Analysis of the Design about Monitoring and Alarm System of Utility Tunnel

Li Rui / Fu Haocheng



Analysis of the Design about Monitoring and Alarm System of Utility Tunnel

Li Rui / Fu Haocheng

AbstractThe design, implementation and operation of monitoring and alarm system for utility tunnel are analyzed briefly. Through devolving the system’s communication, tunnel facility and environmental monitoring, fire monitoring, automatic alarm and fire protection, IP telephone, radio communication, video surveillance, security surveillance and wireless night patrol, and central computer, some implications for upgrading the design of different components of the utility tunnel in monitoring and alarm system are provided.

Keywordsutility tunnel, monitoring and alarm system, communication network, information management platform, equipment supply, grounding and installation

0引言

综合管廊是一种统筹建设管理地下管线的新模式，为电力、通信、供热、燃气、供水、排水等各种地下管线建造一个共同的“房子”。由于综合管廊具有避免道路反复开挖、优化利用土地资源、管线敷设扩容方便、延长管线使用寿命等优点，被国家及地方大力推广建设。当前建设综合管廊的地域分布广泛，但由于设计、施工及后期运行管理经验尚浅，故具有一定的试验性。全国已建成的综合管廊项目中，入驻管廊的管线主要包括电力、通信、给水等，部分管廊中还含有排水管线，但燃气、热力、空气输送等管线入驻最少。

管廊本体是钢筋混凝土地下构筑物，原则上每隔200m设置一个防火分区，廊内设有通风、供配电、排水、标识、监控与报警系统等附属设施。后期管廊运管部门会通过以上附属设施对管廊进行科学的综合管理，提高廊内管线安全性、稳定性等。其中监控与报警系统是决定管廊是否正常运行及运管维护工作是否方便的重要因素之一，目前仍在不断地改良创新。

综合管廊监控与报警系统由管廊前端设备、通信网络、监控中心三部分组成。其中，前端设备包括布置在综合管廊内部的检测、控制及报警设施，主要负责前端现场的数据采集和控制；通信网络由光纤通信网组成，可实现管廊前端设备与通信中心之间的通信功能；监控中心为综合管廊监控与报警系统的业务管理和指挥中心，前端所有设备通过通信网络接入监控中心。

笔者根据前期建设单位的意见、工程设计中监控与报警系统设计经验、施工现场问题与后期运管部门提出的改进建议，对综合管廊监控与报警系统的设计方案与措施提出以下建议。

1通信网络

通信网络是综合管廊内部各子系统与监控中心主系统之间通信传输及信息交换的重要枢纽，其系统构架具有多样性。过去，通信网络的设计采用主干环网结构，即在监控中心设置核心交换机，再通过光纤与廊内底层交换机连接成环。这种主干环网结构虽然较为经济，但由于目前很多综合管廊项目规模较大，任意两个节点之间的断线就会造成断点之间区段与监控中心之间的通信中断，严重影响系统的稳定性，所以笔者建议将主干环网结构只运用于规模较小的工程中。

对于规模较大的综合管廊，通信网络可考虑采用底层区域环网+主干冗余点对点通信的系统结构，管廊按每6～8个防火分区(可配合电气供配电辖区考虑)组建一个底层区域光纤环网，这样就能将一段很长的通信网络分成几个较小的底层环网；每个防火分区内设置1套底层交换机，接入本分区内除火灾报警系统和无线对讲系统以外的设备；在每个区域环网靠近监控中心的第一个分区内，交换机通过光缆与监控中心实现主干冗余点对点光纤通信；监控中心配置2台核心交换机，互为热备，负责前端通信设备的接入，同时负责与中心计算机系统进行连接。

上述的设计方案通过增设1套核心交换机实现主干冗余，廊内分区各自成环，无论是主干网还是底层环网出现断线都不会影响系统运行，大大提高了系统的可靠性，所以规模较大的综合管廊宜采用底层区域环网+主干冗余点对点的通信网络结构。

2廊内设备与环境监控系统

建议在综合管廊内部每个防火分区内布设1套PLC控制单元，负责监测控制本区内的设备，包括风机、照明、排水泵、井盖、出/入口控制器、综合气体检测仪、温/湿度检测仪及液位检测仪、供配电系统信息化数据设备等。

对于廊内风机、照明、水泵、井盖、环境监测等设备，可采用点对点传输方式接入PLC；出/入口控制器、供配电系统信息化等自带控制单元的设备可通过RS-485总线接入PLC，经处理后通过TCP/IP通信模块接入工业级交换机，从而将数据上传至监控中心。在远程控制模式下，PLC接收监控中心发送的联动指令，对上述设备进行监控；在本地控制模式下，将各设备将运行状态输入后根据PLC内预设的程序进行控制，接收控制信号进行本地控制。

考虑到以往工程分区控制点数量较少的情况 ，往往在多个分区内共用1套PLC主机及数套分布式I/O系统，造成实际施工时反馈PLC主机与分布式I/O模块间距过长不便于扩展，且部分PLC厂家主机与分布式I/O模块之间的线缆需特别定制，会增加投资成本，所以从稳定性及扩展性两方面考虑，建议每个防火分区按1个自控单元设计。

3火灾监测、自动报警与消防联动系统

综合管廊内部多为主干管线，担负着城市或片区正常运行的重任。一旦没有及时发现、扑灭火灾，将导致城市或片区基础设施瘫痪，使城市受到巨大的经济损失及不良的社会影响，故火灾监测、自动报警与联动灭火系统的设置是非常有必要的。

3.1火灾监测系统

火灾监测宜采用线型光纤测温，将光纤测温主机与感温光纤等作为主要的火灾监测装置。先由测温光纤精确定位火灾发生的位置，将信息反馈给光纤测温主机，再由测温主机将实时温度、火灾发生位置、火灾报警信号输出至火灾报警系统，最后由火灾报警系统完成相应的消防联动。

以往部分工程在廊内设置感烟探测器、感温光栅等作为辅助或主要的火灾监测装置，但实际使用效果不佳，因为综合管廊内纳入的给排水管、通讯电缆一般不燃或难燃，且廊内电力电缆均为阻燃或耐火电缆，在发生火灾并产生大量烟气时，感温装置早已动作，故采用感烟探测器意义不大；另外在管廊内造成电缆局部升温进而引发火灾主要是因为电力线路出现相间短路、对地短路、接触不良、线路过载等问题，而感温光栅是点式感温，监测时间为循环非连续，故也不建议将感温光栅作为综合管廊内部主要的火灾探测器。所以建议采用感温光纤测温作为综合管廊火灾探测系统的首选。

3.2火灾报警系统

火灾报警系统通过接收火灾检测信号或者手动按钮报警信号，在综合管廊内部进行声光报警，以警示管廊内部的工作人员，并同时在监控中心内部进行声光报警及软件弹窗报警，监控管理平台自动将监视器画面切换到发生火灾的位置并通知监控中心工作人员采取相关措施。

该系统包括设置在监控中心的火灾报警控制主机、消防控制室图形显示装置、综合管廊内的火灾报警控制分机、手动火灾报警按钮、火灾声光报警器等设备。其中，监控中心的火灾报警控制主机能接入前端所有火灾报警控制分机，监测每台分机的运行情况，当监控区域发生火灾时，系统可以采用自动模式联动控制相关设备启/停，并接收各种联动设备的反馈信号，监视运行状态；工作人员可结合消防控制室图形显示情况进行火灾预警、火警以及消防指挥调度工作；而管廊内部的火灾报警控制分机负责接入现场所有的火灾报警设备，接收并传递火灾报警信号，且对设备进行联动控制；手动火灾报警按钮和火灾声光报警器接入所在防火分区内的火灾报警控制分机。

各火灾报警控制分机通过专用消防通信链路与监控中心火灾报警控制主机连接，并通过光纤传输实现前端设备与监控中心的通信。

由于管廊内部一般需要设置固定式电话，故可与消防专用电话合用，只设置单独通信系统即可。

3.3消防联动系统

在系统自动控制状态下，一旦火灾监测设备检测到火灾发生，火灾报警系统就能够自动启动事先编制好的消防预案，联动控制相关消防设备，如切断非消防电源、启动风机进行排烟、启动灭火装置及时灭火、联动控制防火门及出/入口控制器等；在手动控制状态下，工作人员对火灾进行确认后，启动消防预案，联动控制相关消防设备，同时工作人员能够通过操作按钮启/停相关报警设备和消防设备。

4IP电话与无线对讲系统

为保证综合管廊后期的运行、维护方便可靠，建议综合管廊内部设置固定式电话与无线对讲系统。

4.1IP电话系统

综合管廊内工作人员无需拨号，可通过IP电话终端直接与监控中心工作人员进行对话，实现报警应急指挥等功能。通话数据主要通过IP网络在监控中心和综合管廊之间传输，监控中心能通过IP寻址精准定位通话点。

系统通过在每个防火分区、舱室、人员出/入口处布设若干IP电话终端，通过RJ-45网口与各分区交换机连接，经通信链路与监控中心IP网络寻呼话筒连接通话。

同时IP电话终端带有报警按钮，报警开关量信号转换为IP数据进行传输。在监控中心，IP电话系统工作站连接报警器控制盒和声光报警器直接响应前端报警信号。

4.2无线对讲系统

控制中心人员应能通过无线对讲系统与综合管廊内部持数字无线对讲机的工作人员进行实时通话，同时持数字无线对讲机的工作人员之间也可以互相对话。

无线对讲系统由设置在监控中心的近端设备和设置在管廊内部的远端接入设备组成。近端设备通过光缆与远端设备连接，系统可实现监控中心与无线对讲机的通信，分机之间也可互通。

将监控中心的近端设备产生的无线信号发送至廊内的远端设备，并在远端设备接入上、下行两个方向的漏泄电缆，既可作为无线信号电波的传输线，也可作为无线信号的天线，从而形成整个管廊区域的无线覆盖网；同时，近端设备还可以通过以太网口连接至核心交换机，接入信息化监控管理平台，实现对整个综合管廊无线对讲系统的维护管理和操作。

5视频监控系统

综合管廊应能通过视频监控系统对管廊内部的重要节点和设备进行实时监控，将监控画面传输回监控中心，使中心值班人员实时了解管廊内部的情况，及时获取突发状况的信息。

系统包括布设在监控中心的视频管理服务器、视频监控计算机、嵌入式多屏控制器、嵌入式网络硬盘录像机、监视墙等设备以及在管廊内安装覆盖重要节点和设备的视频监控摄像机。监控摄像机通过网线接入就近分区的交换机，再通过通信链路连接至监控中心，可全天24h进行录像。

监控中心设置的网络硬盘录像机、视频监控工作站、嵌入式多屏控制器、监视墙均接入中心局域网。前端传送回的录像码流1路进入嵌入式网络硬盘录像机进行存储，1路进入嵌入式多屏控制器，经解码后在监视器上实时显示监控画面进行轮询切换。

6入侵检测与无线电子巡更系统

为保证综合管廊内部安全、可靠地运行，应在人员出/入口、投料口、进排风口等可能遭到入侵的区域布设红外入侵探测器，建议采用被动式红外入侵探测器，并布设在管廊内各设防口。当人员入侵时，人体在红外入侵探测器探测范围内移动，将引起设备接收到的红外辐射电平变化，并随即进入报警状态。设备将报警状态通过RS-485串口输出，经串口转网口模块后生成IP数据，连接工业级交换机，再通过通讯链路发送至监控中心的报警主机，驱动报警响应。

同时，为实现对综合管廊管理的规范化、科学化和能够及时消除隐患等功能，宜设置无线电子巡更系统，提高管廊巡检工作的规范化及科学化水平，以有效保障被巡检设施处于良好状态。无线巡更管理系统由信息钮、巡更棒、通讯座、计算机及软件系统组成。管廊运管人员将具有不同编码的信息钮安放于被巡检的设备或线路上，并将信息钮编码及对应安放地点存于计算机中。在巡检人员用巡更棒与该处信息钮进行接触时，该信息钮编号被读入巡更棒中，并与巡更棒内置的时钟记录时间一起构成有效的巡检数据。这些识读器内的巡检数据将由巡检人员通过计算机内的软件定期读入计算机中。

7监控中心计算机系统

监控中心计算机系统通过集成前端监控系统中的各子系统，可实现数据处理、分析和存储以及业务管理和应急指挥等功能。系统应包含服务器及各子系统监控计算机，其中，服务器通过安装信息化监控管理平台客户端，实现对监控系统进行整体业务管理和数据管理以及对计算机系统中各设备的整体管理和控制。

8设备供电、接地与安装

综合管廊监控与报警系统设备均按不低于二级负荷考虑，要求双回路供电，且两路电源互为热备，并设置不间断供电电源。系统应采用每个防火分区单独供配电的方式，要求提供两路电源，且每个防火分区配置单独的UPS为监控与报警设备供电。

一般电气工程在综合管廊内部均设有通长接地干线，布设在监控与报警系统机箱以外的现场设备需通过接地导线连接至通长接地干线；布设在机箱内的设备应在机箱中设置接地汇流排；箱内设备通过接地导线连接至接地汇流排，接地汇流排引出接地导线与管廊内的通长接地干线连接，监控与报警系统接地电阻≤1Ω。

以往工程中，为安装方便，除在设备夹层内布置现场监控与报警设备外，管廊内部也有不少采用贴廊内墙壁的安装方式，待管廊建成完毕后，特别是管线敷设完成后出现不少管道或电缆遮挡住设备的现象，严重影响设备的运行与操作。故建议管廊内部的现场监控与报警设备宜先固定在底座安装板上，再整体安装在廊道内支架上，方便后期运管人员观察与操作。

9结语

由于综合管廊监控与报警系统子项繁多，且系统延伸性与扩展性较强，经过多年发展，新理念与新技术层出不穷，技术规范修订也较为频繁，但出不少技术问题在现场施工与后期使用中仍突显，只有不断总结完善，才能保证系统运行安全、方便、合理、经济、高效。

参考文献

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综合管廊监控与报警系统设计浅析

李蕊 / 付浩程

(中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都 610081)

摘要通过分析综合管廊监控与报警系统设计、施工及后期运管中需要注意的问题，对通信、廊内设备与环境监控、火灾监测、自动报警及消防联动、IP电话、无线对讲、视频监控、入侵监测与无线电子巡更、监控中心计算机等系统进行探讨，初步给出各项系统的设计方案，并对优化综合管廊报警与监控系统构建提出部分建议。

关键词综合管廊监控与报警系统通信网络信息化管理平台设备供电接地与安装