摘要：在城市化發(fā)展進(jìn)程中，城市綜合管廊綜合體作為市政管網(wǎng)的全新模式，得到了國家政策的大力支持，城市管廊的病害特征以及運行安全問(wèn)題得到了業(yè)內人士的高度關(guān)注。鑒于此，本文以L(fǎng)P地下綜合管廊工程作為案例，分析城市綜合管廊環(huán)境與設備監控系統施工技術(shù)，設計城市綜合管廊環(huán)境與設備監控系統，為城市綜合管廊工程提供參考。

關(guān)鍵詞：城市綜合管廊；環(huán)境與設備監控系統；技術(shù)應用

0引言

隨著(zhù)我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對于大中城市的規劃建設愈發(fā)密集，甚至部分城市患上“城市病"，受到了地上電網(wǎng)、電桿的彌補形成以及地下管線(xiàn)更新、故障等因素的影響，需反復挖開(kāi)地面，不僅影響城市建設用地與市容市貌，同時(shí)也帶來(lái)了高昂的施工成本與巨大的施工隱患。綜合管廊是以集約化設計作為規劃理念，可對于市政管線(xiàn)進(jìn)行統一化管理，城市規劃中地下綜合管廊建設可滿(mǎn)足城市對于新道路的功能要求，有利于市政管線(xiàn)的維護與保養，強化城市的綜合承載力，也大大提升城市的服務(wù)水平。一旦綜合管廊結構出現較大變形無(wú)法及時(shí)修復時(shí)，將會(huì )影響內部管網(wǎng)的正常應用，導致管線(xiàn)出現損壞大大增加火災、爆炸等安全事故的發(fā)生概率。城市綜合管廊環(huán)境與設備監控系統的設計應用，能夠大大提升管線(xiàn)安全運行效率，大大降低安全風(fēng)險發(fā)生概率。

1項目概述

1.1項目簡(jiǎn)述

LP地下綜合管廊工程項目全長(cháng)供給3km，共分為三艙分別是電力艙、熱力水信艙以及天然氣艙。環(huán)境與設備監控系統主機放置在分控中心，對于各個(gè)區域進(jìn)行管控的設備放置在風(fēng)機房?jì)?。LP地下綜合管廊工程內所收容的管線(xiàn)種類(lèi)相對較多，且大部分的管道具備危險性特征，在應用期間容易出現觸電、有毒有害氣體泄漏以及爆炸性氣體泄漏的情況，影響綜合管廊的安全應用，因此，環(huán)境與設備監控系統的安全對于安全事故的預防有著(zhù)重要的意義。

1.2綜合管廊病害特征

地下綜合管廊作為城市生命線(xiàn)工程項目，對于整個(gè)城市發(fā)展均有著(zhù)很大的影響，但LP地下綜合管廊工程的管廊跨度大、軸向剛度低，在運行過(guò)程中容易受到地質(zhì)條件與外界環(huán)境的影響，因此容易引發(fā)次生災害的出現，繼而給LP地下綜合管廊工程項目帶來(lái)利益損傷。

（1）不均性沉降。LP地下綜合管廊工程修建于淺層地下，廊體狹長(cháng)且采取分段拼接方法鋪設完成，容易受到水文地質(zhì)條件以及周邊人類(lèi)活動(dòng)的影響，繼而導致廊體結構出現不均性的沉降。

（2）裂縫。LP地下綜合管廊工程主要采取多段管廊拼接的施工方法，一旦管廊出現廊體剛度分布不均勻，繼而產(chǎn)生裂縫。同時(shí)，在水體以及其他類(lèi)型腐蝕性物質(zhì)的影響下，廊體也將會(huì )出現腐蝕裂縫。

（3）收斂變形。管廊隧道在開(kāi)挖掘進(jìn)期間，挖掘區域周邊土地將會(huì )出現地應力重分布，隧道表面土地向隧道洞收攏變形，這一變形趨勢也被稱(chēng)為管廊收斂。LP地下綜合管廊工程的收斂變形程度受到管廊尺寸、巖體成分以及挖掘方法等因素的影響。

2環(huán)境與設備監控系統施工技術(shù)應用

2.1管廊環(huán)境監控技術(shù)應用

管廊環(huán)境主要包含濕度、溫度、有害氣體、水泵、風(fēng)機等相關(guān)內容，環(huán)境監控主要是對以上內容進(jìn)行檢測。管廊內部本身是相對封閉的空間，能夠設置的逃生出口有限，只有保證管廊內部有害氣體、溫度以及濕度等內容的安全性，才能允許檢查維護人員進(jìn)入管廊內部。監控系統的設計應用能給確保管廊環(huán)境的安全性，當廊內氧氣過(guò)低以及溫度濕度過(guò)高的情況下，監測系統將會(huì )自動(dòng)發(fā)出警報并開(kāi)啟通風(fēng)設備，并強行進(jìn)行換氣處理，讓積水坑的水位過(guò)高時(shí)也會(huì )發(fā)出警報，并立刻停止排水泵的運行。

2.2火災監控技術(shù)應用

火災監控技術(shù)主要應用光纖測溫機以及感溫光纖等作為管廊的火災檢測裝置。測溫光纖主要負責確定火災發(fā)生的具體位置，并將相關(guān)信息直接傳輸給光纖測溫主機。測溫光纖主機設計應用的任務(wù)主要是將火災的發(fā)生位置、溫度以及報警型號直接傳輸給火災報警裝置，而火災報警系統再發(fā)動(dòng)消防聯(lián)動(dòng)信號。同時(shí)，在部分管廊內部設置感溫光纖測溫的火災監測裝置，感溫裝置能夠感受阻燃與耐火的電力電纜。

2.3傳輸主干網(wǎng)設計應用

為了能夠構建一個(gè)安全可靠的通信通道，可將管廊內部的PLC控制器、門(mén)禁監控系統以及巡更管理系統等與監控中心構建傳輸主干網(wǎng)，充分結合綜合管廊的特點(diǎn)與走向，設置兩個(gè)千兆光纖環(huán)網(wǎng)的傳輸主干網(wǎng)，同時(shí)，需要設置兩臺S9700的核心層交換機，在項目施工現場(chǎng)

設置120臺的S2700接入層交換機，并創(chuàng )建安全可靠的通信通道。

2.4安防技術(shù)應用

在綜合管廊項目的投料口以及機械通風(fēng)口位置設置防入侵系統，借助傳感器技術(shù)以及電子信息技術(shù)進(jìn)行探測，針對非法進(jìn)入以及意圖非法進(jìn)入設防區域行為進(jìn)行指示，及時(shí)處理報警信息、發(fā)出警報。同時(shí)也可在投料口以及機械通風(fēng)口設置紅外對射探測器，幫助系統自動(dòng)事兒別非法侵入的數據信息，經(jīng)過(guò)探測器的準確判斷后，將相關(guān)數據信息直接創(chuàng )術(shù)給報警控制系統，繼而發(fā)出相應的報警信號。此外，入侵的片段也會(huì )直接傳送至指揮調度中心顯示屏內顯示入侵區域的視頻信號。

2.5聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)應用

排風(fēng)機自動(dòng)系統的設計應用可根據市場(chǎng)溫度自行開(kāi)啟通風(fēng)機，在24h內自動(dòng)完成通風(fēng)工作。自控系統可在人員進(jìn)入管廊內部自動(dòng)提前通風(fēng)換氣，*大程度保障技術(shù)人員的個(gè)人安全。與此同時(shí)，也能根據火災報警系統以及燃氣探測報警系統的各項需求，自動(dòng)化控制通風(fēng)排

風(fēng)機的安全運行，如若發(fā)生排風(fēng)機系統與火災報警系統同時(shí)作用的情況下，火災報警系統將會(huì )優(yōu)先動(dòng)作。在進(jìn)行集水坑位運行管控方面，消防系統設計可在集水坑內安裝壓差液位計，集水坑位的具體水位信息、排水泵啟、停、故障等狀態(tài)可顯示在監控中心發(fā)出相應的警報，借由遠程控制措施來(lái)開(kāi)關(guān)電控井蓋。

2.6燃氣探測報警技術(shù)應用

綜合管廊項目中的燃氣探測報警技術(shù)主要設置在燃氣監控工作站以及燃氣探測報警主機，管廊中的燃氣倉需要設計氣體報警系統、聲光報警系統、燃氣探測器等部分構成。燃氣倉每個(gè)防火分區擁有一臺探測儀控制箱，在其中布置氣體報警控制器，收集現場(chǎng)燃氣探測器的信息充分顯示出現。每個(gè)探測器以及控制器均有自動(dòng)報警裝置，在燃氣探測器檢測值燃氣濃度達到報警要求后，將會(huì )立即發(fā)出警報信號，監控中心可收到報警信息與檢測燃氣濃度值。

氣體報警控制器運行流程，為天然氣管艙內的天然氣濃度值達到可預報值時(shí)，管理系統將會(huì )啟動(dòng)燃氣事故區域以及相鄰區域的排風(fēng)機以及送風(fēng)機，有效降低天然氣濃度，同時(shí)也可將報警信號直接傳輸至火災自動(dòng)報警系統的控制器。燃氣探測器與聲光報警系統需要按照總

線(xiàn)連接至分區氣體的報警控制器，同時(shí)，在燃氣管道的連接區域以及閥門(mén)區域等安裝燃氣探測器，每間隔15m安裝探測器。聲光探測器需要安裝防火分區，兩端的距離需要低于15m，且每間隔30m安裝聲光報警器。

2.7消防聯(lián)動(dòng)技術(shù)應用

自動(dòng)狀態(tài)下所設計的消防安全系統，能夠借助火災檢測裝置在檢測到火災的很快時(shí)間內啟動(dòng)事先編制好的消防方案，積極開(kāi)展消防設備的管理工作，如果切斷非消防電源時(shí)，需要先啟動(dòng)排風(fēng)機進(jìn)行排煙并開(kāi)啟滅火裝置。在手動(dòng)狀態(tài)下相關(guān)人員則需要在確定火災具體情況后啟動(dòng)消防員，有效管控消防設備，手動(dòng)控制相關(guān)報警設備與消防設備的開(kāi)關(guān)。

3城市綜合管廊結構安全監控系統設計

3.1監控系統設計

城市綜合管廊結構安全監控系統設計應用階段，施工人員需要在管廊結構布設智能傳感器，對于結構主體以及管廊主要構件收斂變形、裂縫開(kāi)展以及不均勻沉降等病害信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，借助數據采集終端以及通信技術(shù)實(shí)時(shí)數據信息的自動(dòng)化采集與傳輸。云端可結合管廊及其他監測系統所采集的各類(lèi)型信息數據進(jìn)行整理，借助海量異構數據信息實(shí)時(shí)綜合性的分析評估作業(yè)，實(shí)現管廊結構全生命周期的安全監測與監測數據實(shí)時(shí)可視化，在綜合管廊發(fā)生破壞前及時(shí)發(fā)布報警預警信息。城市綜合管廊結構安全監控系統架構包含數據感知、數據傳輸、云平臺以及數據管理應用四個(gè)方面。

城市綜合管廊結構安全監控系統架構設計如圖1所示。

圖1?城市綜合管廊結構安全監控系統架構

3.2數據感知模塊設計

這一模塊設計主要通過(guò)各種類(lèi)型智能傳感器以及檢測儀器設備，對于管廊主體結構中可能存在的收斂變形、裂縫開(kāi)展以及管片錯動(dòng)等病害進(jìn)行自動(dòng)化測量，對于管廊結構的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)感知。同時(shí)，需要結合監控系統當中的智能巡檢模塊，而日常巡檢工作人員需要借助智能巡檢模塊，而日常巡檢工作人員則可以通過(guò)應用工業(yè)智能機并借助智能巡檢APP任務(wù)驅動(dòng)式方法開(kāi)展巡檢作業(yè)。對于施工現場(chǎng)中的管廊結構信息、管線(xiàn)工作情況、廊內運營(yíng)以及周邊環(huán)境等情況進(jìn)行無(wú)紙化記錄采集，借助照片直觀(guān)了解管廊結構的主要損傷情況。與此同時(shí)，可通過(guò)定期利用三維激光掃描儀完整的掃描管廊內部的斷面情況，借助海量點(diǎn)云數據實(shí)現管廊結構的三維重建。此外，需要將各種類(lèi)型的數據信息匯集至綜合數據采集儀中，利用通信模塊將監測到的信息直接上傳至互聯(lián)網(wǎng)平臺。

3.3數據傳輸模塊設計

這一模塊設計是將感知模塊中的各類(lèi)檢測數據信息實(shí)時(shí)傳送至互聯(lián)網(wǎng)平臺中，繼而實(shí)現施工現場(chǎng)與遠程監控中心間數據信息的全時(shí)段互聯(lián)互通?，F場(chǎng)傳感器主要采用Modbus協(xié)議，將RS485物理層與監測數據綜合采集儀的有效連接，通過(guò)DTU將串口數據轉換成為IP數

據實(shí)現監測數據。從綜合管廊的工程特點(diǎn)來(lái)看，針對通信條件不佳的管段，是無(wú)法確保數據傳輸的有效性與實(shí)效性，需要進(jìn)一步加強數據傳輸模塊的通信能力。如可采取光纖光纜串聯(lián)信號中繼器的方法，將信號直接引至管廊檢測井、通風(fēng)口等地。

3.4云平臺設計

利用海量的IT資源池構成的云平臺虛擬服務(wù)器，繼而實(shí)現監控系統的云上搭建運行。針對綜合管廊線(xiàn)路長(cháng)以及覆蓋面積廣泛的特征，需要憑借云平臺彈性可擴展的應用優(yōu)勢，充分滿(mǎn)足未來(lái)對于安全監控系統中等各項功能增減的需求，實(shí)現與其他管廊監測系統有效融合。與此同時(shí)，可利用云平臺強大的數據計算與處理能力，根據不同模型算法對各種類(lèi)型的檢測數據進(jìn)行自動(dòng)化處理，繼而獲得直觀(guān)性、連續性的管廊結構病害變化信息線(xiàn)圖，借助海量點(diǎn)云掃描數據可生成管廊全斷面三維模型。此外，云平臺系統設計包含項目管理、測點(diǎn)控制、預報警值設置以及巡檢記錄等功能子模塊以及自動(dòng)預報警功能。所設計的云平臺能夠對海量檢測數據進(jìn)行存儲與歸檔，大數據信息檔案不僅能夠滿(mǎn)足管廊安全運維日常監控需求，幫助監控工作人員全面性分析與評估管廊結構。

3.5數據管理與應用模塊設計

這一模塊設計包含管廊安全可視化監控、系統管理、數據下載、信息查詢(xún)以及預報警信息等子系統。監控人員可利用各種客戶(hù)端來(lái)登錄云平臺，隨時(shí)隨地了解管廊結構的*新安全動(dòng)態(tài)，滿(mǎn)足管理人員快速查詢(xún)以及下載管廊安全評估所需數據信息的需求，繼而一鍵獲取圖文并茂的檢測報告。與此同時(shí)，管理人員也可在管廊結構發(fā)生異常的很快內獲取相關(guān)的預警信息，及時(shí)采取相應的管理措施，有效防止安全事故的產(chǎn)生。此外，監控人員也可基于項目檢測需求以及可能出現的突發(fā)狀況，繼而滿(mǎn)足現場(chǎng)感知模塊以及巡檢人員的交互需求。

4AcrelEMS-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控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)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(wǎng)絡(luò )、系統架構、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數據服務(wù)等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過(guò)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(wèn)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(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是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所環(huán)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(mén)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(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機APP獲取數據，通過(guò)一個(gè)平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監控、統一管理、統一調度，同時(shí)滿(mǎn)足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

4.3平臺拓撲

4.4平臺子系統

4.4.1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(jìn)行保護和監控，對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表，用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)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)境監測

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

4.4.3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(mén)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UPS的蓄電池溫度、內阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預警。

4.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監控及配電室環(huán)境監控系統

4.5.2電氣火災監控系統

4.5.3消防設備電源監控系統

4.5.4防火門(mén)監控系統

4.5.5消防應急照明和疏散指示系統

5結語(yǔ)

總而言之，城市綜合管廊是城市建設發(fā)展的生命線(xiàn)，城市綜合管廊環(huán)境與設備監控系統設計可充分滿(mǎn)足綠色化與智能化發(fā)展趨勢，更好的提升對于管廊環(huán)境、設備以及結構的監管效率，實(shí)現對城市綜合管廊的智能化管理。

參考文獻

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