城市智慧化综合管廊电气自控设计

［摘 要］综合管廊的设计对于市政工程的专业性和稳定性至关重要，其直接体现了城市的管理水平。随着管廊设计技术的不断进步，对于管廊的智慧化管理也提出了更高的要求。文章在深入研究综合管廊设计的基础上，探讨了智慧管廊的设计要求和关键要点，并讨论了智慧化综合管廊的电气自控设计内容。

［关键词］智慧化管廊；安防系统；通信系统；综合管控平台

［中图分类号］TU990.3 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）04–0117–03

综合管廊内部集成了电力、通信、给水、排水等多种管线，为城市的顺畅运转提供了坚实保障。鉴于综合管廊内部管线种类繁多且多为关键主干管线，确保其系统经济、合理、安全运行显得尤为重要。为此，强化管廊内部的电气自控系统、安防预警机制及通信系统建设变得至关重要。通过应用物联网（IoT）、大数据、云计算等前沿技术，实现这些系统的协同工作，可极大地提升管廊的运营效率和安全管理水平。

1 城市综合管廊工程智慧化设计原则

（1）主动实施国家关于绿色节能与持续发展的策略，确保技术的先进性、经济实用性、可靠性及灵活性和效率。

（2）为提高综合管廊科技功能和应用价值，依据其功能种类、管理要求和建设成本，确保系统的兼容性、扩展性、易于维护和灵活性。

（3）智能化的监控报警和运维管理系统旨在确保管廊的安全稳定运行和有效管理，建立一个满足当前及未来发展需求的综合管理平台，确保系统架构和应用能够基于具备长远发展计划的平台，实现持续的监测、信息反馈及高效低成本的维护。

（4）硬件设备应能适应管廊wQa6Qu8IIv6qcCFPjbH8sSTpnz0YaW1wahAfnDWk7mk=恶劣的使用环境，保证稳定可靠的运行，具备防尘、抗腐蚀、防潮、防凝露、耐震及防电磁干扰等性能，使用工业级的防护产品。

（5）软件设计时须充分体现系统的先进性、稳定性、安全性、可靠性、扩展性和可维护性，提供故障检测、在线更新和离线编程等功能。界面设计应采用中文版本，确保用户操作便捷。

（6）系统接口应遵循标准化，使用开放标准的通信协议。

2 城市综合管廊工程智慧化设计主要内容

2.1 总体架构

智慧管廊的监控与维护管理系统建立在物联网技术之上， 核心采用建筑信息模型（BuildingInformation Modeling，以下简称“BIM”）和地理信息系统（Geographic Information System， 以下简称“GIS”）技术，以资源池作为数据存储中心。该系统从底层到顶层依次分为现场层、数据层、平台层和应用层，形成了一个完整的架构体系。

（1）现场层。主要包括传感器/ 执行器、主控制器和系统，负责对地下管廊的空间环境、附属设施、管线本体及管线设备进行全面的感知和控制。感知数据涵盖管廊环境数据、附属设施监控数据、管线本体监测数据、管线设施数据、空间数据、通讯数据、安全数据、火灾报警数据等。

（2）数据层。负责存储综合管廊的空间数据、实时监测数据和业务属性数据，包括监测监控的实时和历史数据库、空间数据库、三维模型库、视频数据库、专业管线数据库、管廊附属设施数据库、管廊运维库等。

（3）平台层。作为中间层，负责从数据层提取数据，并进行分析、加工、融合，为应用层提供所需的各种功能服务，包括应用集成、实时消息推送、移动互联网接入、视频监控、BIM 建模、GIS 地理信息处理、VR/AR 技术应用等。

（4）应用层。为管廊建设和管理的用户提供全方位的应用界面与工具，包括智慧化监控预警、运维管理、应急处置、运营管理、数据分析辅助决策等功能。

2.2 智慧管廊监控系统

2.2.1 安防系统

安全防范系统的设计重点如下。

（1）视频监测系统。实时全面监控管廊关键区域的视讯回传。

（2）侵入报警系统。阻止未授权人员侵入，对入侵行为进行检测并触发报警；在整个管廊区域布设智能感应线，能够对管内人员进行实时定位和身份验证，对未携带识别卡的人员立即发出报警信号，并实现与视频系统的联动。

（3）通道控制系统。管理管廊的各个出入口，增强安全预防措施，并集成考勤管理功能。

（4）在线电子巡查系统。通过定位人员、上报故障和扫描设备二维码等功能，提升管廊巡检效率。整个管廊配备智能感应线，监控中心负责分配巡检任务，巡检人员通过手机自动获取并导航至巡检路径，监控中心可实时监控其位置，并对轨迹信息进行存储。

2.2.2 通信系统

在构建通信架构时，建议利用有线或无线技术，打造一个既能集中指挥，又能高效运行且功能完备的紧急应对系统，旨在对各层级的用户进行有效管理，并能针对紧急事件做出快速反馈和即时处理。通信系统主要包括以下两个部分。

（1）IP 通信系统。为每一个隔离的舱室及防火区配置IP 通讯终端，实现包括直接呼叫、分组拨打及录音在内的多项功能。

（2）无线通话网络。在整条管廊布设智能通信线路，允许连通公共网络，并支持智能手机连接。该网络具备群发呼叫、分组通话、远程监听、录音、电话会议和短信服务等功能，同时支持通话的记录、存储和查询。

2.2.3 设备与环境监控系统

设备与环境监控系统着重于综合管廊环境的细致观察，通过智慧化监控技术确保管廊内部环境的稳定性和设备的安全运行。该系统通过全方位的监测手段，包括气体、温湿度、液位等关键参数的实时检测和异常报警，旨在为管廊设备提供一个优化的操作环境，并确保巡检人员的健康与安全。系统要求如下。

（1）实施对关键气体（如可燃气体、氧气、硫化氢）浓度的实时监测，确保人员在进入管廊进行巡检时的生命安全。

（2）通过实时跟踪管廊内的环境温度和湿度，并与风机控制系统联动，创造适宜的运行环境，保护管廊内设备的长期稳定运行。

（3）监测集水井的液位，并与水泵控制系统协同工作，以防止任何可能影响管廊设备正常运行的水位异常。

2.2.4 预警与报警系统

预警与报警系统通过综合的安全技术手段，对管廊内部的潜在危险进行实时监控和及时响应，确保了管廊运行的安全性。该系统集成多种探测与报警设备，形成了一个全面的火灾防范网络，覆盖感温光缆监测、手动报警、可燃气体探测、消防照明、疏散指示、防火门监控、电源监控及气体灭火控制等关键领域。该系统通过高效的通讯网络将报警信息实时传达给监控中心，实现快速响应和有效预防。该系统的主要特点如下。

（1）火灾探测及响应。通过感温光缆和手动报警装置，该系统能够及时发现火灾并在管廊内发出声光报警，同时在监控中心生成相应的声光报警信号。

（2）实时监控与紧急响应。监控中心能够接收到所有报警信号，并通过软件界面弹窗提示，联动视频监控系统自动切换至火灾区域的实时画面，以便工作人员迅速采取措施。

通过这种方式，预警与报警系统为管廊内部提供了一个多层次的安全保障网络，大幅提升了管廊安全管理的效率和效果。这种系统设计不仅确保了管廊内部人员和设备的安全，也大幅减少了因火灾等紧急情况可能造成的损失。

2.2.5 能源管理系统

能源管理系统分为以下3 层结构。

（1）计量。管廊变电所各出线回路宜采用带显示和通讯功能的智能电表。

（2）数据采集。各变电所设置通讯管理机，负责采集智能电表数据，通过管廊通信网络上传至监控中心监管平台。

（3）监管平台。集成于综合管控平台，是对采集的能源数据进行在线监测、统计、分析、监管和诊断的基于B/S 架构的软件。

能源管理系统主要功能有用户权限管理、数据采集存储、实时监测、数据查询和显示、能耗地图、负荷分析、能耗报表、能耗报告。

2.2.6 机器人智能巡检

在智能化巡检领域，针对管廊的自动化监控是一种创新的模式，涵盖了电、通信、水系统的监测。该模式通过安装于管廊的轨道式机器人系统来实施，该系统由多个组件构成，包括巡检用的机器人、数据通信网络、轨迹跟踪、火灾防控感知、能量补给及数据管理等环节。该系统被分解为3 大功能层次：数据搜集与管理、网络通信及巡检执行。通过预设的指令，机器人能够自主完成巡检任务，并通过高精度的定位技术，在控制中心的大屏幕上实时展示其具体位置。

此外，这些机器人装备了多种传感器，用以实时监控环境的温度、湿度及可能的有害气体，从而有效识别风险。借助地图信息及建筑信息模型（BIM）系统，实现了对机器人的精确追踪。远程操作功能允许操作员远距离操控机器人，以获取现场详细情况，这在很大程度上优化了传统的人工检查方式，提高了安全性和效率。机器人巡检的自动化集成了机器操作、地理信息系统及遥感技术，顺应了智慧城市发展的潮流。

2.3 网络架构

综合管廊采用3 层网络架构，即核心层交换机、汇聚层交换机、接入层交换机。根据功能划分共设置3 套不同网络：①自控网用于传输设备与环境监控系统、能源管理系统；②安防网用于传输视频监控、入侵报警和出入口控制系统；③火警消防网用于传输火灾自动报警系统、电气火灾监控系统、防火门监控系统、紧急电话。

2.4 综合管控平台

综合管控平台集成了对管廊系统监测的实时数据与历史警报分析，融合了设施维护、故障诊断、保养规划、风险预防、资料整合及紧急事故响应等多方面功能，旨在提升管廊安全管理的决策能力。综合管控平台的架构包括以下8 个关键部分。

2.4.1 地理信息系统

地理信息系统结合GIS 和BIM 技术，实现综合管廊的二维与三维信息互通。功能包括模型漫游、缩放、属性查询、测量及自定义飞行路径等，可提升管廊运维效率。此外，特色功能如鹰眼视图和地图书签可帮助运维人员高效获取管廊信息，支持逃生和巡检路线的规划与自动导航。

2.4.2 基础数据管理

基础数据管理集中管理组织架构、人员信息、工程资料等，确保信息的完整性和可查询性。平台支持多种格式文档存储，包括Word、PDF、图像等，实现综合资料的一体化管理。

2.4.3 信息综合查询

信息综合查询通过与BIM 模型的关联，全面获取设备和工程数据，实现从设计到施工、安装的全链条信息获取。平台支持综合查询，结合实时与历史数据，构建综合管廊的数据中心。

2.4.4 实时监控

监控模块提供环境、设备监控、火灾报警及基础设施保障。涵盖温湿度、水位、气体浓度监测，设备状态分析，以及通风、排水、照明和通信系统的实时监控，确保管廊安全运行。

2.4.5 辅助决策

辅助决策子系统通过分析数据中心的信息，支持自动控制和系统间联动。为监控和管理人员提供深度分析，包括入廊、净距、管网及周边环境分析，加强决策支持能力。

2.4.6 指挥调度

该子系统集成应急预案制订、人员与物资调度及预警预报功能，确保综合管廊在紧急情况下的高效响应。通过GIS 地图识别危险点，评估周边人员分布和物资可用性，优化资源配置。此外，该子系统支持历史事件管理，可提高预警准确性，确保及时疏散，降低潜在风险。

2.4.7 设备管理

该子系统通过设备台账和维修台账两大功能模块，提升设备管理效率和准确性。台账记录包括设备详细信息、使用与维护历史及更新和盘点记录，确保设备信息的透明性和可追踪性。维修台账则详细记录了维修相关信息，包括故障原因、处理方法和更换备件等，以提高维修工作的效率和质量。

2.4.8 资产管理

该子系统通过将实物资产与虚拟资产对应，实现资产全景可视化管理，增强资产管理的透明度和效率。利用三维可视化技术，便于按空间或逻辑进行资产分类管理，满足多样化使用需求。该子系统集成设备台账、档案维护、逻辑与空间关系及人员职责管理等功能，确保全面而高效的资产配置与运维管理。

3 结束语

随着物联网、大数据、人工智能等技术的不断发展，未来的综合管廊电气自控设计将更加智能化、自动化和绿色化。通过技术的不断进步和应用，可以提高综合管廊的运行效率和安全性，降低能耗和成本，为城市的可持续发展作出更大贡献。

参考文献

[1] 赵菊梅. 基于虚实结合的城市地下综合管廊智慧运维实践教学模式探讨[D]. 成都：西南交通大学，2023.