智慧綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

蔡曉堅(jiān)

摘要：城市地下“綜合管廊”（又名共同溝、共通管道、綜合管溝）是指利用城市地下空間建造的集約化的隧道空間，將分散獨(dú)立埋設(shè)在地下或架空的電力電纜、通信電纜、熱力管線、給水管線、中水管線、排水管線、燃?xì)夤芫€等各種市政管線或公用管線部分或全部集中在一體實(shí)行“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理”。為保證綜合管廊的安全運(yùn)行，有必要在綜合管廊內(nèi)建設(shè)現(xiàn)代化監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)，借助多種自動(dòng)化、信息化技術(shù)手段，能夠有效地提升綜合管廊的運(yùn)行管理水平。

關(guān)鍵詞：智慧綜合管廊監(jiān)控；報(bào)警系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)

引言

智慧城市建設(shè)在全國各地都開展的如火如荼，避免“拉鏈”馬路、提高地下空間的利用率的綜合管廊對(duì)我國智慧城市發(fā)展必將起到巨大的推動(dòng)作用。為了保證綜合管廊內(nèi)的設(shè)備有效安全的運(yùn)行，在管廊中需要設(shè)置眾多的安全監(jiān)控防護(hù)系統(tǒng)。

1綜合管廊的基本特點(diǎn)

（1）公用隧道空間。即在隧道空間容納多種專業(yè)工程管線。且地下隧道空間的環(huán)境有一定的特殊性（易積水或產(chǎn)生一些有害氣體等），故綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)具備環(huán)境適應(yīng)性。（2）城市生命線。納入綜合管廊的專業(yè)工程管線有很大一部分是主干管線，如主干水管、35kV以上高壓輸電線路。這些管線的服務(wù)范圍是一個(gè)或若干個(gè)區(qū)域，如果容納這些管線的綜合管廊發(fā)生事故，管線停運(yùn)造成的影響非常大。因此，綜合管廊對(duì)城市的安全運(yùn)行至關(guān)重要，須適當(dāng)?shù)靥岣呔C合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。（3）少人場所。綜合管廊內(nèi)平時(shí)處于無人狀態(tài)，且進(jìn)入綜合管廊的人員是專業(yè)檢修維護(hù)人員。因此，綜合管廊內(nèi)設(shè)置的監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)不應(yīng)套用公共建筑物相關(guān)系統(tǒng)，應(yīng)重點(diǎn)考慮管線的安全運(yùn)行，并兼顧必要的人員保護(hù)措施。

2設(shè)計(jì)思路

綜合管廊是以運(yùn)行管理單位為主，各專業(yè)管線單位共同參與管理的特殊場所。綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)大致分為3層結(jié)構(gòu)：設(shè)備層（現(xiàn)場各大安全監(jiān)控防護(hù)系統(tǒng)）、網(wǎng)絡(luò)傳輸層（信息網(wǎng)絡(luò)中心）以及管控層（統(tǒng)一管理平臺(tái)系統(tǒng)）。統(tǒng)一管理平臺(tái)系統(tǒng)可集成、交叉管理綜合管廊本體及專業(yè)管線運(yùn)行信息，實(shí)現(xiàn)綜合管廊運(yùn)行管理單位與專業(yè)管線單位的信息互通。打造充滿智慧的綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)除了具有基本的信息共享和互通外，還需要具有自動(dòng)化、可控化、可量化、可視化的要求，且應(yīng)與人員日常巡檢、應(yīng)急處置等管理手段相結(jié)合。設(shè)備層通過信息網(wǎng)絡(luò)中心傳遞數(shù)據(jù)至管控層，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，還可通過信息網(wǎng)絡(luò)中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備，管控層可預(yù)見性的決策和行動(dòng)，自動(dòng)化的工作流程減少事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)的“自動(dòng)化”。管控層具有動(dòng)態(tài)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，集中化、全息化進(jìn)行展示，掌握設(shè)施設(shè)備數(shù)據(jù)，管控設(shè)施設(shè)備全生命周期，實(shí)現(xiàn)綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)的“可視化”。設(shè)備層數(shù)據(jù)的描述和預(yù)測可量化，智能運(yùn)營維護(hù)管理績效考核可量化，眾多品牌相互兼容、各系統(tǒng)集成與融合、協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)可量化，可有效的實(shí)現(xiàn)綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)的“可量化”。設(shè)施設(shè)備全生命周期、成本可控以及設(shè)備狀態(tài)可管控這一設(shè)計(jì)目標(biāo)可實(shí)現(xiàn)綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)的“可控化”。

3關(guān)鍵技術(shù)

3.1工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)

綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)綜合性較強(qiáng)系統(tǒng)，包括環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、預(yù)警與報(bào)警系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等，各系統(tǒng)之間很容易形成信息孤島的局面。利用工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建千兆工業(yè)以太網(wǎng)或光纖環(huán)網(wǎng)，各系統(tǒng)包含的各功能模塊可統(tǒng)一通過數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，有效的解決信息孤島的難題。實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控和管理。譬如，環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)包括溫濕度傳感器、水位計(jì)、氧氣傳感器、甲烷傳感器、氣體檢測儀、風(fēng)機(jī)和攝像頭等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，并通過一系列監(jiān)控設(shè)備對(duì)綜合管廊的公共環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)環(huán)境不能滿足管線運(yùn)行要求、人員進(jìn)入要求時(shí)，可通過數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，自動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備，使環(huán)境恢復(fù)到正常狀態(tài)。當(dāng)環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生有害氣體時(shí)，經(jīng)信息交互及聯(lián)動(dòng)控制可啟動(dòng)風(fēng)機(jī)排除有害氣體。入侵報(bào)警系統(tǒng)包括通風(fēng)口感應(yīng)探測器和紅外報(bào)警裝置。當(dāng)有人想要進(jìn)入管廊中心時(shí)，感應(yīng)探測器會(huì)將感應(yīng)到的信息通過數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡(luò)中心傳遞到管控系統(tǒng)并引發(fā)紅外報(bào)警裝置報(bào)警。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和有效方案的實(shí)施，可以成功解決系統(tǒng)中眾多品牌相互兼容、各系統(tǒng)集成與融合、協(xié)議與接口標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、安全防范以及預(yù)警和報(bào)警等系統(tǒng)的信息互通和聯(lián)動(dòng)。

3.2大數(shù)據(jù)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)和人工智能之所以能取得突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，不能不說是因?yàn)檫@些年來大數(shù)據(jù)長足發(fā)展的結(jié)果。正是由于各類感應(yīng)器和數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展，綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)開始擁有以往難以想象的海量數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)是在海量、種類繁多的數(shù)據(jù)間發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在關(guān)聯(lián)，通過對(duì)大量、動(dòng)態(tài)、持續(xù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)測，從而實(shí)現(xiàn)綜合管廊的遠(yuǎn)程在線監(jiān)控、智能運(yùn)營維護(hù)以及報(bào)警響應(yīng)的實(shí)時(shí)化、精確化、智能化。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過分析積累的監(jiān)測傳感數(shù)據(jù)，可做故障點(diǎn)預(yù)判、廊內(nèi)人員異常行為分析、新建項(xiàng)目部署規(guī)劃等增值業(yè)務(wù)。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可提高系統(tǒng)的應(yīng)變性，滿足管廊智慧運(yùn)營的需求。

3.3BIM+技術(shù)

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)是基于三維建筑模型的信息集成和管理技術(shù)，是工程行業(yè)數(shù)字化的依托。

在綜合管廊中應(yīng)用BIM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管廊管廊空間以及設(shè)施設(shè)備三維呈現(xiàn)，地下管廊精確分布位置，管廊所有出入/通風(fēng)/投料口精確定位與查詢，既可總覽全局，又可從主要參數(shù)逐級(jí)導(dǎo)航到設(shè)備詳細(xì)參數(shù)。采用“BIM+GIS”三維數(shù)字化技術(shù)，將現(xiàn)狀地下管線、建筑物及周邊環(huán)境三維數(shù)字化建模，形成動(dòng)態(tài)大數(shù)據(jù)平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，將綜合管廊、管線及道路等建設(shè)信息輸入，以指導(dǎo)綜合管廊的設(shè)計(jì)、施工和后期運(yùn)營管理。

業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與BIM技術(shù)進(jìn)行有效融合可以有效提升數(shù)據(jù)的可視化管理水平，降低人因失誤風(fēng)險(xiǎn)。監(jiān)控人員可以根據(jù)現(xiàn)場感知的可視化數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)流程干預(yù)設(shè)備的控制，并在事故狀態(tài)中進(jìn)行快速評(píng)估和決策，減小事故的危害程度。BIM技術(shù)也有利于對(duì)綜合管廊進(jìn)行全壽命周期運(yùn)維管理，提供長期動(dòng)態(tài)有效的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

3.4巡檢機(jī)器人技術(shù)

傳統(tǒng)的管廊人工巡檢方式存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)性較高、巡檢內(nèi)容重復(fù)枯燥導(dǎo)致人員注意力不集中而出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)等狀況，機(jī)器人巡檢可有效杜絕以上問題，可精準(zhǔn)執(zhí)行巡檢任務(wù)，同時(shí)在災(zāi)后處置方面更有不可替代的優(yōu)勢。

當(dāng)前巡檢機(jī)器人主要成熟應(yīng)用功能有基于遙控巡檢、自動(dòng)巡檢模式下的移動(dòng)高清視頻監(jiān)控（可見光和紅外熱成像視頻監(jiān)控）和綜合管廊環(huán)境移動(dòng)監(jiān)測（CH4、H2S、02、C0等）功能。

現(xiàn)有巡檢機(jī)器人創(chuàng)新功能有應(yīng)急消防處置、綜合管廊結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、設(shè)備紅外熱缺陷智能診斷等。當(dāng)前巡檢機(jī)器人的創(chuàng)新功能在綜合管廊智慧管控運(yùn)營中應(yīng)用的有效性有待進(jìn)一步論證，但在未來隨著機(jī)器人技術(shù)的提高，管廊運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)的增加，機(jī)器人巡檢將成為綜合管廊巡檢的主流方式。實(shí)現(xiàn)上述創(chuàng)新功能的軟硬件系統(tǒng)的工程化、工業(yè)化程度（長時(shí)間可靠運(yùn)行的穩(wěn)定系）有待進(jìn)一步提升。隨著巡檢機(jī)器人功能的進(jìn)一步提升完善，巡檢機(jī)器人的創(chuàng)新功能有望在工程應(yīng)用中獲得認(rèn)可，巡檢機(jī)器人也有機(jī)會(huì)成為綜合管廊智慧管控運(yùn)營的關(guān)鍵子系統(tǒng)。

3.5火災(zāi)探測報(bào)警技術(shù)

綜合管廊內(nèi)的主要火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)源為入廊的高壓電力電纜，尤其是電纜接頭部位，其火災(zāi)特性為火災(zāi)發(fā)展迅速、可產(chǎn)生大量熱、煙和火焰輻射，根據(jù)其特性，結(jié)合管廊內(nèi)結(jié)構(gòu)、環(huán)境特點(diǎn)等，為了達(dá)到對(duì)火災(zāi)盡早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處置、在火災(zāi)發(fā)生后可使滅火系統(tǒng)及其他聯(lián)動(dòng)設(shè)備可靠動(dòng)作，且避免因其他因素，在火災(zāi)未發(fā)生情況下誤啟動(dòng)自動(dòng)滅火裝置等目的，火災(zāi)探測器的選擇與配合尤為關(guān)鍵。

目前常用的管廊內(nèi)火災(zāi)探測器類型，其火災(zāi)探測時(shí)效性基本為感煙>感溫>火焰，而火災(zāi)探測準(zhǔn)確性則為火焰>感溫>感煙，為了在火災(zāi)初期快速探測并報(bào)警，通常需在具有火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的綜合管廊艙室內(nèi)設(shè)置感煙探測器，需聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)滅火裝置時(shí)另外設(shè)置感溫或火焰探測器。

由于管廊處于地下，環(huán)境較惡劣，尤其在沿海地區(qū)存在濕度較大、粉塵較多等情況，部分火災(zāi)探測器在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)生設(shè)備損壞率及誤報(bào)率較高等情況，通過近些年來綜合管廊的持續(xù)建設(shè)、相關(guān)配套標(biāo)準(zhǔn)的制定及行業(yè)自身的發(fā)展，管廊內(nèi)火災(zāi)探測器的環(huán)境適應(yīng)性及可靠性方面已有有效提升，并通過采用防塵防潮型設(shè)備、復(fù)合探測裝置、優(yōu)化布置形式等，使火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可靠性有進(jìn)一步提升，保障管廊、管線及人員安全。

結(jié)語

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，宜結(jié)合管廊規(guī)模、管線類型、區(qū)域內(nèi)管廊管理模式等因素，綜合設(shè)計(jì)監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)方案，以提升管廊信息化程度，降低綜合管廊運(yùn)維人員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)維成本，提高綜合管廊運(yùn)維的安全與智慧化水平

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