组件均采用独立的CPU从而实现模块的智能化管理运营。系统能实现全网络、智能化端口管理，并具有可视化功能。综合一体化传输平台由监控节点及其网络管理组成。

3.5 数据中心设计

数据中心是整个监控系统的根本所在，秉承“应用性分布、存储集中化”的设计理念，自主负责建设和维护机房的信息化运营，集中存储所有收集的系统数据。随着云存储、云计算等一系列新技术在其他领域的高速发展，数据中心未来的建设也应朝着“云端存储”的理念发展。由于前期技术开发不够完善，可租用云存储公共计算平台。随着后期业务量的不断增多，数据分析、计算等进一步开发、挖掘，可同时采用区域化、业务区别化等方式建立数据私有云中心，为整个城市管廊的后期运营维护提供强有力的技术支撑。

4 结语

城市化进程正如火如荼地深入，与之相关的管线布置问题也日渐凸显。作为地下管线布防形式之一，城市配备的综合管廊可在根本上改进不规范的管线铺设方式。从长远视角来看，综合管廊一体化监控管理平台表现出其他形式所不具备的全方位优势，大大方便了城市管廊的集中管理，同时也达到未来建设高质量城区要求。目前，有关建设综合管廊平台的资料仍旧匮乏，有待长足的不断改善。在未来的实践中，应继续摸索并归纳平台建立的珍贵经验，以提升城市整体管线布置的品质。