關于智慧綜合管廊監控與報警系統的設計思路

更新時間：2020-10-07

技術文章

淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：目前,綜合管廊在我國的建設體系里已經取得了初步成效,但在綜合管廊的技術方面依然需要逐步完善遙文章采用“四化”運維思想即自動化、可控化、可量化、可視化，分析智慧綜合管廊監控與報警系統的設計思路，深入剖析其關鍵技術，初步給出系統的整體設計方案，為以后工程應用提供參考。

關鍵字：智慧綜合管廊；四化運維思想；監控與報警系統；關鍵技術

引言

智慧城市建設在全國各地都開展的如火如荼，避免“拉鏈”馬路、提高地下空間的利用率的綜合管廊對我國智慧城市發展必將起到巨大的推動作用。為了保證綜合管廊內的設備有效安全的運行，在管廊中需要設置眾多的安全監控防護系統，例如院安防監控系統、環境及設備監控系統、通信系統、管道設施地理信息系統等，如何將上述各個系統有效的整合成一個有機的整體，在出現緊急情況時能夠有效及時的相互聯動，充分發揮各個系統的相應功能，這就需要一套能夠相互通聯信息共享的綜合管理平臺。根據國內外地下綜合管廊建設與運營管理的成功經驗，采用現代化的綜合一體化的自動監控設備和中央監控方案是一種經濟有效、快速反應的運營管理模式。本文采用“四化”運維思想即自動化、可控化、可量化、可視化，分析智慧綜合管廊監控與報警系統的設計思路，圍繞系統的關鍵技術開展探究，對工程實踐提供參考。

1 設計思路

綜合管廊是綜合管廊運行管理單位與各管線單位共同參與管理的特殊場所。綜合管廊監控與報警系統大致分為3層結構：設備層（現場各大安全監控防護系統）、網絡傳輸層（信息網絡中心）以及管控層（統一管理平臺系統）。統一管理平臺系統可集成、交叉管理綜合管廊本體及管線運行信息，實現綜合管廊運行管理單位與管線單位的信息互通，打造充滿智慧的綜合管廊監控與報警系統除了具有基本的信息共享和互通外，還需要具有自動化、可控化、可量化、可視化的要求。

設備層通過信息網絡中心傳遞數據至管控層，實現自動監控，設備層還可以通過信息網絡中心實現數據交互，系統間聯動，自動啟動相關設備，管控層可預見性的決策和行動，自動化的工作流程減少事故發生，實現綜合管廊監控與報警系統的“自動化”。

管控層具有動態大數據平臺，集中化、全息化進行展示，掌握設施設備數據，管控設施設備全生命周期，實現綜合管廊監控與報警系統的“可視化”，從而達到更好的空間和能耗管理以及精益化的維修保養管理。

設備層數據的描述和預測可量化，智能運營維護管理績效考核可量化，眾多品牌相互兼容、各系統集成與融合、協議與接口標準可量化，可有效的實現綜合管廊監控與報警系統的“可量化”。

設施設備全生命周期，成本可控以及全部設備可管控這一設計目標可實現綜合管廊監控與報警系統的“可控化”。

2 關鍵技術

2.1 物聯網技術

綜合管廊監控與報警系統是一個綜合性很強的管控系統，包括環境與設備監控系統、安全防范系統、通信系統、預警與報警系統堯地理信息系統等，各系統之間很容易形成信息孤島的局面。引入物聯網技術，構建千兆工業以太網或光纖環網，各系統包含的各功能模塊可統一通過數據信息網絡中心實現數據交互，有效的解決信息孤島的難題。

物聯網技術主要包括RFID 技術、傳感器技術、無線網絡技術、云計算技術等，按約定的協議，將系統所需設備與互聯網相連接袁進行信息交換和通訊，以實現智能化監控和管理，譬如，環境與設備監控系統包括溫濕度傳感器、水位計、氧氣傳感器、甲烷傳感器、氣體檢測儀、風機和攝像頭等數據采集設備，并通過一系列監控設備對綜合管廊的公共環境進行監測。當環境不能滿足管線運行要求，人員進入要求時，可通過數據信息網絡中心實現數據交互，自動啟動相關設備，使環境恢復到正常狀態。當環境內產生有害氣體時，經信息互換可啟動風機排除有害氣體。入侵報警系統包括通風口感應探測器和紅外報警裝置，當有人想要進入管廊中心時，感應探測器會將感應到的信息通過數據信息網絡中心傳遞到管控系統并引發紅外報警裝置報警，物聯網技術的應用和有效方案的實施，可以成功解決系統中眾多品牌相互兼容、各系統集成與融合、協議與接口標準不統一的問題，實現環境與設備監控、安全防范以及預警和報警等系統的信息互通和聯動，滿足系統運維管理的自動化、可量化和可控化。

2.2 大數據技術

物聯網和人工智能之所以能取得突飛猛進的進展，不能不說是因為這些年來大數據長足發展的結果。正是由于各類感應器和數據采集技術的發展，綜合管廊監控與報警系統開始擁有以往難以想象的海量數據。大數據技術是在海量、種類繁多的數據間發現其內在關聯，通過對大量、動態、能持續的數據進行描述和預測，從而實現綜合管廊的遠程在線監控、智能運營維護以及報警響應的實時化、智能化。

環境與設備監控系統主要包括對管廊內溫度、濕度、水位、氧氣、甲烷、硫化氫等環境參數進行監測與報警；安全防范系統用來防止外來人員誤入管廊內部，包括入侵報警系統、視頻監控系統、離線巡邏系統系統、人員定位系統等。這些不同系統的信號屬性、維度多樣，經常變化，大數據技術就是將這些信號轉化為數據，將數據分析為信息，通過數據信息網絡中心提煉促成各子系統間的聯動以及管控系統的決策和行動。當環境與設備監控系統發出危險信號時，報警系統能聯動視頻系統，跳出該區域的視頻屏畫面，確認報警，報警系統能聯動智能保護系統，實現自我保護。管控系統能聯動應急通訊系統，實現任意廣播以及電話互相通話。利用大數據技術，通過分析積累的監測傳感數據，可做故障點預判、廊內人員異常行為分析、新建項目部署規劃等增值業務遙大數據技術的應用可提高系統的應變性，滿足系統運維管理的自動化和可控化。

2.3 BIM+技術

為了有效利用管廊在各個階段的數據資料，整合前期構建的相關模型，避免重復采集、處理入廊地下管線的信息數據袁管廊建設中多采用BIM(Building Information Modeling建筑信息模型)技術。利用GIS淵Geography Information System地理信息系統技術，對城市中的多條管廊的運行情況進行集中化、全息化進行展示，實現管廊網絡化的管理。通過BIM+GIS 結合，實現管廊管廊空間以及設施設備三維呈現，地下管廊分布位置，管廊所有出入/通風/投入口定位與查詢，既可總覽全局關鍵參數，又可從主要參數逐級導航到設備詳細參數，采用“BIM+GIS”三維數字化技術，將現狀地下管線、建筑物及周邊環境三維數字化建模，形成動態大數據平臺。在此基礎上，將綜合管廊、管線及道路等建設信息輸入，以指導綜合管廊的設計、施工和后期運營管理，有效提高地下綜合管廊工程的建設和管理水平。

BIM+FM（Facility Management設施管理）的出現并不是因為創造了多么嶄新的突破性技術，而是由于其系統的整合了若干既有因素，為用戶帶來了創新性的價值，如更好的空間和能耗管理，精益化的維修保養管理，更高建筑績效表現及長設施壽命等。在國內推動綜合管廊建設的形勢下，有必要建立基于BIM+技術的管廊統一管理平臺系統。充分發揮利用BIM的價值，不但可以提高運營維護的效率和質量，而且可以降低運營維護費用，基于BIM的空間管理、資產管理、設施故障的定位排除、能耗管理堯應急處理等功能實現，在可視化、智能化、數據性和一致性方面都大大優于傳統的運維管理系統。BIM與云、大數據、移動應用、室內定位、GIS、傳感器、智能機器人等新技術構成的集成應用“BIM+”幫助業主提升綜合管廊運維水平，滿足系統運維管理的可視化和可量化。

3 系統整體方案

綜合管廊監控與報警系統大致分為設備層（現場各大安全監控防護系統）、網絡傳輸層（信息網絡中心）以及管控層（統一管理平臺系統）三層。現場設備層即各子系統在現場進行數據采集的設備，通過工業級網絡將數據信息傳至統一管理平臺系統。管控層采用B/S構架，分為應用服務端和應用客戶端，應用服務端對所有實時數據進行應用分析，應用客戶端包含報警監控中心以及監視大屏。操作臺工作站與大屏皆可顯示人機界面，可以實現數據采集功能、數據處理功能、遙控功能、報警處理功能、冗余設備自動切換功能、事故追憶和反演功能、故障數據錄波功能、系統運行事務管理功能、數據轉發以及信息查詢功能等。

4以安科瑞智慧城市地下綜合管廊產品選型方案為例。

4.1 管廊電力監控系統（10/0.4kV地面變電所）