城市综合管廊的监控和报警系统

郑明雨，郭春爽

（吉林建筑大学电气与计算机学院，吉林 长春 130118）

0 引言

随着城市经济的快速发展，日益短缺的城市公共设施管道资源与城市居民生活所需水、电、气等公共资源基础设施的矛盾日益突出。如运行管理设备故障，可能会带来管道廊道功能失效的风险。因此，安全规范城市管道建设尤为重要。越来越多的城市开始修建地下公共管道走廊。管道廊道不仅可以整合水、气、电、通讯等管道，维护城市功能，而且可以利用电力、照明、排水和其他设备来满足自己的功能操作。所以，利用相关信息技术解决城市管道走廊管理中存在的问题具有十分重要的意义[1]。

2015年，我国制定并陆续组织修订实施了《城市综合管廊工程技术规范》，规定了城市管廊建设结构设计施工的要求，应严格遵循“因地制宜”的原则综合考虑，此规范确定了管道走廊及支撑元件包括项目部系统工程，如通风系统、供电系统、照明系统、监控报警系统等,以及排水系统、指示信号识别系统等。“监控报警系统”技术占整体走廊建设的一小部分，但技术含量较高。在管道走廊的日常使用、维护及安全性管理中起着举足轻重的作用，是一项集监测、管理、操作、维护于一体的重要系统工程[2]。

1 综合管廊监控与报警系统的设置要求

综合管道廊道的特点和功能在建设中应被充分考虑，在许多城市，专业化的管道工程应集中在一个区域内进行检查、修理和维护。综合考虑管道廊道的基本要求，有必要进一步改善管道环境，从而保证管道可以正常的运行，保障城市安全，实现城市发展长期稳定。定期对综合管道廊道进行检查和维护，加强对综合管道廊道的优化，确保其安全运行。管道廊道的施工应以其他管道廊道中共存的管道类型集成为前提。一旦发生管道安全事故时，应该及时地采取有效的安全应急处理措施，严防管道危险区域扩大，确保其他管道的正常运行。随着我国综合管线廊道建设规模的增加，其工作难度也越来越高。所以，必须建立一套完整的管理制度，以满足管道廊道日常综合管理的需要，及时发现问题，解决问题，有效预防管道故障，保证其正常运行。根据上述要求，在建立监测报警系统时，应加强对各类管道的监测，发现异常情况及时报警；统筹员工的监控管理工作，及时响应管理需求，增强管理水平[3]。

2 综合管廊的基本特征

综合管道廊道属于公共管道廊道，可在公共空间中形成多种专业管道共存。综合管廊是一条位于地下，空间很大的隧道。这条地下隧道的空间环境相当复杂，除了充满各种气体外，还容易产生火灾、有害气体泄露等问题。对管道廊道的安全运行提出了严格的要求。综合管道廊道工程专业种类繁多，主干管占很大比例，在主干管中，除了自来水来自主干管外，还有属于不同专业的高压输电线，所以，必须加强管道廊道监控报警系统的管理。综合管道廊道通常位于不易接触到的位置，必须由经验丰富专业人员进行管理。因此，必须考虑到工作人员的安全。应了解综合管道廊道的各种情况，及时预防有可能发生的危险。配置自动监控报警系统，确保其能协助主管人员工作，充分保证管道的安全运行[4]。

3 综合管廊监控与报警系统的服务对象

在综合管道廊道上安装监控报警系统时，应确保监控报警范围涵盖管道廊道的所有位置。考虑服务对象是否包括专业管道工程。为了确定服务对象，必须考虑管道系统、施工方法和管理方法。专业的管道系统工程应有一个起点和相关设施，为用户建造一个管道系统[5]。管道类型有不同使用类型，例如，水处理厂和发电厂使用不同类型的管道作为综合管道廊道，在设计中无法考虑到所有的连接，因此，在实践中管道廊道施工仅包括管道工程的一部分。从对管道的施工技术和方法的角度分析来看，由于各种管道建筑工程具有各自特殊性，所以对其进行施工的技术和方法也不一样。其中有些是架空管道，应根据具体情况确定在综合管道廊道内铺设专业管道的方法。从管道管理的角度看，管道专业体系有待进一步完善。

因此，必须完善对管道系统的统一管理，统一调度。专业化、集成化、智能化的管道工程监测应纳入管道工程的管理范围。综合管道廊道中包含多种管道，要做到对公共管道空间管理的多样化。运行单位在对综合管道廊道进行管理时，应不断完善监控报警系统的功能,明确服务。因此，管道工程走廊综合地下监测工程报警监控系统的建设目标是有效改善城市综合地下管道工程走廊的环境，解决现有地下管道走廊工程的相关问题，2015年《国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》中强调了地下综合走廊及其配套设施的安全,明确了城市地下综合走廊负责设施维护和管理的人员应对管道泄漏等安全事故监控报警系统进行完善。管道廊道监控报警系统应仔细分析专业管道的状态信号，以确定这些信号是否会影响管道廊道的功能[6]。

4 综合监控与报警系统的信息化技术运用

城市地下综合管廊的监控和报警系统是一个具有高度自动化的管理控制系统。由于各系统之间所需的技术不统一，所需要的标准也存在差异，因此存在不能兼容等问题。不仅要考虑环境与设备监控、通信与信息管理等方面的要求，同时也对地下管道实时监控的可靠性及报警与控制系统的有机结合提出更高的要求。因此，在综合管廊监控报警系统互联的过程中，可能会产生信息孤岛问题[7]。为了解决目前信息孤岛的状态，复杂多样化的监测系统和报警系统有必要考虑访问网络信息资源及其开发模式平台等问题。从广大网民的角度进行设计，理解互联网和共享的原则，解决各个厂家和产品之间的兼容性及多址接入系统的集成问题[8]。

4.1 整体架构与方案

整个管道工程以完整的管道运营管理为主，是对设备和基础设施运营安全负责的特殊场所。综合管道监控警报系统大致分为4个层面：应用层（包括综合管廊及其结构监控系统、安全隐患预防系统等、环境监控系统和设备、综合监控平台和系统、通信监控系统、入侵监控系统、火灾警报系统、监视系统之间的有效链接），业务逻辑层（确认警报产品的生成、生成通知信息、数据传输、数据分析统计、数据存储和生成）、数据访问层（数据访问、数据传输、数据存储、数据库操作）、设备层（对应各子系统的具体设备）[9]。系统的整体结构见表1、图1。

表1 综合管廊监控运营一体化平台整体架构

图1 综合管理监控系统示意图

4.2 综合监控运营一体化平台

综合公共隧道平台的运行监测是公共隧道监控系统、环境设备监测系统、安全系统、通信系统、火灾自动报警系统结合检测系统和监控平台的信息连接控制，实现公共隧道内部设备的远程管理和控制，平台集成设备覆盖自动化和智能的各个领域，无连接地通过各种结构多元系统合并实现数据共享。通过监视平台实现实时监控、自动报警、信息传输等功能。管道分布标识是以GIS/BIM的显示和管理为基础，是管道隧道的设备、安装、出口位置和管道内的辅助结构。BIM技术适用于公共工程隧道的设计、施工运营的全过程，通过建立管道与附属设备管理系统,实现数量、类型信息管理，实现隧道管道设备的所有权；施工单位通过管理企业明确各方责任,提高经济管理效率。本平台主要通过以下三方面进行管理：安全管理：消除用户身份和权限管理的重复麻烦，促进用户身份和权限管理的制度化、标准化，简化不同系统的重复登录；数据管理：统一储存各种结构化、非结构化数据，完成数据提取，支持其他应用；运营管理：确保管道安全运行，减少人员检查次数，进行有目的的检查和管理。通过收集分析，可以提前预测和维护现场设备和管道的运行状态，迅速更换，避免发生严重事故[10]。综合监控运行模式如图2所示。

图2 综合监控运营一体化模式图

4.3 设备联动与报警

走廊发生紧急情况时，走廊内设备应及时响应，确保走廊内管道活动的安全。发生火灾时，应进行消防连接，探测器发送检测信号，将报警装置与视频系统连接；连接有害气体/空气的排气系统：每个防火区设置可燃气体/空气系统，主要用于有害气体防护。当检测到可燃气体时，监控平台通过多功能基站发出指示。当温度达到火灾强制灭火要求时，监控平台可通过多功能基站和非消防链路传输系统发送命令，确认火灾检测信息后，监测平台启动传输转换模块，传输火灾信息，特别是发送火灾确认区域及邻近区域；电话连接系统：监控平台可启动专用模块与任何基站通信，所有基站或现场电话均可通过监控平台确认，如与主机录制通话。设备运行如图3所示。

图3 设备运行图

4.4 智慧运维

在传感器的广泛应用和快速发展，以及现代物联网信息技术的广泛应用过程中，综合性工业管廊正在逐步深入实现自动化工程智慧运维。当一个设备需要进行自动巡检时，无需手动进行查看，可以通过系统自动检测每个设备的所在位置，及时做好设备库存、出入库的自动管理,设备转置自动进行注册。基于RFID的运维物联网管理技术，可以直接自动进行高标准高精度的实时管理，形成了一个完整的运维设备管理数据库，记录了设备的近期故障发生次数、更换时间、使用寿命频率、使用寿命期限等，对不同使用类型设备的故障，历史数据情况进行跟踪分析和统计归纳，系统会自动提前向用户手机发出相关设备使用寿命即将到期的相关设备更换情况提示，设备的使用质量状况进行跟踪筛查。目前随着智能巡检技术的广泛应用和快速发展，传统的人工式巡检几乎己经由基于AI的移动式管廊巡检管理方法完全代替了，常见的移动式管廊巡检多是作为一个后台搭载多种移动传感检测装置的机器人式巡检，可同时实现管廊后台的远程监控和管廊运维流程管理服务平台之间的多种无缝互动接轨，准确、客观地反映了其在管廊内各个系统的日常运行管理情况，7×24 h连续自动执行巡检，低电量自动进行充电，避免了管廊巡检工作人员在恶劣的工作环境中会遭遇的风险，同时它的自动化学习巡检功能也有效解决了其在管廊内部的巡检线路及传感装置之间的执行巡检管理服务上的差异化，对管廊内部进行更智慧化的公共交通管理运维。智慧运维流程如图4所示，系统运行界面如图5所示。

图4 智慧运维流程图

图5 系统运行界面图

5 结语

综合管道廊道的信息化建设是综合管道廊道安全运行和应急处置的保证，是综合管道廊道管理和运行的有效手段，会使整体经济效益显著提高。为了综合管道廊道的安全运行，本文在总结以往工程实践经验的基础上，提出建立管道廊道综合监控平台，通过信息技术实现设备与响应的联动。实现对管道廊道的实时监测，实现对管道廊道的安全和自身状态的智能检测。系统已在多个项目中运行，为先进的信息生命周期管理提供了强有力的技术支持。该系统在某实验室进行了实验分析，实验结果表明，该系统能实时监测综合管廊，发生火灾可自动报警，可应用于火灾自动报警程序中。