智慧综合管廊监控与报警系统的关键技术

蔡晓坚

摘要：城市地下“综合管廊”（又名共同沟、共通管道、综合管沟）是指利用城市地下空间建造的集约化的隧道空间，将分散独立埋设在地下或架空的电力电缆、通信电缆、热力管线、给水管线、中水管线、排水管线、燃气管线等各种市政管线或公用管线部分或全部集中在一体实行“统一规划、统一建设、统一管理”。为保证综合管廊的安全运行，有必要在综合管廊内建设现代化监控与报警系统，借助多种自动化、信息化技术手段，能够有效地提升综合管廊的运行管理水平。

关键词：智慧综合管廊监控；报警系统；关键技术

引言

智慧城市建设在全国各地都开展的如火如荼，避免“拉链”马路、提高地下空间的利用率的综合管廊对我国智慧城市发展必将起到巨大的推动作用。为了保证综合管廊内的设备有效安全的运行，在管廊中需要设置众多的安全监控防护系统。

1综合管廊的基本特点

（1）公用隧道空间。即在隧道空间容纳多种专业工程管线。且地下隧道空间的环境有一定的特殊性（易积水或产生一些有害气体等），故综合管廊监控与报警系统应具备环境适应性。（2）城市生命线。纳入综合管廊的专业工程管线有很大一部分是主干管线，如主干水管、35kV以上高压输电线路。这些管线的服务范围是一个或若干个区域，如果容纳这些管线的综合管廊发生事故，管线停运造成的影响非常大。因此，综合管廊对城市的安全运行至关重要，须适当地提高综合管廊监控与报警系统标准。（3）少人场所。综合管廊内平时处于无人状态，且进入综合管廊的人员是专业检修维护人员。因此，综合管廊内设置的监控与报警系统不应套用公共建筑物相关系统，应重点考虑管线的安全运行，并兼顾必要的人员保护措施。

2设计思路

综合管廊是以运行管理单位为主，各专业管线单位共同参与管理的特殊场所。综合管廊监控与报警系统大致分为3层结构：设备层（现场各大安全监控防护系统）、网络传输层（信息网络中心）以及管控层（统一管理平台系统）。统一管理平台系统可集成、交叉管理综合管廊本体及专业管线运行信息，实现综合管廊运行管理单位与专业管线单位的信息互通。打造充满智慧的综合管廊监控与报警系统除了具有基本的信息共享和互通外，还需要具有自动化、可控化、可量化、可视化的要求，且应与人员日常巡检、应急处置等管理手段相结合。设备层通过信息网络中心传递数据至管控层，实现自动监控，还可通过信息网络中心实现数据交互，系统间联动，自动启动相关设备，管控层可预见性的决策和行动，自动化的工作流程减少事故发生，实现综合管廊监控与报警系统的“自动化”。管控层具有动态大数据平台，集中化、全息化进行展示，掌握设施设备数据，管控设施设备全生命周期，实现综合管廊监控与报警系统的“可视化”。设备层数据的描述和预测可量化，智能运营维护管理绩效考核可量化，众多品牌相互兼容、各系统集成与融合、协议与接口标准可量化，可有效的实现综合管廊监控与报警系统的“可量化”。设施设备全生命周期、成本可控以及设备状态可管控这一设计目标可实现综合管廊监控与报警系统的“可控化”。

3关键技术

3.1工业以太网技术

綜合管廊监控与报警系统是一个综合性较强系统，包括环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、预警与报警系统、地理信息系统等，各系统之间很容易形成信息孤岛的局面。利用工业以太网技术，构建千兆工业以太网或光纤环网，各系统包含的各功能模块可统一通过数据信息网络中心实现数据交互，有效的解决信息孤岛的难题。实现智能化监控和管理。譬如，环境与设备监控系统包括温湿度传感器、水位计、氧气传感器、甲烷传感器、气体检测仪、风机和摄像头等数据采集设备，并通过一系列监控设备对综合管廊的公共环境进行监测。当环境不能满足管线运行要求、人员进入要求时，可通过数据信息网络中心实现数据交互，自动启动相关设备，使环境恢复到正常状态。当环境内产生有害气体时，经信息交互及联动控制可启动风机排除有害气体。入侵报警系统包括通风口感应探测器和红外报警装置。当有人想要进入管廊中心时，感应探测器会将感应到的信息通过数据信息网络中心传递到管控系统并引发红外报警装置报警。工业以太网技术的应用和有效方案的实施，可以成功解决系统中众多品牌相互兼容、各系统集成与融合、协议与接口标准不统一的问题，实现环境与设备监控、安全防范以及预警和报警等系统的信息互通和联动。

3.2大数据技术

物联网和人工智能之所以能取得突飞猛进的进展，不能不说是因为这些年来大数据长足发展的结果。正是由于各类感应器和数据采集技术的发展，综合管廊监控与报警系统开始拥有以往难以想象的海量数据。大数据技术是在海量、种类繁多的数据间发现其内在关联，通过对大量、动态、持续的数据进行分析和预测，从而实现综合管廊的远程在线监控、智能运营维护以及报警响应的实时化、精确化、智能化。利用大数据技术，通过分析积累的监测传感数据，可做故障点预判、廊内人员异常行为分析、新建项目部署规划等增值业务。大数据技术的应用可提高系统的应变性，满足管廊智慧运营的需求。

3.3BIM+技术

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术是基于三维建筑模型的信息集成和管理技术，是工程行业数字化的依托。

在综合管廊中应用BIM技术，实现管廊管廊空间以及设施设备三维呈现，地下管廊精确分布位置，管廊所有出入/通风/投料口精确定位与查询，既可总览全局，又可从主要参数逐级导航到设备详细参数。采用“BIM+GIS”三维数字化技术，将现状地下管线、建筑物及周边环境三维数字化建模，形成动态大数据平台。在此基础上，将综合管廊、管线及道路等建设信息输入，以指导综合管廊的设计、施工和后期运营管理。

业务数据与BIM技术进行有效融合可以有效提升数据的可视化管理水平，降低人因失误风险。监控人员可以根据现场感知的可视化数据和业务流程干预设备的控制，并在事故状态中进行快速评估和决策，减小事故的危害程度。BIM技术也有利于对综合管廊进行全寿命周期运维管理，提供长期动态有效的数据和技术支撑。

3.4巡检机器人技术

传统的管廊人工巡检方式存在劳动强度大、危险性较高、巡检内容重复枯燥导致人员注意力不集中而出现丢失数据等状况，机器人巡检可有效杜绝以上问题，可精准执行巡检任务，同时在灾后处置方面更有不可替代的优势。

当前巡检机器人主要成熟应用功能有基于遥控巡检、自动巡检模式下的移动高清视频监控（可见光和红外热成像视频监控）和综合管廊环境移动监测（CH4、H2S、02、C0等）功能。

现有巡检机器人创新功能有应急消防处置、综合管廊结构健康监测、设备红外热缺陷智能诊断等。当前巡检机器人的创新功能在综合管廊智慧管控运营中应用的有效性有待进一步论证，但在未来随着机器人技术的提高，管廊运维风险的增加，机器人巡检将成为综合管廊巡检的主流方式。实现上述创新功能的软硬件系统的工程化、工业化程度（长时间可靠运行的稳定系）有待进一步提升。随着巡检机器人功能的进一步提升完善，巡检机器人的创新功能有望在工程应用中获得认可，巡检机器人也有机会成为综合管廊智慧管控运营的关键子系统。

3.5火灾探测报警技术

综合管廊内的主要火灾风险源为入廊的高压电力电缆，尤其是电缆接头部位，其火灾特性为火灾发展迅速、可产生大量热、烟和火焰辐射，根据其特性，结合管廊内结构、环境特点等，为了达到对火灾尽早发现并及时处置、在火灾发生后可使灭火系统及其他联动设备可靠动作，且避免因其他因素，在火灾未发生情况下误启动自动滅火装置等目的，火灾探测器的选择与配合尤为关键。

目前常用的管廊内火灾探测器类型，其火灾探测时效性基本为感烟>感温>火焰，而火灾探测准确性则为火焰>感温>感烟，为了在火灾初期快速探测并报警，通常需在具有火灾风险的综合管廊舱室内设置感烟探测器，需联动启动自动灭火装置时另外设置感温或火焰探测器。

由于管廊处于地下，环境较恶劣，尤其在沿海地区存在湿度较大、粉尘较多等情况，部分火灾探测器在实际应用过程中发生设备损坏率及误报率较高等情况，通过近些年来综合管廊的持续建设、相关配套标准的制定及行业自身的发展，管廊内火灾探测器的环境适应性及可靠性方面已有有效提升，并通过采用防尘防潮型设备、复合探测装置、优化布置形式等，使火灾自动报警系统可靠性有进一步提升，保障管廊、管线及人员安全。

结语

在实际设计过程中，宜结合管廊规模、管线类型、区域内管廊管理模式等因素，综合设计监控和报警系统方案，以提升管廊信息化程度，降低综合管廊运维人员作业风险和运维成本，提高综合管廊运维的安全与智慧化水平

参考文献

[1]刘应明.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，2016：142-151.

[2]朱雪明.世博园区综合管廊监控系统的设计[J].现代建筑电气，2017（4）：21-25.