湖北省地方标准城市综合管廊结构安全监测设计规_程征求意见稿.pdf.pdf

ICS 91.190 P 04 DB42 湖北省地方标准 DB 42/TXXXXXXXXX 城市综合管廊结构安全监测设计规程 Design specification for structural safety monitoring of urban utility tunnel 点击此处添加与国际标准一致性程度的标识（征求意见稿）20-XX-XX 发布 20-XX-XX 实施 湖北省住房和城乡建设厅 湖北省市场监督管理局 发 布 DB42/XXXXXXXXX 目 次 前言.III 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 总体设计.2 5 监测内容与测点选择.4 6 传感器.7 7 数据采集与传输模块.8 8 数据存储与管理模块.10 9 数据分析与安全预警模块.10 10 系统集成.12 11 系统运行安全.13 附录 A（资料性附录）传感器的选择.15 附录 B（规范性附录）常用传感器性能要求.18 附录 C（规范性附录）采集设备的选择.19 附录 D（资料性附录）综合管廊结构安全监测管理平台协议示例.21 I DB42/XXXXXXXXX 前 言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。本标准遵循 本标准由湖北省住房与城乡建设厅提出并归口。本标准起草单位：本标准主要起草人：本标准参与起草人：本标准实施应用中的疑问，可咨询湖北省住房和城乡建设厅，联系电话：[phone]，邮箱：。对本标准的有关修改意见和建议请反馈至中建三局安装工程有限公司，联系电话：[phone]，邮箱：。II DB42/XXXXXXXXX 城市综合管廊结构安全监测设计规程 1 范围 本标准规定了城市综合管廊结构安全监测设计规程。本标准适用于湖北省行政区划内的新建、扩建、改建城市综合管廊工程本体结构在使用期间的安全监测系统。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB 3836.14 爆炸性气体环境用电设备第14部分:危险场所分类 GB/T 3836.15 爆炸性环境 第15部分：电气装置的设计、选型和安装 GB 10070 城市区域环境振动标准 GB 10071 城市区域环境振动测量法 GB/T 22239 信息系统安全等级保护基本要求 GB 50007 建筑地基基础设计规范 GB 50009 建筑结构荷载规范 GB 50010 混凝土结构设计规范 GB 50052 供配电系统设计规范 GB 50057 建筑物防雷设计规范 GB 50058 爆炸危险环境电力装置设计规范 GB 50168 电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范 GB 50169 电气装置安装工程接地装置施工及验收规范 GB50303 建筑电气工程施工质量验收规范 GB 50217 电力工程电缆设计 GB 50838 城市综合管廊工程技术规范 GBZ/T 205 密闭空间作业职业危害防护规范 HJ 918 环境振动监测技术规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本规程 3.1 结构安全监测 structural safety monitoring 采用仪器监测方法，长期、连续地采集和收集反映城市综合管廊结构本体安全状态、变化特征及其发展趋势的信息，并进行分析、反馈和预警的活动。1 DB42/XXXXXXXXX 3.2 城市综合管廊结构安全监测系统 urban utility tunnel structural safety monitoring system 是一种由特定硬件和软件组成的能对城市综合管廊结构安全进行自动化监测的系统。3.3 变形监测 deformation monitoring 对综合管廊结构的竖向、倾斜、裂缝、断面收敛等指标变化进行的量测工作。3.4 应力监测 stress monitoring 对综合管廊结构的局部应力指标变化进行的量测工作。3.5 振动监测 vibration monitoring 对综合管廊结构的突发振动指标变化进行的量测工作。3.6 模拟信号传感器 analog signal sensor 输出信号为电压、电流、频率等模拟信号的传感器 3.7 数字信号传感器 digital signal sensor 输出信号为数字报文信号的传感器 3.8 预警值 alarming value 为保证综合管廊运营期内结构安全，依据本规范规定和设计要求，对相关监测项目设定必须发布预警信息的下限值。3.9 控制值 controlling value 为保证综合管廊运营期内结构安全，依据本规范规定和设计要求，对相关监测项目设定必须采取相关维护措施的下限值。4 总体设计 4.1 一般规定 2 DB42/XXXXXXXXX 4.1.1 城市综合管廊结构安全监测系统应进行专项设计，据监测项目及现场情况对结构的整体或局部建立监测系统，宜与管廊的运行维护相结合。4.1.1.1 监测系统专项设计应根据监测的目的、范围、内容进行，包括现状分析、监测内容、监测点布置、测量方法、仪器设备、人员组织、数据处理、监测预警、质量保障措施和安全保障措施等。4.1.1.2 自动化监测和人工巡查是城市综合管廊结构安全监测的常规手段。其中，自动化监测系统不受环境条件限制，可实现全天候实时监测。针对城市综合管廊结构安全的自动化监测系统可减少大量的人力成本，提高监测效率。系统监测工作原理如图 1 所示：图1 城市综合管廊结构安全监测系统工作原理图 4.1.2 城市综合管廊结构安全监测系统应有适当的保护措施和可维护性，并能保证系统设计使用寿命。4.1.3 城市综合管廊结构安全监测系统软件应与硬件相匹配，且具有兼容性、可扩展性、易维护性和良好的用户使用性能。4.1.4 城市综合管廊结构安全监测系统的安装方式不得对管廊结构本体造成损害，且不应妨碍管廊正常使用和相关施工。城市综合管廊结构安全监测系统设计，除应符合本规范的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。4.2 系统组成与架构 4.2.1 城市综合管廊结构安全监测系统包含传感器、数据采集与传输模块、数据存储与管理模块、数据分析与安全预警模块。4.2.2 城市综合管廊结构安全监测系统各模块应包含表 1 中所列出的部件：表1 城市综合管廊结构安全监测系统的组成部件 3 DB42/XXXXXXXXX 名称 组成部件 传感器 应包含传感器硬件、连接管线及配套供电设备 数据采集与传输模块 应包含数据采集硬件、网络传输硬件、供电设备及配套软件 数据存储与管理模块 应包含数据存储硬件、远程管理平台软件 数据分析与安全预警模块 主要为具备数据分析和预警功能的软件平台 4.2.3 城市综合管廊结构安全监测系统架构宜按图 2 中所列架构设置。图2 城市综合管廊监测系统构架图 5 监测内容与测点选择 5.1 一般规定 5.1.1 城市综合管廊结构安全监测在采用自动化监测系统的基础上，可与现场巡查、视频监控等方法相结合。4 DB42/XXXXXXXXX 5.1.2 监测内容及测点布置应根据具体项目需求和实际运用环境确定。不同阶段的管廊监测范围和项目不尽相同，现场条件各异，可根据监测项目的需求建立相应的监测内容及测点布置，有条件的情况下宜多设置监测内容和测点。5.2 监测内容 5.2.1 城市综合管廊结构安全监测内容应包括变形、应力、振动监测，可根据结构特点和管廊运营需求增设其他监测内容。5.2.2 常规监测内容可按表 2 执行。表2 城市综合管廊结构安全常规监测内容 变形监测 应力监测 振动监测 沉降 倾斜 裂缝 变形缝 断面收敛 应力 振动 注：为应监测项，为宜监测项。5.2.2.1 监测内容一般分为应监测项和宜监测项。应监测项主要是指城市综合管廊结构应进行的日常量测工作，主要为沉降、倾斜、裂缝、变形缝和振动等；宜监测项主要是指城市综合管廊结构对局部构件或断面的拉、压应力进行的量测工作。5.2.2.2 管廊结构的变形监测包括整体变形监测和局部变形监测。管廊结构的纵向沉降、横向倾斜属于整体监测，管廊结构的裂缝、变形缝和断面收敛属于局部变形，局部变形较大会导致结构剥落、风化，影响管廊结构的耐久性。5.3 监测方法 5.3.1 城市综合管廊监测方法应结合工程结构特点、现场安装环境条件等因素综合确定，监测方法应具备适用性、可靠性。5.3.2 沉降监测方法可采用连通管测量、几何水准测量、电子测距三角高程测量等方法，对应监测设备详见附录 A。5.3.3 倾斜监测可通过测量相互垂直的两个方向上的倾斜分量来获得城市综合管廊结构倾斜累计值和倾斜速率。5.3.4 裂缝和变形缝监测方法可通过接触式或非接触式设备获得裂缝监测数据。5.3.5 应力应变监测可通过安装在结构内部或表面的应变计或其他传感器进行监测。5.3.5 断面收敛监测应根据断面净空情况布置测点，宜采用非接触测量方法。5.3.6 振动监测方法应根据 GB 10070、GB 10071 和 HJ 918 执行。5.4 监测测点布置 5.4.1 监测点布置原则 监测点布置应遵循下列原则：a)在管廊结构沿线间隔布置监测点，且受力最不利处或已损伤处必须布置；b)便于传感器的安装、维护和更换；c)尽量减少信号的干扰和衰减；d)关键区域合理增加传感器数量；e)应根据现场管线布置形式确定具体布点位置及安装方式根据。5.4.2 沉降和倾斜监测测点应符合以下规定：5 DB42/XXXXXXXXX a)至少选择一个管廊舱室进行连续沉降和倾斜监测；b)沉降和倾斜监测测点的纵向间距宜不大于 50m，但应以下特殊位置应专门布设测点：沉降和倾斜监测点纵向分布位置应选择在起点处、断面变化处、水文地质条件变化处、线路交叉处、曲线段的中点处、终点处和沉降量可能变形较大处；c)沉降和倾角监测点在结构横断面上宜选择在结构顶板或侧壁位置进行布置；d)对具有一定高差变化或曲率变化的城市综合管廊，沉降测点布置时应满足转点布置、数据有效传递距离和传感器量程要求。5.4.3 裂缝监测测点应符合以下规定：a)裂缝监测应优先考虑在对裂缝渗水安全隐患敏感的舱室内布置；b)局部裂缝较多时，宜优先选择有代表性、影响较大、发展较快的主裂缝进行监测；c)裂缝监测宜在裂缝的最宽处及裂缝首、末端按组布置，重点应监测裂缝的宽度变化情况；d)潜在裂缝的监测点宜选择在断面变化较大处、荷载突变处、下穿主干道处、变形可能较大处等位置；e)当选取关键横断面进行裂缝监测时，应在舱室顶板、承重侧壁上至少布置 1 个裂缝测点；f)裂缝监测宜在裂缝的最宽处及裂缝首、末端按组布设，每组应布设 2 个监测点，并应分别布设在裂缝两侧，且其连线应垂直于裂缝走向；g)对“Y”或“卜”形等异形裂缝监测时，应在裂缝交口处增加 1 组监测点。5.4.4 变形缝监测测点应选取关键断面进行监测，在舱室顶板、承重侧壁上布设，每组应对称布设至少 3 个监测点。5.4.5 应力监测测点应符合以下规定：a)监测断面的纵向间距应根据结构受力特点、土质条件、线型特征等情况确定，纵向间距不宜大于 50m。b)监测横断面上的监测点应选择各边中间部位、接缝部位、地面荷载较大和变形较大部位、受力条件复杂部位等位置，每边至少布置 1 个应力应变监测点；c)对结构开裂、不均匀沉降、结构水平错动等区域，宜加强应力监测布置。5.4.6 断面收敛监测断面的纵向间距应根据结构受力特点、土质条件、线型特征等情况确定，纵向间距不宜大于 50m。5.4.7 振动监测测点应符合以下规定：a)振动测点宜布设在结构主要振型振幅较大部位，并避开节点位置，且相邻测点间距宜不大于200m；b)当外部环境增加新的震源时，应在对应管廊位置新增振动监测测点。6 传感器 6.1 一般规定 6.1.1 传感器按输出信号类型分为数字信号传感器和模拟信号传感器，宜使用数字信号传感器。6.1.2 传感器应满足各项指标参数的技术需求，包括测量精度、量程、供电方式、输出方式、频率和响应范围等。6.1.3 传感器应能在复杂环境条件下正常工作，元器件和防护配件应具有高防护性、高稳定性、高耐久性和高集成度。6.1.4 传感器设置应充分考虑管廊结构形式及内部管线布置，做到安装便捷、稳定。6.1.5 传感器安装完成后应立即对其进行初始状态设置或归零处理；6 DB42/XXXXXXXXX 6.1.6 应根据管廊运维环境和使用状态确定传感器校核周期和维护方案。6.2 传感器选择 6.2.1 传感器的选型应符合下列规定：a)应根据具体的项目要求和实际应用条件选择合理的传感器类型；b)传感器应具有良好的稳定性和抗干扰能力；c)宜选择具有温度补偿功能的传感器 d)应根据传感器性能及现场条件等因素选择传感器合理安装方式。e)应根据传感器类型，选择操作方便、耐候性好且精度合适的数据采集及信号通讯系统，保证监测结果的可信度；f)宜采用数字信号传感器，将模拟信号转换为数字信号，通过总线传输，避免信号干扰对数据质量的影响。6.2.2 常用传感器的选型可参照表 3 规定，使用注意事项宜按本标准附录 A 的规定进行。表3 推荐传感器选型 监测内容 推荐传感器类型 沉降 静力水准仪、压差式沉降仪 倾斜 倾角仪 裂缝、变形缝 裂缝计、位移计 应力 应变传感器 断面收敛 红外激光测距仪 振动 加速度传感器 6.3 传感器性能 6.3.1 传感器的性能参数应符合下列要求：a)传感器工作状态点宜在满量程的 20%80%内，且最大工作状态点不应超过满量程。b)应根据监测参数和传感器类型选择适当的采样频率；c)传感器应具有良好而稳定的线性度；d)传感器应具有良好而稳定的灵敏度和信噪比；e)传感器应具有良好而稳定的分辨率，且不应低于所需监测参数的最小单位量级；f)传感器应具有良好而稳定的重复性；6.3.2 传感器测量值应具备较小的时漂和温漂；传感器除应符合第 6.3.1 条的性能参数要求外，尚应符合下列规定：a)不同类型传感器的供电方式应根据实际情况和监测要求确定；b)传感器应满足结构实际使用环境的要求；c)传感器的使用年限应满足结构安全监测持续的时间；d)传感器使用前应进行必要的标定、校准或自校。e)传感器应满足相关防护要求。6.3.3 常用传感器的性能参数详见本标准附录 B。7 数据采集与传输模块 7 DB42/XXXXXXXXX 7.1 一般规定 7.1.1 数据采集与传输模块是一种对传感器数据进行采集和传输到管理平台的模块，包含数据采集及传输硬件和数据传输网络。7.1.2 数据采集及传输硬件应满足传感器的监测要求，还应具有可靠性高、抗干扰能力强、采样率高、功耗低等特点；7.1.3 数据传输网络应选用覆盖范围广、传输稳定性强、传输速度快的网络。7.2 数据采集 7.2.1 数据采集方式应根据综合管廊的结构形式、传感器的类型、数量及布置方式等进行设计，并应满足下列要求：a)传感器相距较远且较分散，宜选用分布式数据采集方式；b)传感器相距较近且分布较集中，宜选用集中式数据采集方式。7.2.2 数据采集硬件应根据传感器种类、数量、信号特征、采样频率、数据吞吐量及对信号的预处理要求等进行选择，并应符合下列原则：a)应遵循标准协议和标准接口，便于数据传输和存储；b)应具备实时采集、本地存储、自动传输等功能，应保证现场数据的真实性、有效性和实时性；7.2.3 应满足复杂环境下工作需求，具有相关防护功能，且应易于更换，更换时不影响软件的使用。数据采集硬件除符合 7.2.2 条规定外，还应符合下列规定：a)数字信号传感器宜选用分布式数据采集硬件，并确定传输距离、传输带宽和速率；b)模拟信号宜选用 4mA20mA 和 0V10V 等标准工业信号，可选用集中式数据采集硬件，并确定输入范围、分辨率、精度、传输带宽和速率；7.2.4 数据采集模数转换分辨率应满足传感器分辨率和监测要求，不宜低于 16 位；f）模拟信号应进行光电隔离，以增强抗干扰能力；数据采集软件设计应符合下列规定：a)应实现数据实时采集、自动存储、缓存管理、即时反馈和自动传输等功能；b)应与数据库系统和数据分析软件稳定、可靠地通信，可本地或远程调整设备配置，可通过标签数据库或本地配置文件进行信息读取；c)应对传感器输出信号、数据采集和传输设备的运行状态信号进行实时采集，对系统运行状态进行监控，异常时可及时报警；d)应能接受并处理数据采集参数的调整指令，并记录和备份处理过程。e)应能定时启动传感器设备监测运行；f)可按不同的监测内容、采样次序、采样频率来完成对传感器输出的采样与模数转换；7.2.5 数据采集硬件布置应根据监测要求和信号传输距离要求确定，不应影响数据质量；数据采集站之间应考虑数据采集时间同步性要求。7.2.6 应力与变形监测点采用周期采集模式，采样频率宜不超过 1 次/小时，当综合管廊结构区段满足以下条件之一时，采样频率宜适当提高。a)下穿河流、隧道、城市快速路、主干路、铁路、轨道交通、高速公路、高层建筑、地下管线等结构物的区段；b)处于富水和软土地质条件的区段；c)周围 10m 范围内有可能影响管廊结构的新建工程施工区段。7.2.7 当遇到下列特殊情况时，应在常规采样频率基础上适当提高采样频率。a)监测数据达到预警值时；b)监测数据异常或变化速率过大时；8 DB42/XXXXXXXXX c)存在勘察未发现的不良地质条件，且影响管廊安全时；d)暴雨或长时间连续降雨时；e)邻近工程施工、超载、振动等周边环境有较大改变时；f)出现其他影响综合管廊结构安全的异常情况时。7.2.8 振动监测点应采用触发采集模式，超过预警值时，以不低于 200Hz 的采样频率采集不小于 1024个采样点。7.2.9 数据采集硬件宜使用工业可编程逻辑控制器（PLC）或远程终端单元（RTU），该硬件设备应符合以下规定：a)具备可编程功能，可适配各类管廊结构物监测所需使用的传感器及物联网平台；b)具备 RJ45 网络接口、工业 RS485 接口、电源浪涌保护设计等硬件功能；c)具备本地存储空间，支持缓存本地传感器数据 7 天以上；d)常用采集设备的选型和使用注意事项宜按本标准附录 C 的规定进行。7.3 数据传输 7.3.1 物理传输方式应符合下列规定：a)采用有线传输的方式，通过光纤通信网络连接监控中心与各管廊区段（一般以防火门为划分，区段长度不超过 1km），各区段及监控中心通过光纤交换机将光纤网络转换为以太网；b)光纤网络或以太网络等数据传输线路应按需设置必要的路由器；c)数据传输线路及电源传输线路的布线应基于管廊现场情况，在保证满足抗电磁干扰要求的同时，做到统一规划、安装牢固、维护便捷。d)数据传输硬件的选择除满足上述规定外，还应符合 GB50838 中的规定。7.3.2 接口与协议应符合下列规定 a)数据提供方和数据接收方之间的接口应具备完整性、规范性、开放性和灵活性；b)接口易理解、易使用、易交流、方便扩展；c)保证数据提供方和数据接收方的数据一致性；d)传输数据时，如突遇网络异常或其他异常情况，具备断点续传和补全历史数据的功能；e)交换内容组织格式采用 JSON 方式，字符编码宜采用 UTF-8 格式；f)接口应支持至少 TCP/IP、Https、MQTT 等协议中的一种；g)接口应支持双向通讯，具备数据主动推送及远程遥测功能。h)推荐传输协议示例见本标准附录 D。8 数据存储与管理模块 8.1 一般规定 8.1.1 数据存储与管理模块应具备数据统一上传、存储、管理、浏览的功能，确保监测数据完整性。8.1.2 数据存储与管理模块应建立用户等级制度，对不同等级用户赋予相应管理权限。8.1.3 数据存储和管理模块宜设置开放式数据接口，可与其他数据库实现无缝衔接。8.2 数据存储 8.2.1 监测数据应当在系统运营期内完整保存，系统宜采用冷热数据分离技术，热数据的有效时间宜大于 6 个月；8.2.2 数据库系统应当支持冗余或集群部署，并设置自动备份，具备一定的容灾功能；9 DB42/XXXXXXXXX 8.2.3 8 数据应进行分层设计，原始传感数据与分析处理后数据独立存储，保证原始传感数据不得被任何人修改；8.2.4 数据资源需进行鉴权设计，敏感信息应强加密存储。8.3 数据管理 8.3.1 原始监测数据应定期存储、备份存档，后处理数据宜保持不少于三个月在线存储。8.3.2 在应用程序调试完成后，应对数据库进行试运行操作，包括功能测试和性能测试。试运行操作期间，应做好数据库的备份和恢复工作。8.3.3 应有一个或多个能胜任的授权用户来管理数据库管理系统和它所包含信息的安全。管理员应经过培训，以便能正确有效地建立和维护安全策略。被授权的管理员应严格遵从系统管理员文档的要求进行操作，不应蓄意破坏数据库管理系统，不应蓄意违反操程。授权用户应具备必要的授权来访问由数据库管理系统管理的少量信息。9 数据分析与安全预警模块 9.1 一般规定 9.1.1 数据分析与安全预警模块应能根据监测数据对管廊结构安全状态进行分析，并根据分析结果对管廊结构的安全状况进行预警。9.1.2 应建立明确的管廊结构预警指标，并建立相应的预警机制。9.1.3 预警指标的确定应根据工程特点、结构设计要求等制定，对于工况条件复杂的综合管廊结构宜通过计算分析或专项评估等方式有针对性制定监测项目预警指标。9.1.4 数据分析及安全预警模块应具备在线分析与实时报警能力。9.2 数据分析 9.2.1 数据分析模块应根据监测数对管廊结构安全性和耐久性进行全面分析，当设计文件无明确要求时，分析内容可按表 4 执行。表4 数据分析内容表格 监测内容 分析方法 分析内容 沉降 时域分析 时程曲线、累计值、日变化速率 倾斜 裂缝、变形缝 断面收敛 应力 时程曲线、累计值、峰值 振动 时域分析、频率分析 峰值、特征频率 9.2.2 数据分析模块应对监测数据进行对比、趋势分析，同时利用人工巡检数据进行复核，综合评估管廊结构工作状态。9.2.3 数据分析和综合评估设计流程见图 3 所示。10 DB42/XXXXXXXXX 图3 数据分析工作流程图 9.2.4 数据分析模块应能在线生成监测分析报告，并将报告发送至多级管理人员，监测分析报告宜包含以下内容：a)工程概况；b)监测项目及依据；c)采用的仪器型号、规格；d)监测数据采集方法；e)监测数据图表：监测点布置、监测数据的累计值、变化速率、时程曲线等；f)监测数据、巡查信息的分析与说明 g)结论与建议 9.3 安全预警 9.3.1 应根据监测项目预警等级和预警标准建立预警管理制度，预警管理制度应包括不同预警等级的警情报送对象、时间、方法和流程。9.3.2 预警值和控制值应以综合管廊结构设计文件制定的指标为准，当综合管廊结构设计无具体要求时监测项目预警值和控制值可参照表 5 执行。表5 管廊结构监测项目预警值及控制值 不均匀沉降 倾角 裂缝 变形缝 断面收敛 振动 预警值 10mm 0.5 0.15mm 10mm 0.3g 控制值 20mm 1 0.2mm 20mm 0.5g 注：该表中预警值和控制值均为监测内容累计值 9.3.3 当监测数据达到预警标准时，必须进行警情报送，并自动推送预警报告；当达到目标等级的控制值后应根据现场情况采取对应的控制措施；预警报告宜包含以下内容：a)警情发生的时间、地点、现场情况、严重程度等；b)现场巡查信息；c)监测数据图表：监测项目的累计值及变化速率等；d)警情原因分析；e)警情处理措施建议。10 系统集成 11 DB42/XXXXXXXXX 10.1 一般规定 10.1.1 系统集成指管廊结构健康监测系统作为子系统如何集成至管廊运管综合管理系统；10.1.2 系统集成包括硬件系统集成与软件系统集成；10.1.3 硬件系统集成主要包括数据中心基础设施的集成、网络设备的连接、显示设备的集成等；10.1.4 软件系统集成主要包括数据接口与数据界面的集成。10.1.5 系统集成应根据监测系统整体要求，确保各个子系统和模块的兼容性、数据传输可靠性、系统整体稳定性、环境适应性、可扩展性与技术先进性。10.2 硬件系统集成 10.2.1 硬件系统集成应采用模块化、单元化、标准化设计，确保硬件模块无缝连接；10.2.2 硬件系统集成应考虑网络通信、环境适应性、防雷的要求，并考虑通信接口、供电接口等兼容性和匹配性，考虑以最优分配和可靠度最大为约束条件的可靠性和稳定性；10.2.3 网络通信设备选型应考虑网络带宽和吞吐率、品牌和性价比、可扩展性、可靠性和稳定性等；10.2.4 网络服务器可采用 X86 构架服务器，宜采用工作组服务器或部门级服务器；10.2.5 数据中心的建设应考虑包括通风系统、温控系统、供电冗余系统等基础设施的共享与兼容性，满足各子系统服务器等设备的支持需求。10.3 软件系统集成 10.3.1 结构物监测系统应提供标准数据服务接口，综合管理系统可按需调用数据，实现多系统的无缝接入；10.3.2 数据服务接口的开发应采用如 Restful Web API 等国际通行风格，保证标准性与易读性，并兼顾系统升级与更新的扩展需求；10.3.3 数据服务架构应采用冗余设计，保证服务的高可用性；10.3.4 支持基本的统一认证接入，如 LDAP、oAuth 等技术，实现多系统间账户体系的集成；10.3.5 若采用界面级别的集成，应采用统一的 UI 设计规范，保证配色、字体、交互体验等元素的一致性。10.3.6 监测系统必须符合综合管廊运维管理平台的架构设计遵循平台化、组件化的设计思想，采用统一的数据交换、统一的接口标准、统一的安全保障 10.3.7 监测系统可通过管理平台系统软件平台对历史和实时数据进行分析、评估，及时发现病害和判断其结构安全状况。11 系统运行安全 11.1 一般规定 11.1.1 监测系统应根据 GB/T 22239 中第二级及以上的要求进行系统运行安全管理。11.1.2 监测系统的维护应执行相关运行维护管理制度，定期对系统软件进行测试、升级，对配套设备进行运行检查、维修和更换。11.1.3 管理单位应依据各专业相关标准规范对入廊管线配套的监控系统进行维护，并配合综合管廊运营单位进行智慧管理系统的接口测试。11.1.4 监测系统的运行维护对象包含硬件、软件、传输线路等。11.2 硬件安全 12 DB42/XXXXXXXXX 11.2.1 电气设备、接地施工安装应符合现行国家标准 GB 50303、GB 50168 和 GB 50169 的规定，并应符合下列规定：a)配电柜、控制柜(台、箱)和配电箱(盘)的安装位置与方式应符合设计要求，并应便于操作和维护;b)配电柜、控制柜(台、箱)和配电箱(盘)不应安装在影响管廊内专业管线敷设、人员通行及有漏水隐患的孔口下方等部位，不应安装在低洼、可能受积水浸入的地方；c)所有配电柜、控制柜(台、箱)和配电箱(盘)等应采取防水防潮措施，防护等级不应低于 IP54。11.2.2 爆炸环境下低压电气设备的安装应符合现行国家标准 GB 50058、GB 3836.14、GB/T 3836.15的规定。11.2.3 管廊监测自动化设备（包括 PLC/RTU、各类监测传感器等）的防护等级应优于 IP65，仪器内PCB 电路板应进行三防处理（防霉、防潮、绝缘），所使用的三防漆应满足 GB/T 20633 标准的要求。11.2.4 管廊监测自动化设备（包括 PLC/RTU、各类监测传感器等）应当进行电磁兼容设计，具备抗静电、浪涌（冲击）功能。检验标准参照 GB/T 17626.2、GB/T 17626.5。11.3 系统安全 11.3.1 监测系统管理后台必须确保信息完整、数据不可伪造、操作必须真实。11.3.2 监测系统需要对合法用户进行统一管理、监控，避免非法用户登录。11.3.3 监测系统需要确保不同的用户按照各自的权限访问不同的数据。11.3.4 确保系统数据完整，包括：a)不因物理原因影响数据完整性，物理原因指停电、火灾等；b)不因逻辑原因影响数据完整性，逻辑原因指修改某个字段等。11.3.5 对于部分重要关键操作，需要记录操作人员、操作时间、操作机 IP 地址等相关信息，能够追踪整个操作过程。11.3.6 结构监测系统安全需要从管理机制、办法规则和软硬系统建设等方面全面建设（如：数据安全【使用、存储、保存、管理】、传感器安全、协议安全、数据交设备安全、后台安全、应用系统安全等），定义信息安全事件分为网络攻击事件、信息破坏事件、信息内容安全事件、网络故障事件、计算机资源故障、软件系统故障、灾害性事件和其它突发事件等。11.3.7 传输安全：监测设备采集数据后，需将数据上传到云平台。上传数据时，平台端需要有设备接入鉴权，数据传输过程需利用 SSL/TLS 协议进行加密，保证数据的安全。11.3.8 存储安全：监测设备本地具有数据缓存功能，防止网络原因造成数据丢失；对敏感数据存储时，可利用如 DES、RSA、MD5 等算法进行加密处理，保护隐私；平台端数据库需具备容灾、自动备份、故障恢复、迁移等功能，保障数据库服务安全可靠；11.3.9 数据与软硬系统建设 a)数据信息安全包括后台基础库信息安全和应用数据安全。b)后台基础库信息安全，在访问控制、系统和信息完整性、系统与通信保护、数据平台维护和数据管理等角度进行安全设计。c)应用数据安全，在访问控制、系统与通信保护、数据安全隔离、数据和信息的完整性数据应用维护上进行安全设计。13 DB42/XXXXXXXXX _ 14 DB42/XXXXXXXXX A A 附 录 A（资料性附录）传感器的选择 A.1 传感器的分类和性能参数 A.1.1 综合管廊结构健康监测用传感器和相关仪器类型按所监测的参数可分为：a)变形、应力、振动；b)变形类监测传感器，包括沉降传感器、倾斜传感器、裂缝传感器和断面收敛传感器；c)应力类监测传感器为应变传感器；d)振动类监测传感器为加速度传感器。e)常规监测用传感器宜包括下列类型：f)沉降传感器包括静力水准仪、压差式沉降仪、基于影像识别的变形测量仪、自动全站仪等 g)倾斜传感器包括“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”式 三种倾斜传感器。h)振动传感器包括“压电式”加速度计、“伺服式”加速度计、“电容式”加速度计等。i)裂缝传感器包括“电阻式”位移传感器、“电感式（LVDT）”位移传感器、“磁滞伸缩线性”位移传感器。j)应变传感器包括振弦式、电阻式、光纤光栅式应变传感器。A.1.2 传感器主要性能参数宜包括：a)量程:传感器能测量的物理量的极值范围。b)最大采样频率:传感器每秒从实际连续信号中提取并组成离散信号的采样最大个数。c)线性度：传感器的输出与输入成线性关系的程度。d)灵敏度:传感器在稳态下输出量变化对输入量变化的比值。e)分辨率:传感器能够感知或检测到的最小输入信号增量。f)迟滞：在相同测量条件下，对应于同一大小的输入信号，传感器正反行程的输出信号大小不相等的现象 g)重复性：传感器在输入量按同一方向做全量程多次测试时所得的输入-输出特性曲线的一致程度。h)漂移：传感器在输入量不变的情况下，输出量随时间变化的现象。i)供电方式:传感器采用直流电供电。j)寿命:传感器的有效期。A.1.3 沉降传感器 沉降传感器宜根据监测目的和要求进行选择，当设计要求未明确时可按表A.1进行选择。表A.1 沉降传感器特性 名称 基本原理 优点 不足 静力水准仪 基于连通管原理，将多个储液容器通过连通管连接在一起，通过测量各个容器的液面高度，测量监测点间相对差异沉降。测量精度高，振动影响小 测量量程小，对于高差较大的管廊需要设置多个转点 15 DB42/XXXXXXXXX 压差式沉降仪 基于连通管原理，将多个储液容器通过连通管连接在一起，通过测量各测点的液体压力差，测量监测点间相对差异沉降。基于影像识别的变形测量仪 测量精度高，可测量二维向变形，不需要连接管线 对管廊内通视及照明条件要求较高 自动全站仪 测量精度较高 设备不宜保护，对管廊内通视及照明条件要求较高 A.1.4 倾斜传感器 倾斜传感器宜根据监测目的和要求进行选择，当设计要求未明确时可按表A3.2进行选择。表A.2 倾斜传感器特性 名称 基本原理 优点 不足“固体摆”式倾斜传感器 由摆锤、摆线、支架组成，摆锤受重力 G 和摆拉力 T 的作用，测量摆锤与竖向之间的角度 有明确的摆长和摆心，测量范围、精度及抗过载能力较高 摆锤受惯性影响较大“气体摆”式倾斜传感器 密封腔体内气体受热时受到浮升力作用，当腔体所在平面相对水平面倾斜或腔体受到加速度的作用时，热线的阻值发生变化，并且热线阻值的变化是角度 q 或加速度的函数，由此测得倾斜的角度 密封腔体内气体质量较小，在大冲击或高过载时产生的惯性力也很小，具有较强的抗振动或冲击能力 气体运动控制较为复杂，影响其运动的因素较多，对精度影响较大“液体摆”式倾斜传感器 由导电液、倾角传感器电极组成，当玻璃壳体倾斜时，电极间的导电液不相等，三根电极浸入液体的深度也发生变化，从而引起输出电信号变化而感知倾角的变化 介于“固体摆”式和“气体摆”式之间 A.1.5 振动传感器 振动传感器宜根据监测目的和要求进行选择，当设计要求未明确时可按表 A.4 进行选择。表A.3 振动传感器特性 名称 基本原理 优点 不足“压电式”加速度传感器 利用物质的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。结构简单、取材方便、安装便捷结构简单、取材方便、安装便捷、使用寿命长、使用寿命长 谐振频率高、易受到声音影响，输出抗阻高、信号弱“伺服式”加速度传感器 在传统的位移传感器基础上采用了负反馈工作原理的加速度传感器，采用负反馈电路以及配套的放大电路再作用于质量块，使其实现了自动控制角度上的闭环系统 具有良好的幅值线性度和高灵敏度，重复性好、精度高 体积大，成本高“电容式”加速度传感器 质量快位于两个电极之间，振动引起基座的振动，质量块保持静止，使得上下电容产生变化，从而形成一个与加速度大小成正比的差动输出信号 具有较好的低频特性和直流响应，灵敏度高、环境适应性好，温漂小；非线性差、量程小、频响范围较小；通用性差，成本较压电式高。16 DB42/XXXXXXXXX A.1.6 裂缝传感器 裂缝传感器宜根据监测目的和要求进行选择，当设计要求未明确时可按表 A.4 进行选择。表A.4 裂缝传感器特性 名称 基本原理 优点 不足“电阻式”位移传感器 采用高精度修刻机对碳膜机板（将薄膜电阻附加在基板上形成）修刻过，使其线性分布均匀。然后通过拉杆带动接触刷头，以相对电压来显示所测量位置的实际位置 精度高、重复性好、环境适应性强、温飘低 接触式测量，不适合频繁往复测量“电感式（LVDT）”位移传感器 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化,从而导致线圈电感的改变这一物理现象来实现测量的 精度高、重复性好、环境适应性强 受温度影响大“磁滞伸缩线型”位移传感器 由电子仓内电子电路产生始脉冲，始脉冲在波导丝中传输时，同时产生了沿波导丝方向前进的旋转磁场，磁场与磁环或浮球中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，扭动被安装在电子仓内的拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，电子电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确测出被测的位移 精度高、重复性好、稳定可靠、环境适应性强 价格偏高 A.1.7 应变传感器 应变传感器宜根据监测目的和要求，可按表 A.5 进行选择。表A.5 各类传感器特性 监测参数 钢弦式应变计 电阻式应变计 光纤光栅应变计 传感器体积 大 小 小 蠕变 较小，适宜长期测量 较大，需要提高制作技术、工艺解决 较小，适宜长期测量 测量灵敏度 较高 较高 高 温度变化影响 温度变化范围较大时需要修改 可以实现温度变化的自动补偿 温度变化范围较大时需要修改 长导线影响 不影响测量结果 需进行长导线电阻影响的修正 不影响测量结果 信号传输距离 较长 长，小于 100m 长，可达 10km 抗电磁干扰能力 差 差 好 对绝缘的要求 要求不高 要