淺談地下綜合管廊機電設備監(jiān)控系統(tǒng)

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：為了解決地下管線的敷設問題和提高環(huán)境質(zhì)量，從城市地下綜合管廊的建設入手，闡述了城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)方案。對入廓管線運行狀態(tài)、管廊環(huán)境安全及維護人員進行監(jiān)控和管理，使地下管廊內(nèi)設備的運行狀態(tài)和管廊的環(huán)境狀態(tài)一目了然，保證城市地下管廊的安全運行，實現(xiàn)城市地下管廊的“自動化監(jiān)控、智能化管理"。

關鍵詞：地下管廊；安全監(jiān)控；環(huán)境監(jiān)控；管理平臺

0引言

城市地下綜合管廊又稱共同溝，是指在城市地下用于集中敷設電力、通信、廣播電視、給水、排水、熱力、燃氣等市政管線的公共隧道。城市地下綜合管廊避免了由于敷設和維修地下管線頻繁挖掘道路而對交通和居民出行造成影響和干擾，利于保持路容完整和美觀，便于各種管線的敷設、增減、維修和日常管理。在發(fā)達國家城市發(fā)展現(xiàn)代化、科學化的標準之一。

我國的地下管廊建設起步相對較晚，近年來，國務院高度重視推進城市地下綜合管廊建設，2013年以來先后印發(fā)了《國務院關于加強城市基礎設施建設的意見》（國發(fā)〔2013〕36號）、《國務院辦公廳關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》（國辦發(fā)〔2014〕27號）《關于推進城市綜合管廊建設的指導意見》（國辦發(fā)〔2015〕61號），2015年6月又發(fā)布了《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》，全面推進城市地下綜合管廊建設。

圖1城市地下綜合管廊示意圖

1監(jiān)控系統(tǒng)功能

根據(jù)國家《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》(GB50838—2015)要求，城市地下綜合管廊（圖1)要設置監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)是采用計算機技術、通信技術、控制技術，對管廊各專業(yè)管線（電力電纜、給排水管、燃氣管道）運行安全、管廊環(huán)境（有害氣體、淹積水、溫濕度、風機水泵、照明）安全及人員安全（出入口管理、人員定位、遠程廣播、應急通信）進行監(jiān)控和管理的系統(tǒng)。使地下管廊內(nèi)設備的運行狀態(tài)和管廊的環(huán)境狀態(tài)一目了然，實現(xiàn)“自動化監(jiān)控、智能化管理"。圖2顯示了城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)功能。

圖2城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)功能

1.1管廊環(huán)境安全監(jiān)控

1)管廊有毒有害氣體監(jiān)測：實現(xiàn)管廊內(nèi)一氧化碳、硫化氫.、甲烷及空氣含氧量的遠程監(jiān)測，并通過現(xiàn)場的LED屏實時顯示相應區(qū)域的有害氣體含量^超標時實現(xiàn)與風機的聯(lián)動控制，保證進入管廊人員的安全。

2)管廊淹積水監(jiān)測：實現(xiàn)管廊內(nèi)積水井水位監(jiān)測，水泵聯(lián)動控制。

3)超限報警：環(huán)境參數(shù)超標自動報警，在監(jiān)控管理平臺的圖形展慧畀商上閃爍顯藜，并可以通過語音、短信方式自動通知值班人員。

4)管廊內(nèi)供電設施監(jiān)控：監(jiān)測管廊供電系統(tǒng)開關分合狀態(tài)，電能參數(shù)等。

1.2管廊防入侵及人員安全監(jiān)控

1)遠程電子井蓋開啟：管廊出入口安裝電控電子井蓋/電控鎖，可通過監(jiān)控中心、電話語音、短信開啟井蓋/電控鎖。

2)非法入侵報警：管廊井蓋/出入口非法開啟告警，監(jiān)控中心對井蓋/出入口的異常狀況發(fā)出視聽告警，集中監(jiān)控平臺的圖形界面上閃爍顯示，并通過語音、短信方式自動通知值班人員。

3)人員定位：對出入地下管廊的人員進行授權管理，只有經(jīng)授權的人員在授權時間內(nèi)可進入綜合管廊，并采用定位系統(tǒng)實現(xiàn)對進入管廊內(nèi)的人員進.行位置定位及人員軌跡跟蹤，實時拿握管廊內(nèi)人員的實際位置，既方便運維單位對進入管廊人員的管理，又能有效保障進入人員的人身安全。

4)應急通信：管廊在地下，手機無法通信，在管廊內(nèi)建設通信系統(tǒng)，實現(xiàn)管廊內(nèi)與監(jiān)控中心之間的應急通信。

5)公共廣播：在管廊內(nèi)設置公共廣播，緊急情況下，指揮管廊內(nèi)人員安全疏散。

1.3專業(yè)管線狀態(tài)監(jiān)測

1)電力電纜運行狀態(tài)監(jiān)測：對入廊的電力電纜進行電纜運行電流監(jiān)測、高壓電纜護層接地環(huán)流監(jiān)測和高壓電纜接頭溫度監(jiān)測，超限或異常狀況自動告警。歷史曲線、載流量柱狀圖展示，保證電纜的安全運行，為運行單位提供電纜健康狀態(tài)分析。

2)給排水管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測：對入廊的給水管進行漏水、流量監(jiān)測，異常時關斷管路緊急切斷閥門。

3)燃氣管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測：對入廊的燃氣管道進行漏氣監(jiān)測，異常時關斷管路緊急切斷閥門，保障燃氣管網(wǎng)的安全運行。

1.4視頻圖像監(jiān)控

1)出入口視頻圖像監(jiān)控：在管廊井蓋/出入口安裝攝像機，實現(xiàn)與井蓋/出入口監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動，攝像機在井蓋/出入口開啟時自動啟動LED燈并傳送視頻信號。

2)重要設備視頻圖像監(jiān)控：在管廊內(nèi)主要設備處安裝攝像機，實時監(jiān)視現(xiàn)場設備的狀況。

3)視頻圖像偵測：視頻監(jiān)控系統(tǒng)除了具備數(shù)字化攝像監(jiān)控系統(tǒng)自身的視頻采集、存儲、報警、聯(lián)動等基本功能外，還具備圖像分析處理能力，對寧進入禁qu的非法闖入行為自動報警。

2地下管廊監(jiān)控系統(tǒng)的應用

昆明市某地下綜合管廊，位于昆明滇池國際會展中心區(qū)域，長度7.6km，設電力倉和管道倉2個，其斷面結(jié)構(gòu)如圖3所示

圖3昆明某地下綜合管廊斷面圖

該管廊內(nèi)設置監(jiān)控系統(tǒng)，其實現(xiàn)方案如下:

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)采用“分散控制，集中管理"的原則，系統(tǒng)由中心）、區(qū)域監(jiān)控層（分控站）及監(jiān)控終端層構(gòu)成（圖4）

中心可對整個城市的多條綜合管廊進行監(jiān)控和管理，監(jiān)控各專業(yè)管線運行狀況、管廊環(huán)境狀況，出入口管理、應急通信、視頻監(jiān)控及消防系統(tǒng)接入，以及各系統(tǒng)之間的聯(lián)動控制、應急處置。

區(qū)域監(jiān)控層（即分控站）：將監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)信息上傳到中心控制層對監(jiān)控終端下達控制指令，實現(xiàn)對本管廊內(nèi)風機、水泵、出入口等控制終端的遠程控制。

監(jiān)控終端層：包括各類采集器、現(xiàn)場控制器及通信設備，實現(xiàn)各類信息的采集及對風機、水泵、燈光、出入口等設備的控制。

圖4綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2監(jiān)控分區(qū)

地下綜合管廊每200m設一個防火分區(qū)，防火分區(qū)之間用防火門分隔。監(jiān)控系統(tǒng)也按防火分區(qū)設監(jiān)控分區(qū)，每個監(jiān)控分區(qū)對防火分區(qū)內(nèi)的管廊有害氣體、淹積水、溫濕度進行采集，對風機、水泵、照明等進行監(jiān)控。

每個監(jiān)控分區(qū)設監(jiān)控主機1臺，采用可編程控制器（PLC)。分區(qū)內(nèi)的氣體探測器通過PLC的AI接入，紅外探測器通過PLC的DI口接入。管廊內(nèi)的風機、水泵、照明、井蓋及門鎖因相互之間距離較遠，為減少布線，采用遠程I/O模塊通過Modbus控制總線與監(jiān)控主機相聯(lián)實現(xiàn)控制。每個監(jiān)控分區(qū)設1臺工業(yè)交換機，將分區(qū)監(jiān)控主機PLC、視頻信號、LED屏、應急網(wǎng)絡dian話等信息匯集向管廊的本地監(jiān)控站或管廊區(qū)域監(jiān)控中心上傳。圖5為監(jiān)控分區(qū)設備聯(lián)接圖。

2.3通信

地下綜合管廊長度一般在幾百米到幾千米之間，劃分為多個監(jiān)控分區(qū)。通信傳輸網(wǎng)絡采用業(yè)光纖環(huán)網(wǎng)構(gòu)建整個監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信傳輸網(wǎng)絡，以監(jiān)控中心為節(jié)點敷設6芯單模鎧裝信號光纜作為通信主干，每個監(jiān)控分區(qū)設置1臺工業(yè)級光纖環(huán)網(wǎng)交換機，作為該監(jiān)控分區(qū)所有監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸節(jié)點，光纖環(huán)網(wǎng)交換機等級達到IP66,保障系統(tǒng)通信帶寬的同時保障網(wǎng)絡的可靠性。每個監(jiān)控分區(qū)設置的光纖環(huán)網(wǎng)交換機負責該防區(qū)的所有網(wǎng)絡通信設備的數(shù)據(jù)接入（監(jiān)測、控制、視頻、語音、消防）及傳輸，并支持網(wǎng)絡管理。

圖5監(jiān)控分區(qū)設備聯(lián)接圖

2.4監(jiān)控管理平臺

在監(jiān)控中心示意圖，圖7是監(jiān)控管理平臺功能圖，圖8是監(jiān)控管理平臺結(jié)構(gòu)圖。

圖6監(jiān)控中心示意圖

圖7監(jiān)控管理平臺功能

圖8監(jiān)控管理平臺結(jié)構(gòu)

監(jiān)控管理平臺可實現(xiàn)如下功能：

1)集中設備管理：通過登錄監(jiān)控中心管理平臺可對綜合管廊內(nèi)所有監(jiān)測設備進行統(tǒng)一管理監(jiān)控。

2)智能分析：系統(tǒng)管理平臺內(nèi)置智能分析數(shù)據(jù)庫動對實時采集的數(shù)據(jù)進行分析判斷，并與歷史數(shù)據(jù)進行對比，為用戶提供參考數(shù)據(jù)。

3)GIS地圖顯示：可將管轄范圍內(nèi)的設備準確地在GIS地圖上顯示，方便設備故障定位及時搶修，設備地理位置信息可采用GPS數(shù)據(jù)進行定位，如圖9所示。

4)WEB參數(shù)配置：管理人員可在監(jiān)控中心通過工程師站對綜合管廊內(nèi)設備進行遠程參數(shù)調(diào)整配置。

5)WEB服務管理：服務器具備完善的WEB服務器管理功能，方便管理系統(tǒng)設備和各種資源。

6)網(wǎng)絡安全特性：采用CHAP協(xié)議認證、DES加密進行視頻數(shù)據(jù)保護，保證網(wǎng)絡通信安全可靠。

7)分級用戶管理：可根據(jù)地下綜合管廊內(nèi)設備的管理歸屬，實現(xiàn)分組管理；根據(jù)不同需要，設定各級用戶，使用不同權限訪問不同資源，實現(xiàn)分級管理。

8)操作記錄查詢：系統(tǒng)可自動存儲各個操作人員各個時間段的操作記錄及操作內(nèi)容進行系統(tǒng)的分析統(tǒng)計。

9)日志管理：服務器具備完善的日志功能，便于查詢和整理。

10)自動生成各種歷史表格。管理平臺可根據(jù)用戶需求自動生成各種歷史數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)、歷史曲線等多種數(shù)據(jù)表格，并支持導出功能。

11)3D圖形顯示：電力電纜接頭溫度、電子井蓋支持3D顯示，實時查看電纜接頭每個點位溫度及電子井蓋的開啟狀態(tài)，如圖10所示。

12)多種報警方式：管理平臺支持語音、聲光、短信等多種報警提示方式，報警信息可直接短信發(fā)送至相關負責人員手機。

圖10井蓋/出入口控制/狀態(tài)

3 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

3.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強、使用單位多及協(xié)調(diào)復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。

3.2平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

3.3平臺拓撲

3.4平臺子系統(tǒng)

3.4.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。

3.4.2環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

3.4.3電氣安全

 AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

3.5相關平臺部署硬件選型清單

3.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.2電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.3消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

3.5.5消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)

4結(jié)語

城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)實施后，實現(xiàn)了地下綜合管廊內(nèi)環(huán)境設備運行狀況的實時監(jiān)測和控制，可及時處置安全隱患、事件，為地下綜合管廊相關公共管線的對外服務提供可靠、安全、便利的環(huán)境保障。

監(jiān)控系統(tǒng)可對管廊內(nèi)各類型參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集、存儲及分析，實現(xiàn)故障、報警、安全等事件/事故息的處理并進行反饋控制。監(jiān)控中心可實時動態(tài)顯示管廊內(nèi)各設備的狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)及其趨勢，實現(xiàn)各種報表的打印，并將前端設備的狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)以及監(jiān)控視頻圖像實時顯示，使管廊內(nèi)設備的運行狀態(tài)和管廊的環(huán)境狀態(tài)一目了然，實現(xiàn)“自動化監(jiān)控、智能化管理"。

監(jiān)控中心采用專業(yè)化的系統(tǒng)管理平臺綜合分析研判聚各類數(shù)據(jù)信息，評估事件等級，制定合理的控制處置策略，并進行相關外場巡檢及關聯(lián)業(yè)務部門協(xié)調(diào)聯(lián)動，有效保障綜合管廊的安全運行。

參考文獻：

【1】裴作君.鐵路隧道工程中BIM技術的應用[J]

【2】楊穎.城市地下綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)研究及應用.

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05

作者簡介：任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。