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王蘭
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：隨著現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地下綜合管廊智能化建設(shè)正在成為智慧管廊重要的建設(shè)方式。借鑒地下綜合管廊的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，引進(jìn)智慧管廊內(nèi)涵和支撐技術(shù)，提高地下綜合管廊智能化建設(shè)效果，有利于提升新型城市基礎(chǔ)設(shè)施水平，完善城市數(shù)字化管理功能，實(shí)現(xiàn)地下綜合管廊全生命周期的智慧化運(yùn)營和管理。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；地下綜合管廊；智慧化建設(shè)
0 引言
地下綜合管廊是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在建設(shè)過程中依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠提高地下綜合管廊的建設(shè)效果，實(shí)現(xiàn)智慧化建設(shè)的目標(biāo)。在地下綜合管廊建設(shè)過程中采用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為地下綜合管廊全生命周期的運(yùn)營提供有力支持，保證地下綜合管廊在建設(shè)目標(biāo)方面能夠達(dá)到精細(xì)化、智慧化的要求。
1 地下綜合管廊建設(shè)概述
地下綜合管廊主要是指建于城市地下用于容納兩類及以上城市工程管線的構(gòu)筑物及附屬設(shè)施，給水、雨水、污水、再生水、天然氣、熱力、電力、通信等城市工程管線可納人綜合管廊。圍繞地下綜合管廊的建設(shè)要求，在地下綜合管廊的建設(shè)方面需要采取多種先進(jìn)的智能化技術(shù)提高建設(shè)效果，目前地下綜合管廊智慧化建設(shè)尚停留在子系統(tǒng)實(shí)施以及系統(tǒng)集成狀態(tài)，與要達(dá)到的智慧管廊目標(biāo)還存在較大差距。
2 地下綜合管廊智能化建設(shè)
2.1做好全面規(guī)劃
在地下綜合管廊建設(shè)過程中，智慧化建設(shè)是重要的發(fā)展目標(biāo)。要提高智慧化建設(shè)的效果，應(yīng)當(dāng)在地下綜合管廊建設(shè)前進(jìn)行充分論證，做到全面規(guī)劃、科學(xué)實(shí)施，從而使地下綜合管廊在建設(shè)方法、建設(shè)內(nèi)容和以及智能化技術(shù)的應(yīng)用都能做到提前規(guī)劃和提前籌備，解決地下綜合管廊建設(shè)中存在的諸多問題。目前智慧管廊建設(shè)需要多方面協(xié)同才能保證地下綜合管廊建設(shè)取得智慧化的效果。
2.2引進(jìn)智慧管廊內(nèi)涵和支撐技術(shù)
在地下綜合管廊智慧化建設(shè)過程中引進(jìn)現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)至關(guān)重要，智慧管廊建設(shè)包含的內(nèi)容多，通過采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)管廊的數(shù)據(jù)收集、管線監(jiān)控、管廊安全防范、安全機(jī)器人巡檢、廊內(nèi)環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控等功能，實(shí)現(xiàn)地下綜合管廊管理的智慧化，提高地下綜合管廊的管理效率，更好地融入智慧城市管理和服務(wù)體系。智慧管廊利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將管廊內(nèi)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)相連接，設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)對廊內(nèi)設(shè)備智慧化識別、定位、跟蹤、監(jiān)管等功能。
2.3地下綜合管廊智能化系統(tǒng)構(gòu)成
地下綜合管廊智能化建設(shè)的總體架構(gòu)分為設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、支撐層、應(yīng)用層。設(shè)備層主要由走廊內(nèi)部署的各種監(jiān)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)層使用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并將數(shù)據(jù)信息上傳到支撐層。支撐層由一系列數(shù)據(jù)庫和服務(wù)平臺組成，是智慧管廊的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，也是應(yīng)用層進(jìn)行信息處理的數(shù)據(jù)來源。應(yīng)用層由根據(jù)智慧管廊運(yùn)維管理平臺需求制定的相關(guān)功能模塊或系統(tǒng)組成，包括綜合監(jiān)控、綜合數(shù)據(jù)服務(wù)、運(yùn)營管理、應(yīng)急管理等。
3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地下綜合管廊智慧化建設(shè)要點(diǎn)
3.1安全機(jī)器人巡檢系統(tǒng)
安全機(jī)器人巡檢系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)傳輸，對地下管廊的管線進(jìn)行全面的巡檢，既解決了管線的巡查問題，同時(shí)也提高了巡檢質(zhì)量，規(guī)避地下
圖1巡檢機(jī)器人安裝橫斷面圖
圖2(靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖)
管線的泄露風(fēng)險(xiǎn)，快速發(fā)現(xiàn)地下管線的安全隱患并予以有效解決，使地下管線在運(yùn)行過程中具備更強(qiáng)的安全性。采取安全機(jī)器人巡檢的方式針對性強(qiáng)，巡檢效果好，在巡檢過程中能夠滿足巡檢要求，對解決地下綜合管廊的管線巡檢問題具有重要影響，在具體實(shí)施過程中需要根據(jù)地下綜合管廊的建設(shè)位置，管線類型以及管線的走向情況合理設(shè)置安全機(jī)器人的巡檢路線。
3.2結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)
地下綜合管廊結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對多點(diǎn)相對沉降、結(jié)構(gòu)傾斜、管廊振動、伸縮縫相對位移的監(jiān)測，提升檢測的便利性，提高管廊養(yǎng)護(hù)維修的管理水平，降低潛在危險(xiǎn)性事件的發(fā)生概率。因此對地下綜合管廊的結(jié)構(gòu)沉降及位移、振動加速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測是非常必要的。
結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)通過在管廊結(jié)構(gòu)內(nèi)布置沉降(靜力水準(zhǔn)儀)、相對位移(位移計(jì))等監(jiān)測傳感器，監(jiān)測管廊在運(yùn)營階段的結(jié)構(gòu)變形變位，通過光纖光柵調(diào)制解調(diào)器采集管廊內(nèi)靜力水準(zhǔn)儀、位移計(jì)數(shù)據(jù)，利用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)控中心服務(wù)器采用光纖光柵測量系統(tǒng)客戶端軟件對采集的解調(diào)儀各通道數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。振動加速度監(jiān)測采用高精度、頻振動加速度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)動力狀態(tài)，通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，后臺處理監(jiān)控管廊上部人為活動(振動擾動)。任何接入互聯(lián)網(wǎng)的客戶端都可在服務(wù)器上觀測各監(jiān)控點(diǎn)的變形信息。
3.3利用安全防范系統(tǒng)對管廊進(jìn)行監(jiān)控
地下綜合管廊在運(yùn)行過程中需要掌握管廊內(nèi)的安全狀況，利用安全防范系統(tǒng)能夠?qū)Φ叵戮C合管廊進(jìn)行生命周期的監(jiān)控，提高地下綜合管廊的建設(shè)效果，解決了地下綜合管廊的安全防范問題。安全防范系統(tǒng)包括視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、非法入侵報(bào)警系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、廊內(nèi)人員實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)及離線式電子巡查系統(tǒng)五大部分。管廊安全防范系統(tǒng)采用新一代傳感技術(shù)、視頻識別技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)以下建設(shè)目標(biāo):
1)實(shí)現(xiàn)人侵防范監(jiān)控管理，監(jiān)控中心管理人員可以實(shí)時(shí)接收人侵報(bào)警信號、實(shí)時(shí)查看管廊內(nèi)相關(guān)圖像。
2)實(shí)現(xiàn)運(yùn)維巡更記錄和廊內(nèi)人員定位，提高運(yùn)維管理的安全管理水平。
3)通過綜合監(jiān)控平臺實(shí)現(xiàn)安全防范各個(gè)系統(tǒng)之間聯(lián)動以及與其他系統(tǒng)聯(lián)動，提高管廊的安全防范能力和智能化程度。
視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)通過在管廊艙內(nèi)設(shè)置一體化低照度網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)，在通風(fēng)口、投料口、管廊內(nèi)人員出入口等處設(shè)置網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)。監(jiān)控中心值班人員能夠按照預(yù)先設(shè)定順序或地點(diǎn)顯示實(shí)時(shí)圖像畫面，當(dāng)某地點(diǎn)有報(bào)警信號時(shí)，監(jiān)控中心能自動顯示相應(yīng)地點(diǎn)的圖像畫面。監(jiān)控中心值班人員通過調(diào)閱瀏覽現(xiàn)場的視頻圖像進(jìn)行分析和判斷，能夠清晰地了解地下綜合管廊的運(yùn)行情況，同時(shí)還能分析地下綜合管廊的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，并提前預(yù)防不良事件的發(fā)生，保障管廊安全運(yùn)行。
入侵報(bào)警系統(tǒng)在綜合管廊人員出入口、通風(fēng)口、投料口等外部人員容易入侵的位置設(shè)置入侵報(bào)警探測裝置和聲光報(bào)警器。外部人員進(jìn)入時(shí)，通過分區(qū)ACU，及時(shí)向監(jiān)控中心報(bào)警，并聯(lián)動監(jiān)控中心安防工作站、監(jiān)控大屏的相應(yīng)區(qū)間和位置的圖像元素閃爍，產(chǎn)生語音報(bào)警信號，以便控制中心采取相應(yīng)措施。
出入口控制系統(tǒng)主要由識讀部分、傳輸部分、管理／控制部分和執(zhí)行部分以及相應(yīng)的系統(tǒng)軟件組成。在管廊人員出入口對人或物的進(jìn)、出進(jìn)行放行或拒絕，同時(shí)具有實(shí)現(xiàn)井蓋開啟狀態(tài)監(jiān)控、位置定位、非法拆除警告和報(bào)警等控制功能。電動液壓井蓋自帶控制器，狀態(tài)信號接入ACU箱，可通過遠(yuǎn)程和專用工具開啟井蓋進(jìn)入管廊。出入口控制系統(tǒng)能接入消防報(bào)警信號，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)，接收到報(bào)警信號后，發(fā)送火災(zāi)的區(qū)間及相鄰區(qū)間的各個(gè)出入口電控鎖均自動打開。
廊內(nèi)人員實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)在管廊艙內(nèi)每隔60米左右設(shè)置一個(gè)無線路由器,吸頂安裝,路由器有效范圍不小于30m；每個(gè)艙內(nèi)路由器采用級聯(lián)方式通信，由一條主通信光纖串接該艙內(nèi)每個(gè)監(jiān)控區(qū)間的所有無線路由。管廊內(nèi)安裝無線全覆蓋網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)后，通過手機(jī)、IPAD將實(shí)時(shí)位置信息傳送至監(jiān)控中心平臺。人員進(jìn)入管廊后，監(jiān)控中心可根據(jù)地理信息實(shí)時(shí)跟蹤廊內(nèi)人員所處位置，0~20米范圍對定位標(biāo)識等目標(biāo)進(jìn)行識別和監(jiān)控。
離線式電子巡查系統(tǒng)在管廊每個(gè)防火分區(qū)中部、人員出入口各設(shè)置離線電子巡查點(diǎn)一個(gè)。人員參與巡查時(shí)，使用手持設(shè)備即可進(jìn)行位置信息實(shí)時(shí)上傳，實(shí)現(xiàn)巡檢功能。
3.4不斷完善設(shè)備及環(huán)境監(jiān)控
地下綜合管廊在運(yùn)營管理過程中需要監(jiān)控廊內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行狀況，并對廊內(nèi)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，了解廊內(nèi)設(shè)備和環(huán)境的基本情況，提供廊內(nèi)各種設(shè)備監(jiān)控方式，為監(jiān)控中心提供管廊日常運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，從而有效保障管廊安全運(yùn)行和運(yùn)維人員的人身安全。設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控模塊、控制設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備組成。環(huán)境監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)廊內(nèi)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)顯示、報(bào)警定位、告警通知功能。設(shè)備監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)通風(fēng)、排水、照明等設(shè)備監(jiān)測與管控。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循集散管控系統(tǒng)集中管理、分散控制的建設(shè)原則，采用管理層、自動控制層和現(xiàn)場控制層三層結(jié)構(gòu)。各層設(shè)備應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)、開放的通信協(xié)議與接口。
設(shè)備與環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)包括廊內(nèi)環(huán)境參數(shù)檢測、通風(fēng)、排水、照明等設(shè)備監(jiān)測與管控。環(huán)境檢測參數(shù)包括廊內(nèi)溫濕度、氧氣濃度、排水泵水位、污水艙內(nèi)硫化氫和燃?xì)馀搩?nèi)甲烷等。系統(tǒng)采集管廊內(nèi)環(huán)境參數(shù)、通風(fēng)、排水、照明等狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過可編程控制器控制風(fēng)機(jī)、排水泵、照明系統(tǒng)等設(shè)備的運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)控中心也可通過綜合監(jiān)控平臺實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，當(dāng)有環(huán)境參數(shù)超闕值時(shí)觸發(fā)報(bào)警并啟動應(yīng)對控制。系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際需要對風(fēng)機(jī)、水泵、照明燈附屬設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，提供環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)等歷史數(shù)據(jù)。
3.5優(yōu)化地下綜合管廊運(yùn)營平臺
地下綜合管廊在運(yùn)營過程中既要了解其特點(diǎn)和運(yùn)行要求，同時(shí)也要在運(yùn)營方面充分發(fā)揮基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧管廊的優(yōu)勢，將管廊智慧運(yùn)營服務(wù)運(yùn)用其中，并根據(jù)地下綜合管廊的智慧運(yùn)營特點(diǎn)制定科學(xué)的運(yùn)營方式，保證地下綜合管廊在運(yùn)營過程中能夠達(dá)到運(yùn)營目標(biāo)，降低運(yùn)營難度。智慧管廊的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智慧化運(yùn)營、管理，并為管線單位提供高效、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，確保管廊全生命周期的安全運(yùn)維。
地下綜合管廊智慧運(yùn)維管理平臺由基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施、軟件、硬件等構(gòu)成。功能子平臺包括設(shè)備設(shè)施運(yùn)維平臺、監(jiān)控與報(bào)警平臺、運(yùn)營管理平臺、綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺、BIM、GIS應(yīng)用服務(wù)平臺、應(yīng)急指揮平臺等。智慧運(yùn)維管理平臺具有以下功能：
基于GIS(地理信息系統(tǒng))和BIM(建筑信息模型)技術(shù)，可以進(jìn)行管廊的精細(xì)化模型創(chuàng)建以及大場景地理信息的管理和分析，實(shí)現(xiàn)了分析、管理從微觀到宏觀的海量數(shù)據(jù)，同時(shí)又能更全面地展示可視化信息。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和推送，實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測綜合管廊運(yùn)行狀況，通過異常報(bào)警和風(fēng)險(xiǎn)評估，掌控風(fēng)險(xiǎn)分布。數(shù)據(jù)共享和交換，通過使用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和海量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，對可能發(fā)生的安全事件進(jìn)行預(yù)警，提前采取應(yīng)對措施，保障綜合管廊整體安全，助力運(yùn)維單位履行安全職責(zé)。
管廊本體與入廊管線一體化監(jiān)測，使運(yùn)維單位與管線權(quán)屬單位形成協(xié)同機(jī)制，輔助綜合管廊各相關(guān)方履職履責(zé)。
對廊體、管線、附屬設(shè)施設(shè)備進(jìn)行全生命周期管理，實(shí)現(xiàn)巡檢、養(yǎng)護(hù)、維修、報(bào)廢業(yè)務(wù)流程化、精細(xì)化管理。提供二次開發(fā)接口，實(shí)現(xiàn)智慧綜合管廊運(yùn)營平臺的各項(xiàng)專業(yè)功能。
4、AcrelEMS-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(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)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(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)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(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個(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(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時(shí)滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。
4.3平臺拓?fù)?img src="https://mall.acrel.cn:10078/mall/028ad885e367402a884c65e8985573b7.png" style="width:800px;"/>
4.4平臺子系統(tǒng)
4.4.1電力監(jiān)控
電力監(jiān)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(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計(jì)量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等。
4.4.2環(huán)境監(jiān)測
環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃?xì)怏w濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警，同時(shí)也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。
4.4.3電氣安全
AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(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(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，發(fā)生異常時(shí)通過聲光、短信、APP及時(shí)預(yù)警。
4.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單
4.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
5 結(jié)語
通過對地下綜合管廊建設(shè)的理解，在建設(shè)過程中引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能化技術(shù)，提升了地下綜合管廊的智慧性，對地下綜合管廊的運(yùn)營效果具有重要意義，即能夠切實(shí)解決地下綜合管廊的運(yùn)行、維護(hù)問題，同時(shí)將管廊的管理從監(jiān)控、運(yùn)維層面提升到運(yùn)營、服務(wù)層面，實(shí)現(xiàn)地下綜合管廊全生命周期內(nèi)監(jiān)控、運(yùn)維、管理、運(yùn)營、服務(wù)的智慧化。
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