淺談地下綜合管廊機電設備監控系統

黃琴

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境質量，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控系統的功能、結構及實現方案。對入廓管線運行狀態、管廊環境安全及維護人員進行監控和管理，使地下管廊內設備的運行狀態和管廊的環境狀態一目了然，保證城市地下管廊的安全運行，實現城市地下管廊的“自動化監控、智能化管理"。

關鍵詞：地下管廊；安全監控；環境監控；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。在發達國家城市發展現代化、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年以來先后印發了《國務院關于加強城市基礎設施建設的意見》（國發〔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〔2014〕27號）《關于推進城市綜合管廊建設的指導意見》（國辦發〔2015〕61號），2015年6月又發布了《城市綜合管廊工程技術規范》，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監控系統功能

根據國家《城市綜合管廊工程技術規范》(GB50838—2015)要求，城市地下綜合管廊（圖1)要設置監控系統。監控系統是采用計算機技術、通信技術、控制技術，對管廊各專業管線（電力電纜、給排水管、燃氣管道）運行安全、管廊環境（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）進行監控和管理的系統。使地下管廊內設備的運行狀態和管廊的環境狀態一目了然，實現“自動化監控、智能化管理"。圖2顯示了城市地下綜合管廊監控系統功能。

圖2城市地下綜合管廊監控系統功能

1.1管廊環境安全監控

1)管廊有毒有害氣體監測：實現管廊內一氧化碳、硫化氫.、甲烷及空氣含氧量的遠程監測，并通過現場的LED屏實時顯示相應區域的有害氣體含量^超標時實現與風機的聯動控制，保證進入管廊人員的安全。

2)管廊淹積水監測：實現管廊內積水井水位監測，水泵聯動控制。

3)超限報警：環境參數超標自動報警，在監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)管廊內供電設施監控：監測管廊供電系統開關分合狀態，電能參數等。

1.2管廊防入侵及人員安全監控

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，監控中心對井蓋/出入口的異常狀況發出視聽告警，集中監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，只有經授權的人員在授權時間內可進入綜合管廊，并采用定位系統實現對進入管廊內的人員進.行位置定位及人員軌跡跟蹤，實時拿握管廊內人員的實際位置，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，在管廊內建設通信系統，實現管廊內與監控中心之間的應急通信。

5)公共廣播：在管廊內設置公共廣播，緊急情況下，指揮管廊內人員安全疏散。

1.3專業管線狀態監測

1)電力電纜運行狀態監測：對入廊的電力電纜進行電纜運行電流監測、高壓電纜護層接地環流監測和高壓電纜接頭溫度監測，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分析。

2)給排水管網狀態監測：對入廊的給水管進行漏水、流量監測，異常時關斷管路緊急切斷閥門。

3)燃氣管網狀態監測：對入廊的燃氣管道進行漏氣監測，異常時關斷管路緊急切斷閥門，保障燃氣管網的安全運行。

1.4視頻圖像監控

1)出入口視頻圖像監控：在管廊井蓋/出入口安裝攝像機，實現與井蓋/出入口監控系統的聯動，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控：在管廊內主要設備處安裝攝像機，實時監視現場設備的狀況。

3)視頻圖像偵測：視頻監控系統除了具備數字化攝像監控系統自身的視頻采集、存儲、報警、聯動等基本功能外，還具備圖像分析處理能力，對寧進入非法闖入行為自動報警。

2地下管廊監控系統的應用

昆明市某地下綜合管廊，位于昆明滇池國際會展中心區域，長度7.6km，設電力倉和管道倉2個，其斷面結構如圖3所示

圖3昆明某地下綜合管廊斷面圖

該管廊內設置監控系統，其實現方案如下:

2.1系統結構

監控系統采用“分散控制，集中管理"的原則，系統由中心）、區域監控層（分控站）及監控終端層構成（圖4）

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

區域監控層（即分控站）：將監控終端的數據信息上傳到中心控制層對監控終端下達控制指令，實現對本管廊內風機、水泵、出入口等控制終端的遠程控制。

監控終端層：包括各類采集器、現場控制器及通信設備，實現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綜合管廊監控系統結構圖

2.2監控分區

地下綜合管廊每200m設一個防火分區，防火分區之間用防火門分隔。監控系統也按防火分區設監控分區，每個監控分區對防火分區內的管廊有害氣體、淹積水、溫濕度進行采集，對風機、水泵、照明等進行監控。

每個監控分區設監控主機1臺，采用可編程控制器（PLC)。分區內的氣體探測器通過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控制總線與監控主機相聯實現控制。每個監控分區設1臺工業交換機，將分區監控主機PLC、視頻信號、LED屏、應急等信息匯集向管廊的本地監控站或管廊區域監控中心上傳。圖5為監控分區設備聯接圖。

2.3通信

地下綜合管廊長度一般在幾百米到幾千米之間，劃分為多個監控分區。通信傳輸網絡采用業光纖環網構建整個監控系統的數據通信傳輸網絡，以監控中心為節點敷設6芯單模鎧裝信號光纜作為通信主干，每個監控分區設置1臺工業級光纖環網交換機，作為該監控分區所有監測數據的傳輸節點，光纖環網交換機等級達到IP66,保障系統通信帶寬的同時保障網絡的可靠性。每個監控分區設置的光纖環網交換機負責該防區的所有網絡通信設備的數據接入（監測、控制、視頻、語音、消防）及傳輸，并支持網絡管理。

圖5監控分區設備聯接圖

2.4監控管理平臺

在監控中心示意圖，圖7是監控管理平臺功能圖，圖8是監控管理平臺結構圖。

圖6監控中心示意圖

圖7監控管理平臺功能

圖8監控管理平臺結構

監控管理平臺可實現如下功能：

1)集中設備管理：通過登錄監控中心管理平臺可對綜合管廊內所有監測設備進行統一管理監控。

2)智能分析：系統管理平臺內置智能分析數據庫動對實時采集的數據進行分析判斷，并與歷史數據進行對比，為用戶提供參考數據。

3)GIS地圖顯示：可將管轄范圍內的設備準確地在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數據進行定位，如圖9所示。

4)WEB參數配置：管理人員可在監控中心通過工程師站對綜合管廊內設備進行遠程參數調整配置。

5)WEB服務管理：服務器具備*的WEB服務器管理功能，方便管理系統設備和各種資源。

6)網絡安全特性：采用CHAP協議認證、DES加密進行視頻數據保護，保證網絡通信安全可靠。

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

8)操作記錄查詢：系統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容進行系統的分析統計。

9)日志管理：服務器具備*的日志功能，便于查詢和整理。

10)自動生成各種歷史表格。管理平臺可根據用戶需求自動生成各種歷史數據、報警數據、歷史曲線等多種數據表格，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，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送至相關負責人員手機。

圖10井蓋/出入口控制/狀態

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控、能源管理、電氣安全、照明控制、環境監測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網絡、系統架構、聯動控制和綜合數據服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、使用單位多及協調復雜的根本問題，大大提高了系統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環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變電站電力監控系統、變電所環境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，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控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

3.3平臺拓撲

3.4平臺子系統

3.4.1電力監控

電力監控主要針對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和用能情況，可實時監控高低壓供配電系統開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

3.4.2環境監測

環境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方系統完成管廊環境綜合監控。

3.4.3電氣安全

 AcrelEMS-UT能效管理系統針對配電系統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、防火門狀態傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

3.5相關平臺部署硬件選型清單

3.5.1電力監控及配電室環境監控系統

3.5.2電氣火災監控系統

                                                                                                        3.5.3消防設備電源監控系統

3.5.4防火門監控系統

                                                                                                   3.5.5消防應急照明和疏散指示系統

4結語

城市地下綜合管廊監控系統實施后，實現了地下綜合管廊內環境設備運行狀況的實時監測和控制，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、便利的環境保障。

監控系統可對管廊內各類型參數進行數據采集、存儲及分析，實現故障、報警、安全等事件/事故息的處理并進行反饋控制。監控中心可實時動態顯示管廊內各設備的狀態、環境參數及其趨勢，實現各種報表的打印，并將前端設備的狀態、環境參數以及監控視頻圖像實時顯示，使管廊內設備的運行狀態和管廊的環境狀態一目了然，實現“自動化監控、智能化管理"。

監控中心采用專業化的系統管理平臺綜合分析研判聚各類數據信息，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業務部門協調聯動，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控系統研究及應用.

【3】安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05

作者簡介：黃琴，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監控研究發展。