城市综合管廊的智慧管控设计探讨

朱 骏

（湖南省建筑设计院有限公司，长沙410012）

0 引言

城市地下综合管廊是在城市地下建造一个类似于隧道的空间，分成不同功能的舱室，放置不同种类的城市专用管线，将原来在建设过程直埋于地下的通信、国防、电力、天然气、热力管、中水、自来水、污水等各种市政管线集中于一体，管廊的结构设计使用寿命是100 年，避免了直埋于地下的管线由于维护、扩容、迁改等问题造成的二次开挖，从长远来看，可以大大缩减不必要的重复建设。 管廊设置有专门的通风口、检修口、人员进出口、吊装口，实现了地下市政管线统一设计、统一建设、统一管理的新模式，综合管廊将是保障城市运行的重要生命线，图1 为城市地下综合管廊示意图。

1 城市综合管廊的管控现状

由于综合管廊的结构设计寿命非常长，管廊里面的附属设施设计需要立足于长远，有一定的前瞻性，故建设好地下综合管廊的监控与报警系统意义重大。 城市综合管廊的内部有维持城市基本功能的各种专业市政管线，而且还有维持综合管廊自身运行需要使用的管线和设备，无论是纳入管廊的市政管线出现了异常，还是自身的设备及管线出现了故障，都会严重影响城市功能的正常运行。

图1 城市地下综合管廊示意图

目前建设管廊监控与报警系统还没有太多的专业厂家，现有市面上的产品也只是从别的类似管廊的项目使用后开发得来，还没有在管廊中得到大量项目及时间的验证，也少有管廊专用的产品与标准。 实际项目在设计和建设中难免会采用不同的厂家提供的不同的解决方案，这样就会造成产品接口众多，数据传输标准难以统一、不同系统之间的访问性差等问题，容易形成一个个的信息“孤岛”，目前在实际项目中有如下几种情况需要得到重视。

（1）传统的视频监控采用的是人工管理模式，由于工作人员专业素质不统一，管理质量无法得到有效保障。

（2）存在多个部门同时管理管廊，且专业管线公司需要配合管理，这样多头管理、分散操作会产生很多不可预计的问题。

（3）管廊发生事故时，如果没有一个及时明确的事故源，多个部门之间解决紧急事故时易发生相互推诿的现象。

（4）综合管廊内部各种数据类别不一致，各系统间的信息“孤岛”易导致相关部门决策困难。

2 综合管廊智慧管控的系统

城市地下综合管廊的智慧管控系统（如图2 所示）由环控、安防、通讯、报警、地理信息、统一管理信息平台六个部分组成。

图2 城市综合管廊管控系统组成示意图

2.1 环境与设备的监控系统

综合管廊环控系统是对管廊内所有管线、设备、环境实施全程监控，将实时监控信息及时地传输至控制中心信息平台，用于值班人员及时地发现问题、排除故障，保证管廊正常运营。

环境与设备的监控系统主要是由智能传感器（环境监控、设备监控）组成。

2.2 安全防范系统

综合管廊安全防范系统的主要功能是实现对管廊内部的人员进行全程监控，并将视频及巡查信息及时传输到控制中心信息平台用于值班人员及时地发现问题，保证人身安全。

安防系统包含了视频监控、门禁、防入侵、巡检四个部分。

2.3 通信系统

通信系统的功能是为了解决管廊内部工作人员之间的通信，含管廊现场工作人员之间通信及现场人员与控制中心工作人员之间的通信两个方面。通信系统示意图如图3 所示。

图3 城市综合管廊管通信系统示意图

2.4 预警与报警系统

管廊的预警与报警系统是由火灾自动报警系统（普通舱室）和可燃气体报警系统（污水舱、天然气舱等含可燃气体的舱室）两部分组成。 主要功能是将管廊内的警情信息及时、准确地上传到监控中心，同时向综合管廊内的人员进行广播，使他们能及时地撤离现场，保证人身及设备安全。

火灾自动报警系统主要由烟感、温感、手报、智能广播等设备组成。

可燃气体报警系统主要由可燃气体浓度传感器和智能广播等设备组成。

2.5 地理信息系统

综合管廊地理信息系统的主要功能是实现对管廊内设备、人员及巡检车辆的位置坐标数据采集、存储、管理、分析、表达，及时传输到控制中心，能提供简洁、统一、友好的人机界面，具有视觉冲击力。 指令简单、准确，能直观展现“五个系统、一个平台”信息。

2.6 统一管理信息平台

管廊统一管理信息平台的功能主要是实现对大数据的综合分析及交互，将信息及时、准确地传到控制中心。

该平台依靠多个不同功能的子系统，构建一个数字化、网络化、集成化、智能化的统一管理信息平台。

2.7 控制中心

在管廊运营管理的过程中，管理人员需要及时、准确掌握管廊内部人员的位置、设备及各种管线的运行状态。

控制中心是管廊的核心，相当于人的“大脑”，为用户提供了一个智能化的操作平台，使得原超复杂的各分系统在使用时能轻松自如。 它协调着管廊自身的各个系统，同时还要负责与各管线部门的联动，保证专业管线及管廊内所有设备能够正常运行，在发生事故时能够迅速反应及处理。

3 综合管廊的智慧管控设计案例

笔者所在单位近年来设计了多个省内外城市综合管廊，在设计不断优化的过程中，发现综合管廊智慧管控系统是一个专业性、综合性强极的系统。 现有管廊的设备厂家基本上都是原隧道或地铁行业的，这些行业的产品定位和管廊还是有一定差别，由于目前管建设时各个厂家技术体系不一致，没有在管廊行业行成一个统一的标准，各个系统之间难以兼容互通。

笔者认为，在设计过程中，需要解决由不同厂家、不同产品、不同技术标准之间的兼容和相互集成的问题，要立足于用户的角度去设计，体现共享的原则。

3.1 设计原则

根据不同的项目进行需求分析，发现管廊的智慧管控设计有以下几个共同点需要引起重视。

（1）可靠性：智慧管控系统应确保管廊数据的传输的可靠性。 可靠的数据获取及传输是智慧管控的基础，是解决所有问题的基础。

（2）可扩展性：智慧管控系统应为不同系统提供可扩展性，包括设备接口更新换代的可扩展性、网络结构的可扩展性等。

（3）兼容性、开放性和易维护性：智慧管控系统应采用模块化设计，这样在设计和建设过程中，可以方便地进行建设和扩容。 在后期的运营过程中，可以方便设备的维护升级。 设置开放性的网络接口，可实现与各级主管部门及时联系沟通，及时处理紧急情况。

（4）安全性：管廊内承载着城市运行的各个专业管线，是城市运行的生命线，部分管线是国防等特殊机关的机密信息，管廊的智慧管控系统安全性就尤为重要，智慧管控系统要建立不同的安全等级，要特别保护用户的专有数据，为各级管理部门及专业管线单位提供不同的数据安全级别。

3.2 智慧管控系统解决的主要问题

目前，综合管廊智慧管控设计还主要存在以下几个安全问题需要得到解决：人的危险行为、物的不正常状态、环境的异常条件、管理部门的不规范操作。 若得不到有效解决，易发生事故。 因此，智慧管控系统必须对以上这几个安全问题进行管控，正确地预警和解决，保障管廊的根本安全。 针对以上不安全的问题，设计中应能考虑以下解决方案。

（1）人的危险行为解决方案：通过人员佩戴标识卡、携带便携式巡检仪，使管理人员达到可视化管理。

（2）物的不正常状态解决方案：通过在管廊内设置的各种传感器、仪器仪表对设备进行实时检测，做好报警与联动，使管廊内的设备始终处于可控的安全状态。

（3）环境的异常条件解决方案：通过设置温湿度、水位、气体浓度等各种智能传感器对管廊内部进行实时监控，做到提前预判危险源，从而消除由环境的的异常条件引发的安全事故。

（4）管理部门的不规范操作解决方案：通过建立安全机制，实现现场可视化、隐患可视化，达到管理、指挥、操作零失误。

3.3 数据采集

城市综合管廊的建设目标是实现高效、安全的智慧管廊。 故智慧管控系统应采用目前主流的物联网技术，实时获取人员、设备、环境等数据。

智慧管控系统需采集的数据主要有：（1）管廊内摄像头采集的视频信号；（2）管廊内所有人员的位置；（3）管廊内的报警信息；（4）管廊内环境传感器采集的数据（如温湿度）；（5）管廊内设备传感器采集的数据（如电流电压信号）；（6）管廊内所有设备的运行情况；（7）管廊的状态信息；（8）管廊内现场工作人员的反馈信息；（9）管理人员的指令信息等。

3.4 智慧管控系统流程设计

根据目前的设计经验及用户不断提高的使用要求，结合综合管廊的特点，可设计一个基于目前主流的物联网的监控与报警系统，以实现智慧管廊、智慧运营。 在设计中要考虑到整个系统的稳定性，又要考虑实现对管廊自身的供配电、消防、通风、照明、排水等各个独立系统的管理。

（1）感知：实时监控来自于各个系统的数据。

（2）传输：由目前主流的物联网提供可靠的数据传输。

（3）处理：通过“统一管理信息平台”与各个系统综合处理各种数据。

（4）应用：应用层要对管线单位提供一种标准的通信接口，以实现管廊管理部门与管线管理公司之间的信息联动。

4 结束语

建设一套综合管廊智慧管控系统，需要从数据的采集、系统的架构等方面解决管廊监控与报警系统中存在的诸如内部系统复杂、使用单位多、协调异常复杂等问题，以实现控制中心应用“五个大系统、一组光纤、一个平台、一组基站”就能对管廊进行管理与联动，从而达到设计合理化、施工管理精细化、运营维护智能化的目的。