智慧綜合管廊監控與報警系統的關鍵技術
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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，將分散獨立埋設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、燃氣管線等各種市政管線或公用管線部分或全部集中在一體實行“統一規劃、統一建設、統一管理”。為保證綜合管廊的安全運行，有必要在綜合管廊內建設現代化監控與報警系統，借助多種自動化、信息化技術手段，能夠有效地提升綜合管廊的運行管理水平。
關鍵詞：智慧綜合管廊監控；報警系統；關鍵技術
引言
智慧城市建設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我國智慧城市發展必將起到巨大的推動作用。為了保證綜合管廊內的設備有效安全的運行，在管廊中需要設置眾多的安全監控防護系統。
1綜合管廊的基本特點
?。?）公用隧道空間。即在隧道空間容納多種專業工程管線。且地下隧道空間的環境有一定的特殊性（易積水或產生一些有害氣體等），故綜合管廊監控與報警系統應具備環境適應性。（2）城市生命線。納入綜合管廊的專業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。這些管線的服務范圍是一個或若干個區域，如果容納這些管線的綜合管廊發生事故，管線停運造成的影響非常大。因此，綜合管廊對城市的安全運行至關重要，須適當地提高綜合管廊監控與報警系統標準。（3）少人場所。綜合管廊內平時處于無人狀態，且進入綜合管廊的人員是專業檢修維護人員。因此，綜合管廊內設置的監控與報警系統不應套用公共建筑物相關系統，應重點考慮管線的安全運行，并兼顧必要的人員保護措施。
2設計思路
綜合管廊是以運行管理單位為主，各專業管線單位共同參與管理的特殊場所。綜合管廊監控與報警系統大致分為3層結構：設備層（現場各大安全監控防護系統）、網絡傳輸層（信息網絡中心）以及管控層（統一管理平臺系統）。統一管理平臺系統可集成、交叉管理綜合管廊本體及專業管線運行信息，實現綜合管廊運行管理單位與專業管線單位的信息互通。打造充滿智慧的綜合管廊監控與報警系統除了具有基本的信息共享和互通外，還需要具有自動化、可控化、可量化、可視化的要求，且應與人員日常巡檢、應急處置等管理手段相結合。設備層通過信息網絡中心傳遞數據至管控層，實現自動監控，還可通過信息網絡中心實現數據交互，系統間聯動，自動啟動相關設備，管控層可預見性的決策和行動，自動化的工作流程減少事故發生，實現綜合管廊監控與報警系統的“自動化”。管控層具有動態大數據平臺，集中化、全息化進行展示，掌握設施設備數據，管控設施設備全生命周期，實現綜合管廊監控與報警系統的“可視化”。設備層數據的描述和預測可量化，智能運營維護管理績效考核可量化，眾多品牌相互兼容、各系統集成與融合、協議與接口標準可量化，可有效的實現綜合管廊監控與報警系統的“可量化”。設施設備全生命周期、成本可控以及設備狀態可管控這一設計目標可實現綜合管廊監控與報警系統的“可控化”。
3關鍵技術
3.1工業以太網技術
綜合管廊監控與報警系統是一個綜合性較強系統，包括環境與設備監控系統、安全防范系統、通信系統、預警與報警系統、地理信息系統等，各系統之間很容易形成信息孤島的局面。利用工業以太網技術，構建千兆工業以太網或光纖環網，各系統包含的各功能模塊可統一通過數據信息網絡中心實現數據交互，有效的解決信息孤島的難題。實現智能化監控和管理。譬如，環境與設備監控系統包括溫濕度傳感器、水位計、氧氣傳感器、甲烷傳感器、氣體檢測儀、風機和攝像頭等數據采集設備，并通過一系列監控設備對綜合管廊的公共環境進行監測。當環境不能滿足管線運行要求、人員進入要求時，可通過數據信息網絡中心實現數據交互，自動啟動相關設備，使環境恢復到正常狀態。當環境內產生有害氣體時，經信息交互及聯動控制可啟動風機排除有害氣體。入侵報警系統包括通風口感應探測器和紅外報警裝置。當有人想要進入管廊中心時，感應探測器會將感應到的信息通過數據信息網絡中心傳遞到管控系統并引發紅外報警裝置報警。工業以太網技術的應用和有效方案的實施，可以成功解決系統中眾多品牌相互兼容、各系統集成與融合、協議與接口標準不統一的問題，實現環境與設備監控、安全防范以及預警和報警等系統的信息互通和聯動。
3.2大數據技術
物聯網和人工智能之所以能取得突飛猛進的進展，不能不說是因為這些年來大數據長足發展的結果。正是由于各類感應器和數據采集技術的發展，綜合管廊監控與報警系統開始擁有以往難以想象的海量數據。大數據技術是在海量、種類繁多的數據間發現其內在關聯，通過對大量、動態、持續的數據進行分析和預測，從而實現綜合管廊的遠程在線監控、智能運營維護以及報警響應的實時化、精確化、智能化。利用大數據技術，通過分析積累的監測傳感數據，可做故障點預判、廊內人員異常行為分析、新建項目部署規劃等增值業務。大數據技術的應用可提高系統的應變性，滿足管廊智慧運營的需求。
3.3BIM+技術
建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術是基于三維建筑模型的信息集成和管理技術，是工程行業數字化的依托。
在綜合管廊中應用BIM技術，實現管廊管廊空間以及設施設備三維呈現，地下管廊精確分布位置，管廊所有出入/通風/投料口精確定位與查詢，既可總覽全局，又可從主要參數逐級導航到設備詳細參數。采用“BIM+GIS”三維數字化技術，將現狀地下管線、建筑物及周邊環境三維數字化建模，形成動態大數據平臺。在此基礎上，將綜合管廊、管線及道路等建設信息輸入，以指導綜合管廊的設計、施工和后期運營管理。
業務數據與BIM技術進行有效融合可以有效提升數據的可視化管理水平，降低人因失誤風險。監控人員可以根據現場感知的可視化數據和業務流程干預設備的控制，并在事故狀態中進行快速評估和決策，減小事故的危害程度。BIM技術也有利于對綜合管廊進行全壽命周期運維管理，提供長期動態有效的數據和技術支撐。 3.4巡檢機器人技術
傳統的管廊人工巡檢方式存在勞動強度大、危險性較高、巡檢內容重復枯燥導致人員注意力不集中而出現丟失數據等狀況，機器人巡檢可有效杜絕以上問題，可精準執行巡檢任務，同時在災后處置方面更有不可替代的優勢。
當前巡檢機器人主要成熟應用功能有基于遙控巡檢、自動巡檢模式下的移動高清視頻監控（可見光和紅外熱成像視頻監控）和綜合管廊環境移動監測（CH4、H2S、02、C0等）功能。
現有巡檢機器人創新功能有應急消防處置、綜合管廊結構健康監測、設備紅外熱缺陷智能診斷等。當前巡檢機器人的創新功能在綜合管廊智慧管控運營中應用的有效性有待進一步論證，但在未來隨著機器人技術的提高，管廊運維風險的增加，機器人巡檢將成為綜合管廊巡檢的主流方式。實現上述創新功能的軟硬件系統的工程化、工業化程度（長時間可靠運行的穩定系）有待進一步提升。隨著巡檢機器人功能的進一步提升完善，巡檢機器人的創新功能有望在工程應用中獲得認可，巡檢機器人也有機會成為綜合管廊智慧管控運營的關鍵子系統。
3.5火災探測報警技術
綜合管廊內的主要火災風險源為入廊的高壓電力電纜，尤其是電纜接頭部位，其火災特性為火災發展迅速、可產生大量熱、煙和火焰輻射，根據其特性，結合管廊內結構、環境特點等，為了達到對火災盡早發現并及時處置、在火災發生后可使滅火系統及其他聯動設備可靠動作，且避免因其他因素，在火災未發生情況下誤啟動自動滅火裝置等目的，火災探測器的選擇與配合尤為關鍵。
目前常用的管廊內火災探測器類型，其火災探測時效性基本為感煙>感溫>火焰，而火災探測準確性則為火焰>感溫>感煙，為了在火災初期快速探測并報警，通常需在具有火災風險的綜合管廊艙室內設置感煙探測器，需聯動啟動自動滅火裝置時另外設置感溫或火焰探測器。
由于管廊處于地下，環境較惡劣，尤其在沿海地區存在濕度較大、粉塵較多等情況，部分火災探測器在實際應用過程中發生設備損壞率及誤報率較高等情況，通過近些年來綜合管廊的持續建設、相關配套標準的制定及行業自身的發展，管廊內火災探測器的環境適應性及可靠性方面已有有效提升，并通過采用防塵防潮型設備、復合探測裝置、優化布置形式等，使火災自動報警系統可靠性有進一步提升，保障管廊、管線及人員安全。
結語
在實際設計過程中，宜結合管廊規模、管線類型、區域內管廊管理模式等因素，綜合設計監控和報警系統方案，以提升管廊信息化程度，降低綜合管廊運維人員作業風險和運維成本，提高綜合管廊運維的安全與智慧化水平
參考文獻
[1]劉應明.城市地下綜合管廊工程規劃與管理[M].北京：中國建筑工業出版社，2016：142-151.
[2]朱雪明.世博園區綜合管廊監控系統的設計[J].現代建筑電氣，2017（4）：21-25.
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