【解決方案】智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設計

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

 城市化進程的推進有助于社會的發(fā)展以及市政項目的開展，地下管線在市政項目公共基礎設施中占據(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，不僅嚴重影響了生產(chǎn)、生活秩序，還造成了很多不必要的經(jīng)濟損失。為了從根本上消除“馬路拉鏈”問題，我國一時間發(fā)現(xiàn)定位管線故障，為日常維護與檢修提供準確的數(shù)據(jù)信息。

1智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)總體需求

1.1土建結構監(jiān)測

 使用專門的測量儀器分別對主體結構沉降狀態(tài)、應力應變情況、外部水壓力、伸縮縫實際寬度等指標進行動態(tài)監(jiān)測與管理，通過閾值設定分析檢測信息，及時發(fā)現(xiàn)故障問題、發(fā)出告警信息。相關監(jiān)測指標的具體要求為：

（1）主體結構沉降狀態(tài)監(jiān)測：借助水準儀、全站儀對綜合管廊主體結構沉降狀態(tài)進行*對值和相對值的動態(tài)監(jiān)測與分析，相關工作人員手動錄入采集處理后的數(shù)據(jù)信息。

（2）應力應變情況監(jiān)測：借助錨桿將振弦式應變計分別固定于地下混凝土結構的兩端位置，以此實時監(jiān)測綜合管廊應力變化情況。

（3）外部水壓力：通過將振弦式滲壓計固定在地下混凝土外側的方式，實時監(jiān)測混凝土結構的壓力變化情況，進而計算分析外部水水壓對于綜合管廊主體結構的影響。

（4）伸縮縫實際寬度監(jiān)測：為了確保綜合管廊主體結構穩(wěn)定性，在施工建設時會在沿著管廊走向間隔設置伸縮縫，通過在伸縮縫表面安裝測縫計的方式動態(tài)監(jiān)測伸縮縫實際寬度，以便于從根本上規(guī)避伸縮縫滲水的不良情況。

1.2內部環(huán)境監(jiān)控

 智慧管廊內部環(huán)境監(jiān)控不僅需要實時監(jiān)測管廊內部的溫度濕度、風速風向、PM2.5、含氧量、積水量等基礎參數(shù)變化，還需要對管廊內部有毒、易*氣體的占比進行動態(tài)監(jiān)測，以便于準確評估綜合管廊是否存在影響人員安全的危險隱患。表1展示的智慧管廊監(jiān)控報警系統(tǒng)有關于內部環(huán)境的具體監(jiān)測內容，該系統(tǒng)還會定期生成內部環(huán)境監(jiān)測報告，有助于及時發(fā)現(xiàn)綜合管廊內部問題、維護人身財產(chǎn)安全，同時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內部環(huán)境監(jiān)控內容一覽表

1.3管廊狀態(tài)監(jiān)控

 管廊狀態(tài)監(jiān)控指的是對管廊內部給水、排水、熱力、天然氣等管道線路以及電力、通信線纜的運行狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)控，具體的監(jiān)測參數(shù)見表2。

表2管廊運行狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)一覽表

1.4日常運維管理

 為了確保智慧管廊的正常運轉，需要做好管廊的日常運維管理，這項工作通常情況下需要占據(jù)日常管理90%以上的時間，日常運維管理工作主要圍繞基本管理及集成管理這兩個方面展開，對應的管理監(jiān)測指標如表3所示。通過對日常運維數(shù)據(jù)的整合處理，為巡檢、維修、保養(yǎng)等計劃的制定提供參考數(shù)據(jù)，同時也有助于工單派發(fā)及結果溯源。

表3日常運維管理監(jiān)測指標

1.5應急處理預警

 綜合管廊為市政工程項目涉及到的公共管線提供了一個相對安全可靠的環(huán)境，因此需要綜合考慮不同管線可能出現(xiàn)的風險事故問題，例如電纜起火、天然氣管道泄漏、給水管破裂等。此時就需要智慧管廊應急處理預警系統(tǒng)發(fā)揮作用，當綜合管廊內部管線突發(fā)風險事故時，應急處理預警系統(tǒng)將會發(fā)出報警信息，應急預案管理功能則會根據(jù)管線實際險情新建應急預案，而應急物資管理則有助于用戶清晰直觀的掌握應急物資具體位置，以便一時間做出應急響應。當突發(fā)風險事故處理完畢后，應急處理預警系統(tǒng)還會根據(jù)本次突發(fā)事件處理情況進行數(shù)據(jù)匯總、信息總結、預案歸檔，以便經(jīng)驗積累與后續(xù)管理。

2智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設計概念

2.1智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)平臺架構

 智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)的平臺架構設計需要嚴格依照《城鎮(zhèn)綜合管廊監(jiān)控與報警技術標準》（GB/T51274）標準規(guī)約制定，該平臺囊括的數(shù)據(jù)層、中間層及應用層對應的系統(tǒng)組成見圖1。數(shù)據(jù)層主要涵蓋了供配電、監(jiān)控、監(jiān)測等多個智能檢測模塊，收集到的相關數(shù)據(jù)信息經(jīng)過解析整合經(jīng)由網(wǎng)絡系統(tǒng)傳輸至中間層對應模塊，以便于后續(xù)的分析處理。中間層是建立在大數(shù)據(jù)、云計算兩大技術的基礎上，以此實現(xiàn)對綜合管廊相關信息的分類整合、數(shù)據(jù)挖掘及歸檔保存，為綜合管廊重要信息的存儲、運維狀態(tài)的評估提供參考數(shù)據(jù)。應用層將建筑信息模型、地理信息系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)監(jiān)測這三大技術*合起來，以此實現(xiàn)對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景運維實現(xiàn)對綜合管廊相關數(shù)據(jù)的分析整合、提前預警，在此基礎上設計出可行的應急救援指揮方案。

圖1智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)平臺架構

2.2智慧管廊監(jiān)控報警平臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

 智慧管廊監(jiān)控報警平臺涉及到海量的數(shù)據(jù)信息，為了能夠更好的處理紛繁復雜的數(shù)據(jù)信息，就需要一個可靠的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以便于確保相關數(shù)據(jù)信息得到同一規(guī)范的管廊。智慧管廊監(jiān)控報警平臺使用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要包含三維模型、管線布局、運維監(jiān)控、綜合業(yè)務等多項數(shù)據(jù)管理功能，并且還需要開通專門的數(shù)據(jù)管理權限，以便于相關負責人隨時查看調取數(shù)據(jù)信息。為了保證不同智慧管廊監(jiān)控報警平臺的數(shù)據(jù)信息得以共享互通，還需要利用云計算、大數(shù)據(jù)等技術，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)控報警平臺的管廊模型

 智慧管廊監(jiān)控報警平臺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)測技術直接從中調取信息，在此基礎上合理設置監(jiān)測位點、安裝調控設備，并利用減免優(yōu)化算法將相關數(shù)據(jù)信息進行屬性劃分、模型抽取。三維管廊模型是以建筑信息模型技術及地理信息系統(tǒng)技術為基礎建立的，因此能夠準確、立體的呈現(xiàn)管廊真實狀態(tài)，因此能夠為相關決策的制定提供可靠的數(shù)據(jù)信息。

 智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)模型是建立在建筑信息模型技術的集成上，利用eChart軟件將智能系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)信息進行集中處理與整合，歸檔保存動態(tài)視頻的同時還會生成數(shù)據(jù)監(jiān)測曲線，以便于對綜合地下管廊的實際運轉情況進行動態(tài)監(jiān)測與管理。產(chǎn)生的土建、設備數(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)，因此能夠將綜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)控報警平臺在建筑信息模型技術與地理信息系統(tǒng)技術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，以便于相關負責人對綜合管廊進行動態(tài)監(jiān)控與管理。建筑信息模型技術搭建的智慧管理數(shù)據(jù)模型不僅能夠為前期的方案規(guī)劃與設計、施工管理與維護提供數(shù)據(jù)支持，還能夠保證后期運營工作的順利開展，同時也能夠實現(xiàn)對基礎設施的全數(shù)字化監(jiān)測與管理。

3.2智能化虛擬場景運維

 智慧管廊監(jiān)控報警平臺有助于實現(xiàn)巡檢監(jiān)察、運營維護、應急作業(yè)等操作流程的智能管理，依托可視化信息平臺完成項目審查、派單跟蹤、執(zhí)行監(jiān)管、歸檔保存等全自動運維管理。借助VR/AR信息技術及建筑信息模擬技術能夠將智慧管廊整體構建情況以3D虛擬動畫的形式展現(xiàn)出來，管理人員無需親臨現(xiàn)場就能掌握智慧管廊的總體布局，同時還能完成相應的人員技能操作培訓、遠程維護檢修指導、隱匿工程操作查詢等相應工作，進一步的減少運維開支、保證巡檢效率。

3.3數(shù)據(jù)分析與提前預警

 綜合管廊的運營管理會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，如何對其進行整合處理，及時發(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)控報警系統(tǒng)提供的設備信息查詢功能有助于在三維立體視角下準確定位相關設備位置、清晰展示設備數(shù)據(jù)，涵蓋的數(shù)據(jù)信息處理模塊能夠對管廊日常運維產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進行歸檔整理，通過相關程序的設定*準挖掘故障信息、及時發(fā)出告警指令，以此提醒相關工作人員盡快處理故障問題，為智慧管廊的安全、穩(wěn)定運營提供準確可靠的參考信息。利用地理數(shù)據(jù)信息技術有助于實現(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)、任務調度工作變得更為高/便捷，相關負責人也能夠實時監(jiān)控相關工作的實際開展情況。

3.4設計應急救援指揮方案

 根據(jù)實際情況合理制定應急救援指揮方案，確保管廊上的各個監(jiān)控模塊全部由同一系統(tǒng)集成管理，并搭建聯(lián)動響應機制，以便于在發(fā)現(xiàn)異常故障問題時能夠精*定位故障發(fā)生位置，系統(tǒng)分析故障出現(xiàn)原因，并對出現(xiàn)的應急事件進行危險度分層及遠程監(jiān)控。通過對應急救援指揮方案的歸檔整理、數(shù)據(jù)分析，為應急救援指揮方案的優(yōu)化累積經(jīng)驗，為智慧管廊監(jiān)控報警系統(tǒng)的進一步完善夯實基礎。與此同時也能為相關負責人的應急救援指揮工作的協(xié)調管理提供可靠的分析數(shù)據(jù)，以此*大限度的降低突發(fā)風險事件的危害程度。

4 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

4.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，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、系統(tǒng)架構、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)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(xié)調復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環(huán)境和設備的使用和恢復效率。

4.2平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，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(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、*效、有序的要求。

4.3平臺拓撲

4.4平臺子系統(tǒng)

4.4.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)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(jiān)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(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)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。

4.4.2環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)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(shù)據(jù)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(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)針對配電系統(tǒng)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(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

4.5相關平臺部署硬件選型清單

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

4.5.2電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.3消防設備電源監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.5消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)

5結語

 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設施，不僅能夠大幅降低市政管線后期維護檢修難度，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)濟損失。智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)有助于地下綜合管廊的日常管理智能化，能夠滿足土建結構監(jiān)測、內部環(huán)境監(jiān)控、管廊狀態(tài)監(jiān)控、日常運維管理及應急處理預警等多種功能需求。由此可見，智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)能夠對管廊內部環(huán)境、機械設備設施、管線運行狀況進行全過程跟蹤與管廊，因此能夠*方位的保障環(huán)境、設備及人員的安全，進而為城市化進程的推進夯實市政設施基礎。