自动化监控系统在城市地下综合管廊的应用.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 27 日 作者简介：常红霞（1986），女，河北石家庄人，汉族，本科，工程师，河北上元智能科技股份有限公司。-113-自动化监控系统在城市地下综合管廊的应用 常红霞 河北上元智能科技股份有限公司，河北 石家庄 050000 摘要：摘要：随着人民精神和审美水平的提高，时代对城市的便利和市容规划建设的质量提出了越来越高的要求，城市地下综合管廊的规划建设承载着城市主要民生基础设施和城市市容市貌提升的重大历史使命，逐渐成了城市发展规划建设的主要项目。城市地下综合管廊的运营管理水平直接决定了城市地下管线的稳定和安全，本论文主要针对城市地下综合管廊监控和报警系统的实际应用进行详细阐述和分析，从而提高我国城市地下综合管廊建设和运营管理的效率和质量。关键词：关键词：地下综合管廊；自动化监控；联动方案；监控与报警 中图分类号：中图分类号：TB 1 城市地下综合管廊建设综述 城市地下综合管廊设置在城市道路地下容纳城市各种民生管道的地下空间，常见城市民生工程管线一般为：给排水、通信、热力、电力等，城市地下综合管管廊将以上管线容纳进去，且设有专门的检修口、吊装口用于管线入廊和管线日常维护，往往为了提高城市地下综合管廊运营维护单位的工作效率和规范工作流程，城市地下综合管廊综合控制和监测系统与管廊实体统一规划、统一设计、同期建设，同期完工。通过地下综合管廊监控系统实现对城市地下综合管廊实行全方位的监控和管理，从而保障城市运行最基本最重要基础设施和“生命线”。1.1 建设意义 在城市地下综合管廊没有出现之前，城市民生保障的各种管线要么假设在道路上空，要么铺设在道路地下。假设在城市上空的各种管线一方面对城市市容的美观造成影响，一方面发生事故的可能性会对道路行人造成安全隐患。铺设在城市地下的各种管线因每种管线归属不同的业主单位，业主单位一般是独立规划，独立设计和独立施工，这种情况就会导致每种线路的建设和升级改造节奏不一致，造成城市道路的反复开挖，反复铺设的情况出现。从而对正常交通秩序和民众的出行造成干扰和影响。城市综合地下综合管廊的出现就完美的解决了以上问题，设计布局合理的地下空间，将各种管线有序纳入地下空间，不仅有效利用了道路之下的地下空间，节约城市用地，优美了城市容貌，更重要的保持了路面的完整性，减少了路面多次开挖多次翻修的费用，同时提供便利的维修途径，降低了管线业主单位的运营维修成本。1.1.1 管廊分类 当前已经规划和建设的城市地下综合管廊依据建设目的多分为路面开挖建设的并行五舱（或少于五舱）管廊和城市道路地下盾构的上下两舱管廊。五舱综合管廊：一般出现在环城新建道路容纳城市主干管线独立分舱的地下空间。常见分舱：燃气舱、电力舱、热力舱、污水舱、综合舱。盾构两舱管廊：一般独立建设或与城市地铁一同建造。采用隔板方式，将盾构区间上下隔开，形成两个独立舱室，上舱电力舱，下舱水力舱。1.1.2 建设现状 城市地下综合管廊在日本、德国等发达国家又名“共同沟”，已经存在了大约一百多年，其系统已经比较完善，随着时代的发展规模也在逐渐变大。我国自2013年以来先后印发多个文件多批次部署我国综合管廊的试点工作和试点城市，到目前我国已建成上千公里的城市地下综合管廊，且当前很多城市将城市地下综合管廊的建设工作作为主要工作来抓。2 自动化监控系统构成 自动化监控与报警系统在城市地下综合管廊运营管理阶段，实时地对城市地下综合管廊的运行实际状态进行监视、控制、报警以及辅助管理人员决策。系统担负着保障地下管廊在运行过程中运行管理工作的中国科技期刊数据库 工业 A-114-平稳以及各种入廊管线安全的责任，从而为城市地下管廊的有效运行提供一个安全的保障环境。2.1 统一管理平台 统一管理平台实现对城市地下综合管廊工程中的环境与设备监控系统、火灾自动报警系统、变电所综合自动化系统、通信系统、安全防范系统、固定语音系统等各个系统的集成。统一管理平台提供统一的图形人机界面对所集成的系统进行集中管理，具备集中统一的用户注册和操作权限管理功能；具备报警功能和报警机制，可实现报警信息进行分类、筛选、重组等功能；具备历史数据记录进行处理、分析和统计和查询功能；具备报表管理、生成和打印功能；具备在线帮助功能；具备地理信息显示功能；具备信息安全防护功能；具备网络管理功能；具备应急指挥管理功能；具备系统/恢复管理功能；具备数据可视化、基于地理信息的空间管理等应用功能；具有软件测试功能；具有设备运行维护管理功能；具有管廊安全管理功能；具有辅助决策功能；具有能源监测分析功能；具有管线入廊施工管理功能；具有培训管理功能；实现对接入各系统的设备监控及系统间的联动功能。2.2 安全防范系统 城市地下综合管廊安全防范系统保障着城市地下综合管廊的进入和运行安全，是综合管廊建设必不可缺的一个系统。本系统设置以下子系统：视频安防监控系统、入侵报警系统、出入口控制系统和电子巡更管理系统。视频安防监控系统监控中心值 班员对综合管廊的整体情况进行实时视频监视和视频控制操作以便指挥相关工作。入侵报警系统利用传感器技术探测是否有人或其他东西非法进入或者试图非法进入地下综合管廊布防区域。入侵报警系统检测到报警事件后处理报警信息并向上级管理发出报警信息。入侵报警系统可通过统一管理平台实现与视频安防监控系统的联动，报警情况下，统一管理平台自动弹出报警信号所处位置视频画面。电子巡更管理系统设置电子巡更功能，对保安巡查人员的巡查线路、方式及过程进行管理和控制。出入口控制系统实现对综合管廊出入口、内部机房出入口和总控中心出入口的出入目标进行识别并控制出入口设备根据命令执行机构启闭。2.3 无线通讯系统 无线通讯系统现阶段采用无线局域网（WLAN）技术实现，普遍采用 AP 结合 AC 来实现。WLAN 是短距离无线传输技术，使用公开通用的无线频段。方案的主要设备采用多个可以覆盖各个区域的接入设备，中继设备，和设置在监控中心的接入控制器，接入交换机、设备房配线架、光缆交接箱、配电箱和后台无线网管系统等。2.3.1 接入控制器 无线局域网系统采用集中的网络架构,接入控制器挂在核心交换机一侧，用来集中管理整个管廊内部的接入设备,可以设置多个接入控制器，从而保障整个无线通讯系统的可靠性。2.3.2 接入点 直线型且管廊区段无遮挡物结构下，接入点可设置 300 米的布置间隔，在中间 150 米处设置中继设备，如果管廊区间有转弯或者常闭防火门遮挡情况出现，可在转弯和遮挡处增加接入点，管廊区间内接入设备通讯的接口类型采用光口。2.3.3 接入交换机 无线接入交换机由统一管理平台提供，平均每个工作井提供 25 个光接口。2.3.4 后台无线网管 后台无线网管应包括网管服务器，操作系统，数据库软件，网络安全软件，无线网络和固定电话互联平台软件及客户端，定位软件等。2.4 火灾自动报警系统 火灾自动报警系统通过在管廊内部设置现场级设备实现火灾信号自动探测、采集现场手动报警信号，采集到报警信号后再现场级发出火灾报警声光信号。实时监测工作井电缆夹层和强电井温度。实现监视防火门打开、关闭状态和控制常开防火门关闭;电气火灾系统实时检测管廊电力舱环境温度和电力电缆表面温度;发生火灾报警后将应急照明强启并切断非消防的电源。FACP 与监控中心火灾自动报警系统进行通信联络，从而实现通过统一管理平台对火灾自动报警系统整体的监控和控制功能。中国科技期刊数据库 工业 A-115-3 事故工况联动系统设计 3.1 火灾场景（1）管廊内火灾确认报警方式：一路感温光纤发出报警信号同时手报按钮被按下或感温光纤同一防火分区的两路发出报警信号。统一管理平台通过感温光纤系统上报数据，实时掌握管廊内环境温度，接收到温度异常的预警信息后，人工通过调取报警区域的视频监控画面的确认火灾是否发生。超细干粉灭火系统通过硬线接入 FAS 系统，超细干粉灭火系统将火灾确认报警信号给 FAS。（2）管廊联动功能设计 FAS 确认火灾后，自动启动该防火分区内的声光报警器，启动火灾所在的防火分区内的应急照明，切除廊道内对应防火分区的非消防电源，释放门禁，启动工作井人员出入口加压送风机等消防专用风机。综合监控系统收到火灾报警系统上报的报警信号后，监控平台弹框或者声光报警信号通知管理人员报警事件及位置，联动视频系统，运营人员通过视频以及无线局域网系统的人员定位功能辅助判断火灾区域是否有人，当确认有人的情 况下，通过启动人员疏散流程，告知人员逃生方向，待确认人员已安全离开火灾区域后且当前火灾区域内无人的情况下，运营者在统一管理平台上启动相应区段的火灾模式，自动关闭着火点区段及相邻区段的隧道风机，达到固定区域密闭焖烧的效果。火灾报警模块发出关闭常开防火门和电动防火阀命令，发出命令通知火灾区段区域的超细干粉的释放。环境监控系统收到火灾报警系统的信号后自动控制电梯返安全层。图 1 流程图 4 通风与排烟系统设计 综合管廊通风可采用机械通风和自然通风两种通风方式，其中自然通风因其自身的局限性，只适合地下综合管廊区段较短，管廊所在气候自然条件较好且入廊管线产热较少的地下综合管廊采用。我国建设的综合管廊通风区段均在 500 到 1000 米之间，因通风区段较长，故大多采用机械送风和机械排风的方式对管廊进行通风和排烟。4.1 巡视检修工况 入廊管线的业主单位和管廊运营管理单位不可避免的定期或不定期需要进入管廊进行巡视检修，故需设置巡视检修工况，在巡视检修人员进入之前提前半小时启动该工况通风达到改善管廊隧道环境的目的，待完成巡视检修工作，巡视检修人员离开。当隧道内温度36时，启动该通风区段内各 1 台送风机、1 台排风机，当隧道内温度36时，启动该通风区段内所有送风机及排风机，直至温度降低至 36时，该通风区段内各 1 台送风机、1 台排风机运行，并直至人员完成巡视为止。当巡视人员出地面以后，通知控制中心将该通风区段风机恢复到正常通风工况运行模式 4.2 含氧量异常工况 当环境含氧量过低，运营管理人员进入会产生缺氧，当含氧量过高，又会发生醉氧的情况，含氧量异常工况通过城市地下综合管廊机械通风系统，当含氧量使管廊区间的含氧量维持在设计范围之内。若舱室内氧含量浓度过低(低于 19%),则启动风机通风。若舱室内氧含量浓度过高(高于 22%)，氧浓度报警控制联动强制开启含氧量异常区段及相邻通风区段的通风系统及设备连续通风，直至该舱室环境恢复正常。4.3 火灾工况 当综合管廊区段内发生火灾时，立即启动火灾工况，关闭火灾区段及其相邻区段的通风风机、常开防火门和电动防火阀。电力电缆的舱室采用超细干粉气体灭火，其余舱室采用窒息灭火的方式，通风系统的风机应与火灾探测器联锁，使地下管廊隧道处于密闭状态达到焖烧灭火的目的。4.4 灾后通风工况 城市地下综合管廊发生火灾后，待人工确认火灾完全熄灭且环境安全后，打开该区段及相邻区段内通中国科技期刊数据库 工业 A-116-风机及电动阀进行灾后通风，迅速排出隧道内烟气及余热，为消防人员提供良好的抢险环境，直至抢险完成并确认该舱室环境恢复正常。5 结论 城市地下综合管廊作为基础设施建设的一部分，涉及到国计民生的问题，一旦建成，运营使用的时间会特别长，发生事故对民生的影响也极其大。在城市地下综合管廊规划设计和建设阶段应从工业控制的角度去思考，注重长期可靠稳定和减少运营维护成本。在“十四五”规划的新基建的浪潮思想下通过设置全方位的感知系统实现自动化的监控和报警系，同时结合统一管理平台，可使城市地下综合管廊的管理从自动化向智能化、智慧化方向发展，实现智慧化的数据分析和辅助决策，从而进一步提高运营的安全性降低运营成本。参考文献 1GB/T38550-2020 城市综合管廊运营服务规范M.国家标准化管理委员会,2020.2王建.城市地下综合管廊设计与工程实例M.北京:中国建筑工业出版社,2019.3陈在军,梁东,白朝晖.城市地下综合管廊建设指南M.北京:中国电力出版社 2019.4彭芳乐,杨超,马晨骁.城市地下综合管廊规划建设导论M.上海:同济大学出版社,2018.5油新华,申国奎,郑立宁.城市地下综合管廊建设成套技术M.北京:中国建筑工业出版社,2019.6油新华,郑立宁.城市地下综合管廊运营管理手册M.北京:中国建筑工业出版社,2019.