综合管廊智能化运维管理技术综述

曹帅

陕西华山路桥集团有限公司 陕西 西安 710000

引言

为满足如今信息化、智能化社会的需要，城市综合管廊的规划、建设、管理和维护离不开智能化技术手段。智能化运用于综合管廊，即是把计算机信息技术、网络通信技术、大数据技术、云计算技术和自控技术等融合在综合管廊的前期规划、中期建设和后期管理上，对管廊内部情况进行实时监控、故障报警、统计分析。

1 系统的网络构架

系统采用分布式构架，支持分级管理、支持多管理中心，便于项目的多阶段、长期建设、系统的长期运维。且采用通信与应用分离的框架，支持应用服务集群和无线客户端及服务器接入。系统在整体网络设计上，更为稳定的相互冗余星型网络连接上层总体监控层和下层分区控制层。上层监控层由2条网络线连接设备，保证其工作稳定性，配置多组视频工作站和监控站，用以对分区传输的设备数据信号进行管理以及相关人员调度工作。上、下层间由核心交换机进行数据交换，下层同样使用2条网络线连接设备，互为备用，主要对现场控制设备的实时数据进行传递，各个分区控制站与主站都采用1000Mbps以太网络[1]。

2 综合管廊智能化运维管理技术

（1）环境与设备监控系统。环境与设备监控系统分为环境安全监测与设备监测两部分，环境安全监测依靠综合管廊内置传感器等监测设备，实时监测管廊内的气体浓度、温湿度等指标，并通过上述信息融合方法进行数据处理，直接提供决策；设备监测基于RFID技术，实现信息无接触传递，并通过无线电讯号识别设备并读写相关数据，实现设备数据自动导入。

（2）消防系统。城市综合管廊内部铺设有民用燃气管道和大量的供电输送缆线，这些都是可能造成火灾的隐患。系统配置了一套火灾报警系统，当发生火灾时火灾探测器检测到火灾发生，第一时间发出警告信号，此区域的火灾控制器将会发出指令，使其他几个系统产生联动工作，共同完成对火灾的消防工作。系统采用超细干粉灭火装置，当区域火灾控制器发出指令，排风扇自动关闭，防止火势蔓延，门禁开启和应急照明灯自动开启，帮助人员疏散，超细干粉自动灭火装置第一时间开启，完成灭火工作。若区域火灾控制器出现指令延误情况，操作员则需要第一时间手动开启灭火装置。

（3）防雷、防干扰。只要从事过机电系统的维护工作的人都知道，雷雨天气一来，设备遭雷击是常事，给监控设备正常的运行造成很大的安全隐患，因此，监控设备在维护过程中必须对防雷问题高度重视。防雷的措施主要是要做好设备接地的防雷地网，应按等电位体方案做好独立的地阻小于1欧的综合接地网，杜绝弱电系统的防雷接地与电力防雷接地网混在一起的做法，以防止电力接地网杂波对设备产生干扰安防监控维保方案安防监控维保方案。防干扰则主要做到布线时应坚持强弱电分开原则，把电力线缆跟通讯线缆和视频线缆分开，严格按通信和电力行业的布线规范施工。

（4）推进综合管廊标准化。预制管廊的施工不受气候影响，不仅效率高、工期短，还能有效控制质量，对周边环境的影响也小，弥补了传统现浇施工法的不足。“十三五”规划中强调，推进地下综合管廊主体结构构件标准化，积极推广预制拼装技术应用。其中，推广预制拼装技术的前提是综合管廊标准化，管廊标准化可以使预制拼装模板等装备的使用不仅限于单一工程，降低摊销成本，减少施工成本，提高施工效率，从而有效促进预制拼装技术的推广应用，故应推进综合管廊标准化。

（5）预警与报警系统。预警与报警系统针对管廊中如火灾、积水、爆管等特殊事故，通过实时监测温度、气体、湿度、水位等参数，辅助判断事故发生。火灾发生时，由相应位置的火灾探测器发出信号，启动自动灭火设备，同时监控中心将收到报警信号，快速采取相应措施。管廊内的其他事故根据各类事故的特点，将在如井盖、人员出入口、不同的舱室内部等相应位置设置各类探测器等监测装置，如在给水管舱室内设置爆管液位检测装置，实时监测廊内水位，一旦监测到管廊内存在非正常液位，通知管线单位关闭相关阀门[2]。

（6）各参与方协同工作。BIM技术及MR技术为各参与方协同工作提供了可能性。处在同一局域网内的多台MR设备可以联机，通过服务器设置，一台Hololens设备的操作可以同步到多台Hololens设备，各参与方可以在协同状态下进行模型操作。例如，维修过程中，有时会涉及多家管线单位，利用MR技术便可实现多家管廊单位协同对问题管线进行维修模拟操作，确定更加合理的维修方案。

（7）推广BIM综合应用。BIM可实现各阶段协同作业，前期的设计、施工等基础数据将会为后期的运维工作提供有力的支持。建立BIM数据库，将各管线的功能数据、安全数据、管理数据等输入数据库中，设置预警值并通过各管线相关单位最新运营管理信息的及时反馈，可以提前预警事故，自动提醒相关单位检修维护，降低事故发生概率。此外，BIM与其他一个或多个技术集成应用可取长补短，提升应用的综合价值。

（8）安防系统。安防系统的作用是保证廊内人员的安全。安全防范系统主要包含防盗监控系统、门禁系统、人员定位3个子系统。廊内所有人员信息都会根据人员的移动上传到监控中心，保证管廊人员或财物的安全。①防盗监控系统。防盗监控系统在结构上包括前端设备、信号传递网络、上层显示端、视频录像储存和回放部分、IP承载网等部分。前端设备选用的高清摄像头采用点位设计与PLC连接，综合管廊每200m为一段防火分区，每段防火分区设置1台多功能基站，在每段防火分区内设置3台网络摄像机；信号传递网络采用1000Mbps工业以太网，通过单模光纤进行信息传递；上层显示端为分中心操作员站大屏CRT显示器，以高清晰度多媒体接口HDMI作为接口；录像储存单位配置专用视频数据库服务器。此套系统实现对廊内各处各点位的实时监控。②门禁系统。门禁系统用来对出入管廊的人员进行管理，对进出管廊的人员信息进行记录，排除管廊内的安全隐患。设置通道闸机，员工需要使用员工卡、电子二维码或手机NFC等相关证明物件才能进出，这些物件记录员工的信息资料，将会自动同步到上层信息管理系统，大大方便门禁系统的管理。③人员定位。人员定位通常用到蓝牙定位、WiFi定位、GPS定位、超宽带（UWB）定位、ZigBee相位差定位等集中技术。常用的定位算法有邻近法、三点测量法、指纹法3种。邻近法是最简单的方式，直接选定信号强度最大的定位基站的位置。该工程选用UBW定位技术、WiFi定位技术和蓝牙定位技术3种方式，通过3种方式结合，达到对廊内人员实时位置的准确定位。

（9）电缆的维护。导致电力电缆故障一般为绝缘老化变质，电缆过热，护层腐蚀以及电缆安装工艺等问题。①对中间制头和终端制头制作工艺，可以加强入网电缆头附件试验在执行相头规定的基础上，严格把关，剥离护套、绝缘屏蔽层半导体层时细心操作，对绝缘表面进行彻底打磨和清洁，防止杂质颗粒遗留在绝缘上，安装环境的湿度保持低于70%。②对电缆安装做出一系列明确规定，铠装层和铜屏蔽层必须单独接地，且截面不小于25平方毫米，单芯电缆必须是受电端一点接地，三芯电缆必须两端接地，同时要对电缆线鼻做镀锡处理。③为防止电缆回外力受损，可以对受力部分做穿管保护并加以固定，中间接头外部以加以保护，接头两端加固定防护，在养护过程中，保证线鼻不被外力扭动变形，如果必须要做扭动处理的，应采取措施使表面平整，电缆附近有施工队施工时，要增加醒目牌，必要时派人提醒施工人员。④切开接头：在切开前首先要检查接头内是否有积水及潮气，若存在，不能用喷灯切开接头，因为喷灯加热使潮气从接头两侧赶向电缆内部，最好用铁锤和斫刀切开套管，如果没有潮气及水分，则可用喷灯把铅套烫开，除去铅套污垢，刮净锈斑，擦去焊锡渣，从电缆连接处移天，以备再用。

（10）专用通信系统。专用通信系统是为应对公共通信手段无法实现管廊内外实时通信而设置的，根据实际需求设置有线通信、无线通信等不同通信手段，无线通信主要通过无线对讲机满足综合管廊内人员间的通信需求，有线通信通过在控制中心设置VOIP交换机，用于VOIP电话的数据交换，VOIP交换机与PSTN市话进行连接，以此保证综合管廊内的VOIP电话通讯及与控制中心的联系[3]。

3 结束语

综上所述，随着我国综合管廊项目的不断推进，越来越多的综合管廊投入运营期，其隐蔽性及复杂的管线布置给运维管理带来极大的挑战。综合管廊的建设应立足需求，因地制宜，在统一规划下，提倡同其他地下工程协同建设。现阶段我国综合管廊的施工主要采用明挖法，缺少综合管廊模具尺寸和断面形式的标准，建议形成规范，有效推进综合管廊的有序发展。