城市综合管廊监控与报警系统信息化技术应用

□ 文/徐林

随着城市经济的快速发展，城市公共设施管线资源越来越紧缺，城市公共水、电、燃气等居民耐以生活的基础公共资源基础建设也矛盾凸显，为了集约资源用地，提高城市管线工程建设安全与规范，统筹安排城市工程管线在城市综合管廊内敷设，越来越多的城市开始建设城市地下综合公共管廊。管廊内部不仅可以整合维持城市功能的自来水、煤气、电力、通信管线，而且管廊为了满足自身运营功能使用的动力、照明、排水等设备也比较繁多，无论是管线出现故障，还是自身满足运营管理设备出现故障，都将造成管廊功能瘫痪风险，因此运用信息化技术对城市综合管廊进行管理意义重大。

2015年，我国制定并执行《城市综合管廊工程技术规范》，提出城市综合管廊的设计、建设应遵循“规范先行、适度超前、因地制宜、统筹兼顾”的原则。其中，定义管廊附属设施包括七项分部工程系统，包括消防系统、通风系统、供电系统、照明系统、监控与报警系统、排水系统及标识系统。“监控与报警系统”投资额虽然占整体管廊建设的比例不大，但其技术含量要求高，实现功能在管廊日常运营管理中非常重要，是对整个城市综合管廊监控、管理、运营、维护结合起来的一个主要系统工程。

监控与报警系统现状及需求分析

系统现状

现在在建的大多数城市综合管廊监控与报警系统，由于依靠环境与设备监控、安全防范、通信、预警与报警、地理信息等多个不同功能的系统，或者由于产品提供来自不同的厂商，在数据交换中没有一个统一的标准，因此造成接口众多、访问性差，容易形成一个个的“信息孤岛”：

（1）多头管理、分散操作易产生各种问题，同时导致市政设施管理的运维监测监控能力、应急调度指挥能力、综合业务能力很难提高；

（2）传统监控采用人工管理模式，运营管理成本高，管理水平与管理质量也无法得到有力保障；

（3）大部分建设单位在建设时没有考虑后期运维管理，导致在运维期存在很多问题无法妥善解决，给管廊的管理带来很大困难。

需求分析

面对综合管廊监控与报警系统现在所面临的状况，以下几方面的需求可以作为我们日后建设管廊项目的借鉴：

（1）建设管廊综合监控运营一体化平台，深度集成管廊内监控与报警系统中各子系统功能，确保管廊内管线及操控设备能正常运转。综合监控运营一体化平台就是整个管廊安全管控系统的神经中枢，通过自动化监控设备，将管廊内的信息数据实时传输至平台，使管理人员可以随时掌握管廊内情况。

（2）建立完善的预警、报警机制，通过各设备之间的有效联动解决城市管廊设施遭受人为破坏的隐患，并在发生事故时能迅速反应处理，保障管廊内的通风、照明、排水、防火、通信等设备的正常运转，并实时收集在运行设备的状态信号，故障设备信号报警，在一体化平台上直观准确定位故障设备位置。

贯彻建、管、运、养一体化的全生命周期项目思维，在监控与报警系统建设时期充分考虑到后期运维管理可能存在的种种问题，保障综合管廊完整的全寿命周期。

《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》（国办发〔2014〕27号）中提出，各城市要在普查的基础上建立地下管线综合管理信息系统，满足城市规划、建设、运行和应急等工作需要。综合管理信息系统和专业管线信息系统应按照统一的数据标准，实现信息的即时交换、共建共享、动态更新。推进综合管理信息系统与数字化城市管理系统、智慧城市融合。充分利用信息资源，做好工程规划、施工建设、运营维护、应急防灾、公共服务等工作，因此在工程建设规划和管理施工许可时，必须以综合管理信息系统为依据，提高效率，降低成本。

综合监控与报警系统信息化技术运用

综合管廊监控与报警系统是一个综合性非常强的管控系统。各系统之间由于技术体系和接口协议不统一，采用的标准各异，导致直接接入难以兼容互通，这不仅需要兼顾环境与设备监控、通信联络、信息管理等需求，而且还要兼顾安全防范等方面对图像监控的需求，同时还需要考虑报警、门禁等配套系统的集成以及与广播系统的联动，因此在这些系统的互联互通过程中必然会出现系统异构的信息孤岛问题。

要打破信息孤岛的局面，复杂异构方式的监控报警系统需要解决不同厂商、不同产品的兼容和多个系统相互接入集成的问题，需要考虑到平台的网络接入和资源信息的开发方式，还需要立足大型联网用户的角度去设计，把握好互联与共享的原则。

整体架构与方案

综合管廊是综合管廊运行管理单位为主导，各专业管线单位负责所属设备设施运行安全，各家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4层结构：应用层（包括管廊综合监控运营一体化平台及结构监测系统、安全防范系统、环境与设备监控系统、通信系统、入侵与定位系统和火灾报警系统等，各系统间可以实现有效联动）、业务逻辑层（实现报警生成与确认、通知消息的生成发送、数据分析统计、数据归档和报表生成）、数据访问层（数据访问、数据转发、数据存储和数据库操作等）和设备层（包括各子系统对应的具体设备）。系统整体架构如下图所示。

▲图1 综合管廊监控与报警系统整体架构

综合监控运营一体化平台

综合管廊的综合监控运营一体化平台是将管廊内的结构监测系统、环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统、入侵与定位系统以及信息采集与联动控制有机地结合在统一的监控平台上，实现对管廊内部设备的远程管理与控制。平台集成设备种类完全覆盖自动化、智能化全部领域，无缝集成各种多源异构系统，实现数据共享、综合联动，并具有高度一体化人机操作界面，通过监控平台，我们主要可以实现以下功能：

基于GIS/BIM的展示与管理：直观查看管廊内，入廊管网和设备设施的分布情况、各出口的位置和安装在管廊内部附属设施的位置；将BIM技术全面应用于综合管廊的设计、施工、运维的全生命过程中，通过方案模拟、深化设计、管线综合、资源配置、进度优化等应用，避免设计错误及施工返工，能够取得良好的经济、工期效益，最后实现GIS+BIM的一体化运营管理平台界面，直观、高效；

管线资产管理：通过建立管线及附属设备的资产管理系统，实现对综合管廊内，入廊管网及设备设施的数量、种类、权属单位、建设单位、管理单位信息管理，明确各方职责，提高经济管理效率；

安全管理：消除用户身份和权限管理上的重复和冗余，有利于实现用户身份和权限管理的制度化、规范化，简化对不同系统的重复登录；

数据管理：统一存储各类结构化和非结构数据，充分挖掘数据价值，为其他应用提供数据支撑；

运维管理：保障管线安全运行，减少人员巡检频次，更有针对性的检查和管理；通过数据的采集、分析提前预知现场设备及管线的运行状态，及时维修跟换，避免重大事故的发生。

设备联动与报警

当管廊内发生紧急事件时，管廊设备应能够及时联动响应，保障管廊内管线资产的安全。以火灾事件为例：

消防联动：探测器发出检测信号，报警装置联动视频系统，跳出该防区的视频画面，确认报警；

联动排烟/气系统：每段防火分区设置有排风及排烟/气系统，正常时用于排风；当确认探测到火灾/可燃气体时，监控平台可通过多功能基站传输指令实现远程启动风机排烟/气，到温度达到火灾规定强切要求时，风机断电，防火阀关闭；

联动电源：灾情探测信息确认后，监控平台可通过多功能基站进行指令传输以切断非消防电源；

联动广播系统：灾情探测信息确认后，监控平台启动广播切换模块进行灾情信息广播，特别针对灾情确认区、相邻分区进行广播疏散；

联动电话系统：监控平台可启动专用模块与任一广播基站通话；现场任一广播基站或电话通过监控平台确认后实现与调度主机通话录音。

智慧运维

随着先进传感器的发展和物联网技术的普及，综合管廊已经可以轻松实现智慧运维。设备巡检时，无需手动查看，可以实现自动检测设备是否在位，自动进行库存、出入库管理，设备更换自动登记。基于RFID的物联网技术，可形成高精度的管廊设备资产管理，形成了设备运维档案数据库，记录设备故障次数、更换次数、使用频率、使用时间等，基于对同类设备的更换历史信息分析归纳，系统提前发出设备寿命即将到期的更换提醒，设备质量筛查。

目前人工智能技术的发展已有基于AI的移动巡检代替传统人工巡检，常用的移动巡检多为搭载多种传感设备的机器人巡检，可实现与后台监控和运维管理平台的无缝接轨，准确、客观地反映管廊内各系统运行状态，7*24小时连续作业，低电量自动充电，避免巡检人员在恶劣环境所处的危险，同时其自学习功能解决管廊内线路及设备巡检的差异化，对管廊进行更加智慧的运维。

结束语

综合管廊信息化建设是国家标准规范的强制要求，是综合管廊安全运行、应急处置的保障，也是综合管廊资产管理及运营的有力手段，对城市整体经济效益有显著提高。结合以往的工程实践经验，提出建设综合管廊的综合监控运营一体化平台，通过信息化技术实现管廊内的设备联动、实时响应和对管廊内资产和管廊本身状况实现智慧化巡检。该系统已经在多个项目实践中运行，为管廊运营管理单位实现先进信息化全生命周期管理提供了有力的技术支撑手段。