城市綜合管廊工程電氣自控的應用

張志偉，張學群，楊 超

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津 300381）

城市綜合管廊也叫作共同溝，即在地下進行公用空間的搭設(shè)，然后將城市各個管線在這一空間中進行集中鋪設(shè)。同時，綜合管廊中還有投料口、檢修口以及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置，以此實現(xiàn)對綜合管廊的實時監(jiān)控與管理。在城市綜合管廊工程建設(shè)過程中，必須嚴格按照規(guī)定要求進行工程設(shè)計，特別是電氣自控設(shè)計。設(shè)計師應當堅持科學合理的設(shè)計原則，對城市綜合管廊的概念進行充分掌握，根據(jù)實際情況優(yōu)化設(shè)計方案，確保綜合管廊電氣系統(tǒng)運行更加安全、更加穩(wěn)定和更加可靠，進而充分發(fā)揮出城市綜合管廊的各項用途功能。文章主要探討城市綜合管廊工程的電氣自控設(shè)計要點。

1 綜合管廊發(fā)展歷程

盡管綜合管廊已經(jīng)發(fā)展了約兩百年，但是相較于發(fā)達國家，國內(nèi)在綜合管廊的研究與建設(shè)上時間較短，起步較晚，并且主要在大城市集中建設(shè)，如北京、上海和成都等地區(qū)。大多數(shù)城市還沒有開始綜合管廊建設(shè)工作。20世紀90年代初，上海建設(shè)了國內(nèi)首個綜合管廊，其規(guī)模和距離都比較大，總長達到11.125千米，主要包含四種管網(wǎng)線，即供排水管網(wǎng)線、供電管網(wǎng)線、天然氣管網(wǎng)線和通訊管網(wǎng)線。2006年，北京建設(shè)了國內(nèi)第二個綜合管廊工程。調(diào)查研究顯示，綜合管廊具有很高的應用價值，其應用和推廣前景非常廣闊。

2 工程項目實際應用

2.1 項目名稱

本工程項目名稱為：溫州市文昌路（溫州大道-甌海大道）地下綜合管廊工程。

2.2 項目建設(shè)背景

綜合管廊最早是在21世紀初期被提出來的，綜合管廊是一個城市建設(shè)深度與現(xiàn)代化建設(shè)進度的綜合反應。綜合管廊具有很多的優(yōu)點，首先使用綜合管廊后管道的安裝、鋪設(shè)與后期的維護維修工作都不需要進行反復的開挖與填土工作。大大地減少了工作量，降低了工程成本。管廊內(nèi)的管線也極大避免了與地下水和土壤發(fā)生接觸而產(chǎn)生銹蝕的情況，這大大延長了各條管道的使用時間，縮減了維修與維護的成本。使城市的地下空間更加的規(guī)范有秩序，避免了之前錯綜復雜的情況，保證了地下空間整體的系統(tǒng)性。

2.3 綜合管廊工程建設(shè)的必要性分析

文昌路地下綜合管廊工程的必要性和特殊性，有以下幾方面：

一是加快溫州市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐，實現(xiàn)城市經(jīng)濟的高速發(fā)展的需要。二是支持龍灣創(chuàng)客小鎮(zhèn)建設(shè)的需要。三是實施《溫州市區(qū)市政架空線路“上改下”三年行動計劃》的需要。是文昌路遠期拓寬、快速路高架橋建設(shè)的需要。

2.4 電氣自動控制內(nèi)容

本工程必須針對綜合管廊結(jié)構(gòu)形式、管廊內(nèi)管網(wǎng)線和附屬設(shè)備布置實際狀況建立健全日常監(jiān)控管理系統(tǒng)。主要包括綜合管廊工程監(jiān)控管理系統(tǒng)、安防管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，完善管廊的日常管理，增強管廊的安全性和防范能力。

2.4.1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

管廊內(nèi)由于廢氣的沉積以及維修人員和微生物的活動勢必都會導致管廊內(nèi)空氣中氧氣含量非常低。無論是為了確保管廊內(nèi)工作人員的生命安全，還是為了減少通風次數(shù)，節(jié)約能源，都必須全生命周期地監(jiān)控管廊內(nèi)氧氣含量；由于管廊內(nèi)相對封閉，管廊內(nèi)電力電纜產(chǎn)生的熱量不容易散發(fā)出管廊，必須全生命周期地監(jiān)控管廊內(nèi)溫度；管廊內(nèi)濕度過高，對電氣設(shè)備和自動化設(shè)備長期運行非常不利，必須全生命周期地監(jiān)控管廊內(nèi)空氣濕度。為此，必須在管廊每個防火分區(qū)內(nèi)各設(shè)置1套氧氣、溫度、濕度檢測儀表。

2.4.2 設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)采用“分散控制、集中管理”的原則設(shè)置。由監(jiān)控中心計算機系統(tǒng)及現(xiàn)場控制站組成，正常運行情況下可做到無人值守。

（1）計算機系統(tǒng)。管廊新建一座監(jiān)控中心。監(jiān)控中心控制室內(nèi)設(shè)置的設(shè)備有監(jiān)控工作站計算機、安防監(jiān)控計算機、工業(yè)以太網(wǎng)光電交換機、各類數(shù)據(jù)服務(wù)器及相關(guān)輸入輸出設(shè)備。在監(jiān)控中心可以監(jiān)控管廊全部防火分區(qū)的運行。

設(shè)備監(jiān)控工作站計算機通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機跟現(xiàn)場控制站PLC控制器相互交流通訊，可以向PLC控制器發(fā)出控制指令，啟動或者暫?，F(xiàn)場設(shè)備運行。計算機運用SCADA組態(tài)軟件操作平臺，顯示屏上可以生動形象地呈現(xiàn)出管廊內(nèi)設(shè)備的控制模擬圖像，呈現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)以及故障數(shù)據(jù)信息。設(shè)備監(jiān)控工作站計算機能夠與火災自動報警系統(tǒng)后臺進行通訊，當收到火災報警信息時，使現(xiàn)場所有PLC控制器自動移交所有消防相關(guān)設(shè)備控制權(quán)限至火災自動報警控制器。安防監(jiān)控計算機與安防主機及視頻監(jiān)控主機通信，能夠?qū)崟r接收到管廊內(nèi)安防報警器的報警信號，并把有關(guān)位置的視頻監(jiān)控圖像呈現(xiàn)在計算機屏幕上。監(jiān)控中心設(shè)置的數(shù)據(jù)服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器能夠組成一套完整的綜合管廊網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺，工作人員可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)連接至管廊監(jiān)控專用平臺，可以通過移動電腦、PDA、智能手機等設(shè)備，隨時隨地了解綜合管廊的運行狀態(tài)，并可在一定權(quán)限下，控制管廊內(nèi)設(shè)備的運行。

（2）現(xiàn)場控制站。綜合管廊每兩個防火分區(qū)設(shè)置一套PLC現(xiàn)場控制站。內(nèi)裝1套PLC控制器、1臺工業(yè)以太網(wǎng)光電交換機及1臺UPS電源。PLC控制器自帶觸摸屏，能夠現(xiàn)場進行設(shè)備調(diào)試或程序設(shè)定。各PLC現(xiàn)場控制器之間通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機100Mbps（1000Mbps）光纖網(wǎng)通訊并連接至監(jiān)控中心監(jiān)控計算機。傳輸介質(zhì)為單模輕鎧光纖。每個PLC控制器采集的信息包括：區(qū)段內(nèi)的溫度、濕度、含氧量信號；區(qū)段內(nèi)的配電系統(tǒng)狀態(tài)信號；區(qū)段內(nèi)雙速風機、引流風機、排風閥、潛水泵運行狀態(tài)及故障信號。每個PLC控制器控制的設(shè)備：雙速風機、引流風機、排風閥通風狀態(tài)下的運行，集水坑內(nèi)的排水泵運行。

2.4.3 運行控制管理原則

（1）雙速風機控制。管廊內(nèi)每個防火分區(qū)設(shè)置有雙速風機，主要具有通風、散熱和火災狀態(tài)下的排煙功能。

（2）引流風機控制。引流風機作為管廊通風及排煙的輔助設(shè)備，與雙速風機的控制原則相同。

（3）排風閥控制。管廊內(nèi)每個防火分區(qū)雙速風機處設(shè)有防火閥，日常運行作為排風閥，PLC可以控制其開啟、關(guān)閉，并將其運行狀態(tài)、故障信息等反饋至監(jiān)控中心，方便日常設(shè)備巡查、檢修。當防火閥作為消防排煙閥運行時，PLC退出對風閥的控制，由火災自動報警控制器控制其運行。PLC只采集風閥的狀態(tài)信息，反饋至監(jiān)控中心。

（4）潛水泵。管廊內(nèi)每個防火分區(qū)集水坑內(nèi)設(shè)有潛水泵，潛水泵自帶浮球開關(guān)，依據(jù)集水坑內(nèi)的水位情況開啟或者關(guān)閉潛水泵。PLC不僅可以遠程控制潛水泵開啟和關(guān)閉，還可以采集潛水泵狀態(tài)或故障信號，反饋至監(jiān)控中心，方便日常設(shè)備巡查、檢修。

2.4.4 火災自動報警系統(tǒng)

火災自動報警系統(tǒng)采取監(jiān)控中心報警系統(tǒng)，也就是由火災探測器、手動報警按鈕、區(qū)域火災報警控制器和火災警報裝置等組成。

區(qū)域報警系統(tǒng)主要由區(qū)域火災報警控制器、聯(lián)動控制器、感煙探測器、感溫光纜、光纖測溫監(jiān)控主機、防潮型手動報警按鈕（帶電話插孔）、中繼器（模塊）、警鈴等設(shè)備組成；煙感探測器沿管廊頂橋架下安放布置，感溫光纜沿電纜橋架每層通長鋪設(shè)，當火災發(fā)生的時候，系統(tǒng)啟動該報警區(qū)警鈴第一時間通知管廊內(nèi)工作人員撤離，同時直接啟動現(xiàn)場設(shè)備關(guān)閉進風閥、排風閥和風機等，同時利用延時自動裝置啟動滅火裝置實施滅火。

2.4.5 系統(tǒng)安全防護裝置

（1）防外來人員入侵系統(tǒng)。管廊內(nèi)的防入侵探測器主要采用雙光鑒探測器。

雙光鑒探測器在進行工作的時候主要是借助微波和紅外線兩種信號進行探測工作。把探測得到的數(shù)據(jù)信息信號傳輸給系統(tǒng)中心進行分析處理。經(jīng)過科學技術(shù)研究人員對雙光鑒探測器不斷的改進升級，現(xiàn)階段常用的雙光鑒探測器已經(jīng)可以有效地屏蔽掉絕大部分常見的干擾情況，只有當有人進入探測器探測范圍時才會進行報警，極大地提高了報警的精準度，很大程度上杜絕了漏報誤報現(xiàn)象。

按照我國出臺的設(shè)計規(guī)范的相關(guān)要求，綜合管廊的每一個出口處、投料口、通風口、配電室、設(shè)備房出入口等位置都需要設(shè)置一臺探測器，各臺探測器都與總控制中心進行連接，當探測器報警時控制中心也會在第一時間發(fā)出警報。

雙光鑒探測器系統(tǒng)還會對探測到的人體進行識別，事先將工作人員的身份信息錄入到檢測系統(tǒng)中，當探測器檢測到工作人員進入時并不會進行報警，只有未錄入信息的不明身份人員被檢測到時探測器才會進行報警。探測器在進行報警的時候發(fā)出兩組信號，其中一組信號傳輸至監(jiān)控中心進行報警，主要信息有報警位置等；第二組信號傳輸至警報發(fā)出地點周圍的監(jiān)控攝像頭處，攝像頭自動的對警報發(fā)出地點進行拍攝，保證后期問題處理階段有足夠的視屏作為佐證。

（2）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。由于綜合管廊距離遠、監(jiān)控點分散，常規(guī)視頻監(jiān)控攝像機采用同軸電纜傳輸視頻信號已經(jīng)不能滿足遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控攝像機能夠?qū)⒁曨l模擬信號，轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編碼的數(shù)字信號，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，大大增加了視頻數(shù)據(jù)的傳輸距離。而使用普通的網(wǎng)絡(luò)電纜，單根電纜信號傳輸最大距離亦不能超過90米，仍無法滿足本工程的視頻監(jiān)控要求。

所以，本工程視頻監(jiān)控設(shè)備主要使用帶紅外夜視功能的高速網(wǎng)絡(luò)視頻攝像機，加裝光電轉(zhuǎn)換模塊，傳輸介質(zhì)為單模輕鎧光纖。特別適合綜合管廊內(nèi)，電磁場強度大，干擾信號多的場所。

2.4.6 線纜鋪設(shè)

管廊內(nèi)自控系統(tǒng)各線纜鋪設(shè)均通過電纜防火橋架鋪設(shè)，橋架外涂防火防腐漆，內(nèi)加隔板，為火災自動報警系統(tǒng)預留線路空間。進出橋架的線纜采用撓性連接管接鍍鋅鋼保護管沿管廊頂或墻壁明鋪，保護管外涂防火防腐漆。

3 結(jié)束語

在城市中建設(shè)綜合管廊工程，不僅可以緩解用地緊張局面，還能有效保護管網(wǎng)線，降低管網(wǎng)線鋪設(shè)對城市路面的破壞。供電距離遠、容量分散等是綜合管廊電氣系統(tǒng)的重要問題，這就要求設(shè)計師做好綜合管廊工程電氣自控設(shè)計工作，確保設(shè)計科學合理，有效保證綜合管廊電氣自控系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性與可靠性。