【解決方案】智慧管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

 城市化進(jìn)程的推進(jìn)有助于社會(huì)的發(fā)展以及市政項(xiàng)目的開展，地下管線在市政項(xiàng)目公共基礎(chǔ)設(shè)施中占據(jù)較大比重，是維持企業(yè)生產(chǎn)與大眾生活的重要生命線。隨著城市發(fā)展腳步的加快，有限的地下空間變得愈加擁擠，由于管線單位的各行其是，使得全國各地頻繁出現(xiàn)“馬路拉鏈”問題，不僅嚴(yán)重影響了生產(chǎn)、生活秩序，還造成了很多不必要的經(jīng)濟(jì)損失。為了從根本上消除“馬路拉鏈”問題，我國一時(shí)間發(fā)現(xiàn)定位管線故障，為日常維護(hù)與檢修提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

1智慧管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)總體需求

1.1土建結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)

 使用專門的測(cè)量?jī)x器分別對(duì)主體結(jié)構(gòu)沉降狀態(tài)、應(yīng)力應(yīng)變情況、外部水壓力、伸縮縫實(shí)際寬度等指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與管理，通過閾值設(shè)定分析檢測(cè)信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障問題、發(fā)出告警信息。相關(guān)監(jiān)測(cè)指標(biāo)的具體要求為：

（1）主體結(jié)構(gòu)沉降狀態(tài)監(jiān)測(cè)：借助水準(zhǔn)儀、全站儀對(duì)綜合管廊主體結(jié)構(gòu)沉降狀態(tài)進(jìn)行*對(duì)值和相對(duì)值的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與分析，相關(guān)工作人員手動(dòng)錄入采集處理后的數(shù)據(jù)信息。

（2）應(yīng)力應(yīng)變情況監(jiān)測(cè)：借助錨桿將振弦式應(yīng)變計(jì)分別固定于地下混凝土結(jié)構(gòu)的兩端位置，以此實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)綜合管廊應(yīng)力變化情況。

（3）外部水壓力：通過將振弦式滲壓計(jì)固定在地下混凝土外側(cè)的方式，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的壓力變化情況，進(jìn)而計(jì)算分析外部水水壓對(duì)于綜合管廊主體結(jié)構(gòu)的影響。

（4）伸縮縫實(shí)際寬度監(jiān)測(cè)：為了確保綜合管廊主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在施工建設(shè)時(shí)會(huì)在沿著管廊走向間隔設(shè)置伸縮縫，通過在伸縮縫表面安裝測(cè)縫計(jì)的方式動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)伸縮縫實(shí)際寬度，以便于從根本上規(guī)避伸縮縫滲水的不良情況。

1.2內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控

 智慧管廊內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控不僅需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管廊內(nèi)部的溫度濕度、風(fēng)速風(fēng)向、PM2.5、含氧量、積水量等基礎(chǔ)參數(shù)變化，還需要對(duì)管廊內(nèi)部有毒、易*氣體的占比進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以便于準(zhǔn)確評(píng)估綜合管廊是否存在影響人員安全的危險(xiǎn)隱患。表1展示的智慧管廊監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)有關(guān)于內(nèi)部環(huán)境的具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容，該系統(tǒng)還會(huì)定期生成內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)告，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)綜合管廊內(nèi)部問題、維護(hù)人身財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)也能為綜合管廊后續(xù)的維修保養(yǎng)提供可靠的參考數(shù)據(jù)。

表1內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控內(nèi)容一覽表

1.3管廊狀態(tài)監(jiān)控

 管廊狀態(tài)監(jiān)控指的是對(duì)管廊內(nèi)部給水、排水、熱力、天然氣等管道線路以及電力、通信線纜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，具體的監(jiān)測(cè)參數(shù)見表2。

表2管廊運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)參數(shù)一覽表

1.4日常運(yùn)維管理

 為了確保智慧管廊的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要做好管廊的日常運(yùn)維管理，這項(xiàng)工作通常情況下需要占據(jù)日常管理90%以上的時(shí)間，日常運(yùn)維管理工作主要圍繞基本管理及集成管理這兩個(gè)方面展開，對(duì)應(yīng)的管理監(jiān)測(cè)指標(biāo)如表3所示。通過對(duì)日常運(yùn)維數(shù)據(jù)的整合處理，為巡檢、維修、保養(yǎng)等計(jì)劃的制定提供參考數(shù)據(jù)，同時(shí)也有助于工單派發(fā)及結(jié)果溯源。

表3日常運(yùn)維管理監(jiān)測(cè)指標(biāo)

1.5應(yīng)急處理預(yù)警

 綜合管廊為市政工程項(xiàng)目涉及到的公共管線提供了一個(gè)相對(duì)安全可靠的環(huán)境，因此需要綜合考慮不同管線可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)事故問題，例如電纜起火、天然氣管道泄漏、給水管破裂等。此時(shí)就需要智慧管廊應(yīng)急處理預(yù)警系統(tǒng)發(fā)揮作用，當(dāng)綜合管廊內(nèi)部管線突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事故時(shí)，應(yīng)急處理預(yù)警系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，應(yīng)急預(yù)案管理功能則會(huì)根據(jù)管線實(shí)際險(xiǎn)情新建應(yīng)急預(yù)案，而應(yīng)急物資管理則有助于用戶清晰直觀的掌握應(yīng)急物資具體位置，以便一時(shí)間做出應(yīng)急響應(yīng)。當(dāng)突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事故處理完畢后，應(yīng)急處理預(yù)警系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)本次突發(fā)事件處理情況進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、信息總結(jié)、預(yù)案歸檔，以便經(jīng)驗(yàn)積累與后續(xù)管理。

2智慧管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)概念

2.1智慧管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)

 智慧管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)的平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)需要嚴(yán)格依照《城鎮(zhèn)綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51274）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約制定，該平臺(tái)囊括的數(shù)據(jù)層、中間層及應(yīng)用層對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)組成見圖1。數(shù)據(jù)層主要涵蓋了供配電、監(jiān)控、監(jiān)測(cè)等多個(gè)智能檢測(cè)模塊，收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息經(jīng)過解析整合經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸至中間層對(duì)應(yīng)模塊，以便于后續(xù)的分析處理。中間層是建立在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算兩大技術(shù)的基礎(chǔ)上，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合管廊相關(guān)信息的分類整合、數(shù)據(jù)挖掘及歸檔保存，為綜合管廊重要信息的存儲(chǔ)、運(yùn)維狀態(tài)的評(píng)估提供參考數(shù)據(jù)。應(yīng)用層將建筑信息模型、地理信息系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)這三大技術(shù)*合起來，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合管廊的三維立體可視化監(jiān)控，并且通過智能化虛擬場(chǎng)景運(yùn)維實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合管廊相關(guān)數(shù)據(jù)的分析整合、提前預(yù)警，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出可行的應(yīng)急救援指揮方案。

圖1智慧管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)

2.2智慧管廊監(jiān)控報(bào)警平臺(tái)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

 智慧管廊監(jiān)控報(bào)警平臺(tái)涉及到海量的數(shù)據(jù)信息，為了能夠更好的處理紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息，就需要一個(gè)可靠的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以便于確保相關(guān)數(shù)據(jù)信息得到同一規(guī)范的管廊。智慧管廊監(jiān)控報(bào)警平臺(tái)使用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要包含三維模型、管線布局、運(yùn)維監(jiān)控、綜合業(yè)務(wù)等多項(xiàng)數(shù)據(jù)管理功能，并且還需要開通專門的數(shù)據(jù)管理權(quán)限，以便于相關(guān)負(fù)責(zé)人隨時(shí)查看調(diào)取數(shù)據(jù)信息。為了保證不同智慧管廊監(jiān)控報(bào)警平臺(tái)的數(shù)據(jù)信息得以共享互通，還需要利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，為數(shù)據(jù)信息的交流互通提供穩(wěn)定可靠的傳輸渠道，避免數(shù)據(jù)丟失、竊取的同時(shí)也能保證數(shù)據(jù)信息得到*為合理的利用。

2.3智慧管廊監(jiān)控報(bào)警平臺(tái)的管廊模型

 智慧管廊監(jiān)控報(bào)警平臺(tái)利用建筑信息模型搭建了三維管廊模型，通過大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)直接從中調(diào)取信息，在此基礎(chǔ)上合理設(shè)置監(jiān)測(cè)位點(diǎn)、安裝調(diào)控設(shè)備，并利用減免優(yōu)化算法將相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行屬性劃分、模型抽取。三維管廊模型是以建筑信息模型技術(shù)及地理信息系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)建立的，因此能夠準(zhǔn)確、立體的呈現(xiàn)管廊真實(shí)狀態(tài)，因此能夠?yàn)橄嚓P(guān)決策的制定提供可靠的數(shù)據(jù)信息。

 智慧管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)模型是建立在建筑信息模型技術(shù)的集成上，利用eChart軟件將智能系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中處理與整合，歸檔保存動(dòng)態(tài)視頻的同時(shí)還會(huì)生成數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)曲線，以便于對(duì)綜合地下管廊的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與管理。產(chǎn)生的土建、設(shè)備數(shù)據(jù)信息以IFC或xBIM的格式融入數(shù)據(jù)整合與監(jiān)控系統(tǒng)，因此能夠?qū)⒕C合地下管廊空間維度信息*面系統(tǒng)的保存下來，以便于后續(xù)工作的開展。

3智慧管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)主要功能

3.1三維立體可視化監(jiān)控

 智慧管廊監(jiān)控報(bào)警平臺(tái)在建筑信息模型技術(shù)與地理信息系統(tǒng)技術(shù)的共同作用下具備三維立體可視化監(jiān)控功能，因此能夠清晰直觀的展示智慧管廊的系統(tǒng)布線、設(shè)施配備、位置布局等基本參數(shù)信息，并且能夠提供可視化的監(jiān)控服務(wù)，以便于相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)綜合管廊進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控與管理。建筑信息模型技術(shù)搭建的智慧管理數(shù)據(jù)模型不僅能夠?yàn)榍捌诘姆桨敢?guī)劃與設(shè)計(jì)、施工管理與維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持，還能夠保證后期運(yùn)營工作的順利開展，同時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的全數(shù)字化監(jiān)測(cè)與管理。

3.2智能化虛擬場(chǎng)景運(yùn)維

 智慧管廊監(jiān)控報(bào)警平臺(tái)有助于實(shí)現(xiàn)巡檢監(jiān)察、運(yùn)營維護(hù)、應(yīng)急作業(yè)等操作流程的智能管理，依托可視化信息平臺(tái)完成項(xiàng)目審查、派單跟蹤、執(zhí)行監(jiān)管、歸檔保存等全自動(dòng)運(yùn)維管理。借助VR/AR信息技術(shù)及建筑信息模擬技術(shù)能夠?qū)⒅腔酃芾日w構(gòu)建情況以3D虛擬動(dòng)畫的形式展現(xiàn)出來，管理人員無需親臨現(xiàn)場(chǎng)就能掌握智慧管廊的總體布局，同時(shí)還能完成相應(yīng)的人員技能操作培訓(xùn)、遠(yuǎn)程維護(hù)檢修指導(dǎo)、隱匿工程操作查詢等相應(yīng)工作，進(jìn)一步的減少運(yùn)維開支、保證巡檢效率。

3.3數(shù)據(jù)分析與提前預(yù)警

 綜合管廊的運(yùn)營管理會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，如何對(duì)其進(jìn)行整合處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)需要引起管理人員的格外重視。智慧管理監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)提供的設(shè)備信息查詢功能有助于在三維立體視角下準(zhǔn)確定位相關(guān)設(shè)備位置、清晰展示設(shè)備數(shù)據(jù)，涵蓋的數(shù)據(jù)信息處理模塊能夠?qū)芾热粘＿\(yùn)維產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行歸檔整理，通過相關(guān)程序的設(shè)定*準(zhǔn)挖掘故障信息、及時(shí)發(fā)出告警指令，以此提醒相關(guān)工作人員盡快處理故障問題，為智慧管廊的安全、穩(wěn)定運(yùn)營提供準(zhǔn)確可靠的參考信息。利用地理數(shù)據(jù)信息技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)綜合地下管廊的可視化管理，通過信息檢索、數(shù)據(jù)查詢、空間定位等多種功能，使得工單派發(fā)、任務(wù)調(diào)度工作變得更為高/便捷，相關(guān)負(fù)責(zé)人也能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控相關(guān)工作的實(shí)際開展情況。

3.4設(shè)計(jì)應(yīng)急救援指揮方案

 根據(jù)實(shí)際情況合理制定應(yīng)急救援指揮方案，確保管廊上的各個(gè)監(jiān)控模塊全部由同一系統(tǒng)集成管理，并搭建聯(lián)動(dòng)響應(yīng)機(jī)制，以便于在發(fā)現(xiàn)異常故障問題時(shí)能夠精*定位故障發(fā)生位置，系統(tǒng)分析故障出現(xiàn)原因，并對(duì)出現(xiàn)的應(yīng)急事件進(jìn)行危險(xiǎn)度分層及遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過對(duì)應(yīng)急救援指揮方案的歸檔整理、數(shù)據(jù)分析，為應(yīng)急救援指揮方案的優(yōu)化累積經(jīng)驗(yàn)，為智慧管廊監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的進(jìn)一步完善夯實(shí)基礎(chǔ)。與此同時(shí)也能為相關(guān)負(fù)責(zé)人的應(yīng)急救援指揮工作的協(xié)調(diào)管理提供可靠的分析數(shù)據(jù)，以此*大限度的降低突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事件的危害程度。

4 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)

4.1平臺(tái)概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)于一體，為建立可靠、安全、*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(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率。

4.2平臺(tái)組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺(tái)，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(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)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(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時(shí)滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、*效、有序的要求。

4.3平臺(tái)拓?fù)?/span>

4.4平臺(tái)子系統(tǒng)

4.4.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)控主要針對(duì)10/0.4kV地面或地下變電所，對(duì)變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)0.4kV出線配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于測(cè)控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等。

4.4.2環(huán)境監(jiān)測(cè)

環(huán)境監(jiān)測(cè)包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃?xì)怏w濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警，同時(shí)也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

4.4.3電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對(duì)配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)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(shí)時(shí)顯示，并且對(duì)UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，發(fā)生異常時(shí)通過聲光、短信、APP及時(shí)預(yù)警。

4.5相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單

4.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.2電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.3消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.5消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

5結(jié)語

 地下綜合管廊是維持城市發(fā)展、企業(yè)生產(chǎn)及公眾生活的重要市政基礎(chǔ)設(shè)施，不僅能夠大幅降低市政管線后期維護(hù)檢修難度，還有助于從根本上消除“馬路拉鏈”問題，以此避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。智慧管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)有助于地下綜合管廊的日常管理智能化，能夠滿足土建結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控、管廊狀態(tài)監(jiān)控、日常運(yùn)維管理及應(yīng)急處理預(yù)警等多種功能需求。由此可見，智慧管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)能夠?qū)芾葍?nèi)部環(huán)境、機(jī)械設(shè)備設(shè)施、管線運(yùn)行狀況進(jìn)行全過程跟蹤與管廊，因此能夠*方位的保障環(huán)境、設(shè)備及人員的安全，進(jìn)而為城市化進(jìn)程的推進(jìn)夯實(shí)市政設(shè)施基礎(chǔ)。