基于物联网技术的地下综合管廊智能化建设

方 纬

(四川旷谷信息工程有限公司，四川成都 610000)

1 地下综合管廊发展综述

随着我国城镇化进程的推进，地下管线的铺设错综复杂，有可能影响管网系统的承载能力［1］。地下综合管廊可有效地提高地下空间的利用率，1833年，法国对排水网络进行规划，将自来水、通讯管线设置在地下综合管廊之中［2］。随后各国相继开始修建地下综合管廊［2］，如:1861年时，英国伦敦修建地下综合管廊。1890年时，德国汉堡市修建了地下综合管廊。俄罗斯莫斯科和北美的加拿大和美国密集城市，也均设置地下综合管廊系统。1958年，我国的第一条地下管廊［3］在天安门广场改造工程中建成，长约1 km。1994年，上海浦东综合管廊系统建成［3］。近年来，我国又相继开展管廊系统的建设［4］，如厦门市的集美大道综合管廊建设等。2015年发布的《城市综合管廊工程技术规范》［5］，完善了综合管廊的设计和施工规范、标准及流程。在宏观政策方面［6］，颁布了《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》，推动了地下综合管廊建设的迅猛发展。

2 地下综合管廊监控和运营管控平台系统的开发

物联网包含了三个主要层次［8］:感知层、网络层和应用层。对地下综合管廊，在前期规划、设计、建设和运营维护过程中，对地下综合管廊的智能化建设提供了技术上强有力的支撑。根据物联网的特点，感知层应当包含摄像头、RFID、传感器、监测设备等。网络层包含基础网络系统、有线通信系统、无线通信系统等。应用层通过监控主机和相应的预警分析软件，将综合管廊的实时信息进行分析、研判、管理。

结合综合管廊的监控系统与运营管控系统，综合管廊监控物联网技术的应用已在原有的1.0图形时代发展至现在的智慧时代4.0。本文作者参与了对某综合管廊监控系统和运营管控系统的项目开发，该系统由环境与设备监控系统、设备监控、安全防范系统、语音通信系统、火灾自动报警系统、可燃气体探测报警系统、智能巡检机器人系统、结构健康监测系统、电力监控系统、巡检管理、运营管理、应急处置管理、专业管线监控接口、跨系统联动控制系统构成。主要系统功能简介如下:

环境监控进行环境参数监控并设置报警阈，如湿度、温度、水位、氧气浓度、甲烷浓度等，根据相关规范规定，若管廊内氧气含量低于 19.5%(V/V)，则报警;廊内硫化氢(H2S)含量高于10 mg/m3时或甲烷(CH4)含量高于1%(V/V)时，则报警。

安全防范中视频监控管理对管廊全方位监控。入侵报警管理通过双光束红外线判断是否需要激发语音报警。出入口控制管理指的是在出入口设置出入口控制装置，对进出管廊人员的身份进行识别认证，同时具备对非正常开启、出入口长时间不关闭、通讯中断、设备故障等非正常情况的实时报警功能。电子巡查管理是指在管廊每个舱内下列场所设置离线电子巡查点。

固定语音通信系统和无线通信系统构成了语音控制系统。触发装置、火灾报警装置及辅助装置构成火灾报警系统。可燃气体报警系统用于监测安装有燃气管道的舱室内可燃气体泄漏，及时向管廊监控中心发出报警信号启动应急抢险预案。

机器人巡检系统通过智能巡检机器人能够对管廊现场视频画面、温湿度环境以及有毒有害气体浓度等监测要素进行不间断地自动巡检与信息采集，对其他固定式在线监测系统无法完全覆盖的情况进行有效补充。

当发生紧急情况时，巡检机器人可代替人力在第一时间进入事故现场，把现场的视频、图像等数据发送回指挥中心，同时，也可以执行应急对讲指挥等相关的处置措施，起到更好的防灾减灾效果。混凝土管廊和附属管道的监测由结构健康监测实现。

电力监控系统对箱式变电站高低压部分供电回路进行远程监测，保障管廊供电安全和稳定。运维管理主要分两部分:管廊自身运维和入廊管线运维。图1所示为管廊运维管理的流程图。运营管理对入廊管线业主单位的管理，可进行信息录入、查询、修改等操作。

应急处置管理主要由应急队伍、应急物资、应急预案管理构成。专业管线监控管理是指入廊管线进行监控并配置相应的监控系统。跨系统联动控制将所有子系统之间需要共享的数据收集并对不同的数据实行互联互通。图2所示为某综合管廊监控系统和运营管控系统建成后的运营情况，在3D环境下，实时反应每个设备的运行情况。

图1 管廊运维管理流程图

图2 综合管廊监控系统和运营管控系统

3 地下综合智能管廊的建设及营运模式

地下综合管廊建设在不同阶段均存在一定的问题，在前期规划、设计，综合管廊的建设缺乏统一的设计标准。在建设阶段会面临建设资金困难。在营运期间，综合管廊中的不同管线的维修风险和维修成本不同，因此不同的营运部门需要对运营风险进行评估。在投资方面，普遍采用投资、建设和运营一体化+入廊单位付费+政府补贴的PPP模式:引入社会资本，成立相应的项目公司，负责管廊的融资、建设及运营维护，在管廊建成后，项目公司根据地方的收费政策对相关入廊单位收费，在合作期结束后交付政府使用，能够有效减少地方财政的资金压力。

4 综合智能管廊物联网技术应用的市场前景及市场机会分析

随着物联网、大数据、AI等技术的发展，我国的智慧城市建设正在从连接互联网的1.0时代，向更高效的数据互联的2.0时代迈进。智慧城市不再只是信息化，而是人工智能化的新型基础设施的集合，如智慧城市中的智慧市政(水电煤能源、管网、路灯等)，智能交通、智能安监等。

在此背景下，能源、建设、生产、安保等城市经济服务等方面的物联网技术应用，正在形成下一个建设风口，据统计，物联网应用市场规模或达万亿级，目前已吸引了包括腾讯、阿里等互联网巨头以及移动、联通等电信企业布局市场。

综合管廊的物联网技术应用也属于政府智慧城市、提供城市公共服务的建设范畴，建设需求取决于政府对城市市政设施的公共管理与服务模式的创新，从法律法规到地方政策到行业技术标准多维度推进综合管廊物联网技术应用的发展。综合管廊物联网技术的应用上应注重对相关技术的突破，逐步完善技术标准及法律法规。纵观物联网行业，由众多的大、中、小企业构成了综合管廊物联网技术的主要研发、应用、建设力量，随着政策、技术标准的完善和市场的规模化，综合管廊物联网企业及市场必将呈现出整合、优化，再迅猛发展的态势。

综合管廊的物联网技术应用，将逐步实现地下综合管廊的智能化;在行业标准方面，对综合管廊物联网应用将实现智能、规范及标准化。在产业应用方面，综合管廊物联网技术应用将实现人、物及服务智能的充分整合。总之，随着城市建设的规范化及标准化，同时创新建设模式，吸引社会资本，地下综合管廊的建设发展必将对物联网产品研发、实施、集成服务企业带来巨大的市场机会，市场前景可期。

5 结语

地下综合管廊的智能化建设离不开物联网技术，本文对物联网技术如何应用于地下综合管廊的建设中进行了分析，对工程项目案例进行了简介，同时对某综合管廊监控系统和运营系统的开发进行了概要说明，总结了目前地下综合管廊的建设及营运模式、综合管廊物联网技术应用的市场前景及行业市场机会分析，对地下综合管廊智能化建设进行了有益的探索与思考。