综合管廊环境与设备监控系统保障城市综合管廊安全运行

张欣

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：在城市化发展进程中，城市综合管廊综合体作为市政管网的全新模式，得到了国家政策的大力支持，城市管廊的病害特征以及运行安全问题得到了业内人士的高度关注。鉴于此，本文以LP地下综合管廊工程作为案例，分析城市综合管廊环境与设备监控系统施工技术，设计城市综合管廊环境与设备监控系统，为城市综合管廊工程提供参考。

关键词：城市综合管廊；环境与设备监控系统；技术应用

0引言

随着我国经济的迅速发展，对于大中城市的规划建设愈发密集，甚至部分城市患上“城市病”，受到了地上电网、电杆的弥补形成以及地下管线更新、故障等因素的影响，需反复挖开地面，不仅影响城市建设用地与市容市貌，同时也带来了高昂的施工成本与巨大的施工隐患。综合管廊是以集约化设计作为规划理念，可对于市政管线进行统一化管理，城市规划中地下综合管廊建设可满足城市对于新道路的功能要求，有利于市政管线的维护与保养，强化城市的综合承载力，也大大提升城市的服务水平。一旦综合管廊结构出现较大变形无法及时修复时，将会影响内部管网的正常应用，导致管线出现损坏大大增加火灾、爆炸等安全事故的发生概率。城市综合管廊环境与设备监控系统的设计应用，能够大大提升管线安全运行效率，大大降低安全风险发生概率。

1项目概述

1.1项目简述

LP地下综合管廊工程项目全长供给3km，共分为三舱分别是电力舱、热力水信舱以及天然气舱。环境与设备监控系统主机放置在分控中心，对于各个区域进行管控的设备放置在风机房内。LP地下综合管廊工程内所收容的管线种类相对较多，且大部分的管道具备危险性特征，在应用期间容易出现触电、有毒有害气体泄漏以及爆炸性气体泄漏的情况，影响综合管廊的安全应用，因此，环境与设备监控系统的安全对于安全事故的预防有着重要的意义。

1.2综合管廊病害特征

地下综合管廊作为城市生命线工程项目，对于整个城市发展均有着很大的影响，但LP地下综合管廊工程的管廊跨度大、轴向刚度低，在运行过程中容易受到地质条件与外界环境的影响，因此容易引发次生灾害的出现，继而给LP地下综合管廊工程项目带来利益损伤。

（1）不均性沉降。LP地下综合管廊工程修建于浅层地下，廊体狭长且采取分段拼接方法铺设完成，容易受到水文地质条件以及周边人类活动的影响，继而导致廊体结构出现不均性的沉降。

（2）裂缝。LP地下综合管廊工程主要采取多段管廊拼接的施工方法，一旦管廊出现廊体刚度分布不均匀，继而产生裂缝。同时，在水体以及其他类型腐蚀性物质的影响下，廊体也将会出现腐蚀裂缝。

（3）收敛变形。管廊隧道在开挖掘进期间，挖掘区域周边土地将会出现地应力重分布，隧道表面土地向隧道洞收拢变形，这一变形趋势也被称为管廊收敛。LP地下综合管廊工程的收敛变形程度受到管廊尺寸、岩体成分以及挖掘方法等因素的影响。

2环境与设备监控系统施工技术应用

2.1管廊环境监控技术应用

管廊环境主要包含湿度、温度、有害气体、水泵、风机等相关内容，环境监控主要是对以上内容进行检测。管廊内部本身是相对封闭的空间，能够设置的逃生出口有限，只有保证管廊内部有害气体、温度以及湿度等内容的安全性，才能允许检查维护人员进入管廊内部。监控系统的设计应用能给确保管廊环境的安全性，当廊内氧气过低以及温度湿度过高的情况下，监测系统将会自动发出警报并开启通风设备，并强行进行换气处理，让积水坑的水位过高时也会发出警报，并立刻停止排水泵的运行。

2.2火灾监控技术应用

火灾监控技术主要应用光纤测温机以及感温光纤等作为管廊的火灾检测装置。测温光纤主要负责确定火灾发生的具体位置，并将相关信息直接传输给光纤测温主机。测温光纤主机设计应用的任务主要是将火灾的发生位置、温度以及报警型号直接传输给火灾报警装置，而火灾报警系统再发动消防联动信号。同时，在部分管廊内部设置感温光纤测温的火灾监测装置，感温装置能够感受阻燃与耐火的电力电缆。

2.3传输主干网设计应用

为了能够构建一个安全可靠的通信通道，可将管廊内部的PLC控制器、门禁监控系统以及巡更管理系统等与监控中心构建传输主干网，充分结合综合管廊的特点与走向，设置两个千兆光纤环网的传输主干网，同时，需要设置两台S9700的核心层交换机，在项目施工现场

设置120台的S2700接入层交换机，并创建安全可靠的通信通道。

2.4安防技术应用

在综合管廊项目的投料口以及机械通风口位置设置防入侵系统，借助传感器技术以及电子信息技术进行探测，针对非法进入以及意图非法进入设防区域行为进行指示，及时处理报警信息、发出警报。同时也可在投料口以及机械通风口设置红外对射探测器，帮助系统自动事儿别非法侵入的数据信息，经过探测器的准确判断后，将相关数据信息直接创术给报警控制系统，继而发出相应的报警信号。此外，入侵的片段也会直接传送至指挥调度中心显示屏内显示入侵区域的视频信号。

2.5联动控制技术应用

排风机自动系统的设计应用可根据市场温度自行开启通风机，在24h内自动完成通风工作。自控系统可在人员进入管廊内部自动提前通风换气，*大程度保障技术人员的个人安全。与此同时，也能根据火灾报警系统以及燃气探测报警系统的各项需求，自动化控制通风排

风机的安全运行，如若发生排风机系统与火灾报警系统同时作用的情况下，火灾报警系统将会优先动作。在进行集水坑位运行管控方面，消防系统设计可在集水坑内安装压差液位计，集水坑位的具体水位信息、排水泵启、停、故障等状态可显示在监控中心发出相应的警报，借由远程控制措施来开关电控井盖。

2.6燃气探测报警技术应用

综合管廊项目中的燃气探测报警技术主要设置在燃气监控工作站以及燃气探测报警主机，管廊中的燃气仓需要设计气体报警系统、声光报警系统、燃气探测器等部分构成。燃气仓每个防火分区拥有一台探测仪控制箱，在其中布置气体报警控制器，收集现场燃气探测器的信息充分显示出现。每个探测器以及控制器均有自动报警装置，在燃气探测器检测值燃气浓度达到报警要求后，将会立即发出警报信号，监控中心可收到报警信息与检测燃气浓度值。

气体报警控制器运行流程，为天然气管舱内的天然气浓度值达到可预报值时，管理系统将会启动燃气事故区域以及相邻区域的排风机以及送风机，有效降低天然气浓度，同时也可将报警信号直接传输至火灾自动报警系统的控制器。燃气探测器与声光报警系统需要按照总

线连接至分区气体的报警控制器，同时，在燃气管道的连接区域以及阀门区域等安装燃气探测器，每间隔15m安装探测器。声光探测器需要安装防火分区，两端的距离需要低于15m，且每间隔30m安装声光报警器。

2.7消防联动技术应用

自动状态下所设计的消防安全系统，能够借助火灾检测装置在检测到火灾的很快时间内启动事先编制好的消防方案，积极开展消防设备的管理工作，如果切断非消防电源时，需要先启动排风机进行排烟并开启灭火装置。在手动状态下相关人员则需要在确定火灾具体情况后启动消防员，有效管控消防设备，手动控制相关报警设备与消防设备的开关。

3城市综合管廊结构安全监控系统设计

3.1监控系统设计

城市综合管廊结构安全监控系统设计应用阶段，施工人员需要在管廊结构布设智能传感器，对于结构主体以及管廊主要构件收敛变形、裂缝开展以及不均匀沉降等病害信息进行实时监测，借助数据采集终端以及通信技术实时数据信息的自动化采集与传输。云端可结合管廊及其他监测系统所采集的各类型信息数据进行整理，借助海量异构数据信息实时综合性的分析评估作业，实现管廊结构全生命周期的安全监测与监测数据实时可视化，在综合管廊发生破坏前及时发布报警预警信息。城市综合管廊结构安全监控系统架构包含数据感知、数据传输、云平台以及数据管理应用四个方面。

城市综合管廊结构安全监控系统架构设计如图1所示。

图1 城市综合管廊结构安全监控系统架构

3.2数据感知模块设计

这一模块设计主要通过各种类型智能传感器以及检测仪器设备，对于管廊主体结构中可能存在的收敛变形、裂缝开展以及管片错动等病害进行自动化测量，对于管廊结构的变化情况进行实时感知。同时，需要结合监控系统当中的智能巡检模块，而日常巡检工作人员需要借助智能巡检模块，而日常巡检工作人员则可以通过应用工业智能机并借助智能巡检APP任务驱动式方法开展巡检作业。对于施工现场中的管廊结构信息、管线工作情况、廊内运营以及周边环境等情况进行无纸化记录采集，借助照片直观了解管廊结构的主要损伤情况。与此同时，可通过定期利用三维激光扫描仪完整的扫描管廊内部的断面情况，借助海量点云数据实现管廊结构的三维重建。此外，需要将各种类型的数据信息汇集至综合数据采集仪中，利用通信模块将监测到的信息直接上传至互联网平台。

3.3数据传输模块设计

这一模块设计是将感知模块中的各类检测数据信息实时传送至互联网平台中，继而实现施工现场与远程监控中心间数据信息的全时段互联互通。现场传感器主要采用Modbus协议，将RS485物理层与监测数据综合采集仪的有效连接，通过DTU将串口数据转换成为IP数

据实现监测数据。从综合管廊的工程特点来看，针对通信条件不佳的管段，是无法确保数据传输的有效性与实效性，需要进一步加强数据传输模块的通信能力。如可采取光纤光缆串联信号中继器的方法，将信号直接引至管廊检测井、通风口等地。

3.4云平台设计

利用海量的IT资源池构成的云平台虚拟服务器，继而实现监控系统的云上搭建运行。针对综合管廊线路长以及覆盖面积广泛的特征，需要凭借云平台弹性可扩展的应用优势，充分满足未来对于安全监控系统中等各项功能增减的需求，实现与其他管廊监测系统有效融合。与此同时，可利用云平台强大的数据计算与处理能力，根据不同模型算法对各种类型的检测数据进行自动化处理，继而获得直观性、连续性的管廊结构病害变化信息线图，借助海量点云扫描数据可生成管廊全断面三维模型。此外，云平台系统设计包含项目管理、测点控制、预报警值设置以及巡检记录等功能子模块以及自动预报警功能。所设计的云平台能够对海量检测数据进行存储与归档，大数据信息档案不仅能够满足管廊安全运维日常监控需求，帮助监控工作人员全面性分析与评估管廊结构。

3.5数据管理与应用模块设计

这一模块设计包含管廊安全可视化监控、系统管理、数据下载、信息查询以及预报警信息等子系统。监控人员可利用各种客户端来登录云平台，随时随地了解管廊结构的*新安全动态，满足管理人员快速查询以及下载管廊安全评估所需数据信息的需求，继而一键获取图文并茂的检测报告。与此同时，管理人员也可在管廊结构发生异常的很快内获取相关的预警信息，及时采取相应的管理措施，有效防止安全事故的产生。此外，监控人员也可基于项目检测需求以及可能出现的突发状况，继而满足现场感知模块以及巡检人员的交互需求。

4AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台

4.1平台概述

AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体，为建立可靠、安全、高效的综合管廊管理体系提供数据支持，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计，解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。

4.2平台组成

安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台，它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度，同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、高效、有序的要求。

4.3平台拓扑

4.4平台子系统

4.4.1电力监控

电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。

4.4.2环境监测

环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警，同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。

4.4.3电气安全

AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器，消防设备电源传感器、防火门状态传感器，接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示，并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视，发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。

4.5相关平台部署硬件选型清单

4.5.1电力监控及配电室环境监控系统

4.5.2电气火灾监控系统

4.5.3消防设备电源监控系统

4.5.4防火门监控系统

4.5.5消防应急照明和疏散指示系统

5结语

总而言之，城市综合管廊是城市建设发展的生命线，城市综合管廊环境与设备监控系统设计可充分满足绿色化与智能化发展趋势，更好的提升对于管廊环境、设备以及结构的监管效率，实现对城市综合管廊的智能化管理。

参考文献

【1】蔡历颖，钟成帅,易璐瑶,宿杰,李龙.基于BIM技术在城市综合管廊绿色施工中的应用研究[J].

【2】周王飞，谢旭峰，王如，汤川川，尚应帅.城市综合管廊环境与设备监控系统施工技术研究.

【3】安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05

审核编辑 黄宇