淺談管廊智能監(jiān)控和報警系統(tǒng)設(shè)計探究

更新時間：2023-05-11

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　　吳柯霓

　　安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

　　摘要：綜合地下管廊為我國城市的發(fā)展發(fā)揮了積極的推動作用，為了確保綜合地下管廊基本功能得以真正的發(fā)揮出來，有必要將智能監(jiān)控系統(tǒng)融入綜合地下管廊智能管理系統(tǒng)構(gòu)建中，以便于實(shí)現(xiàn)對綜合地下管廊的智能管理。本文簡要概述了智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)總體需求，分別從系統(tǒng)平臺架構(gòu)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及管廊模型三個方面入手分析了智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)的設(shè)計思路，*終指出智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)涵蓋三維立體可視化監(jiān)控、智能化虛擬場景運(yùn)維、數(shù)據(jù)分析與提前預(yù)警及設(shè)計應(yīng)急救援指揮方案這四項(xiàng)功能，以此確保綜合地下管廊得到安全可靠的管理。

　　關(guān)鍵詞：智慧管廊；智能監(jiān)控；報警系統(tǒng)；設(shè)計功能

　　引言

　　城市化進(jìn)程的推進(jìn)有助于社會的發(fā)展以及市政項(xiàng)目的開展，地下管線在市政項(xiàng)目公共基礎(chǔ)設(shè)施中占據(jù)較大比重，是維持企業(yè)生產(chǎn)與大眾生活的重要生命線。隨著城市發(fā)展腳步的加快，有限的地下空間變得愈加擁擠，由于管線單位的各行其是，使得全國各地頻繁出現(xiàn)“馬路拉鏈”問題，不僅嚴(yán)重影響了生產(chǎn)、生活秩序，還造成了很多不必要的經(jīng)濟(jì)損失。為了從根本上消除“馬路拉鏈”問題，我國政府指出了加快推進(jìn)地下綜合管廊建設(shè)工程的重要性，以此更好的利用地下空間、節(jié)約土地資源、保障管線安全。由于地下綜合管廊涉及到給水、熱力、燃?xì)狻⑼ㄐ拧㈦娏ΑV播等多個市政領(lǐng)域，使得布線敷設(shè)工序復(fù)雜、日常管理難度較大，容易出現(xiàn)很多故障風(fēng)險問題。此時就需要科學(xué)設(shè)計一個智能監(jiān)控系統(tǒng)，以便于為地下綜合管廊布線敷設(shè)工作的順利開展創(chuàng)造穩(wěn)定安全的公共環(huán)境，同時也能在及時發(fā)現(xiàn)定位管線故障，為日常維護(hù)與檢修提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。

　　1智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)總體需求

　　1.1土建結(jié)構(gòu)監(jiān)測

　　使用專門的測量儀器分別對主體結(jié)構(gòu)沉降狀態(tài)、應(yīng)力應(yīng)變情況、外部水壓力、伸縮縫實(shí)際寬度等指標(biāo)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測與管理，通過閾值設(shè)定分析檢測信息，及時發(fā)現(xiàn)故障問題、發(fā)出告警信息。相關(guān)監(jiān)測指標(biāo)的具體要求為：

　　(1)主體結(jié)構(gòu)沉降狀態(tài)監(jiān)測：借助水準(zhǔn)儀、全站儀對綜合管廊主體結(jié)構(gòu)沉降狀態(tài)進(jìn)行和相對值的動態(tài)監(jiān)測與分析，相關(guān)工作人員手動錄入采集處理后的數(shù)據(jù)信息。

　　(2)應(yīng)力應(yīng)變情況監(jiān)測：借助錨桿將振弦式應(yīng)變計分別固定于地下混凝土結(jié)構(gòu)的兩端位置，以此實(shí)時監(jiān)測綜合管廊應(yīng)力變化情況。

　　(3)外部水壓力：通過將振弦式滲壓計固定在地下混凝土外側(cè)的方式，實(shí)時監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)的壓力變化情況，進(jìn)而計算分析外部水水壓對于綜合管廊主體結(jié)構(gòu)的影響。

　　(4)伸縮縫實(shí)際寬度監(jiān)測：為了確保綜合管廊主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在施工建設(shè)時會在沿著管廊走向間隔設(shè)置伸縮縫，通過在伸縮縫表面安裝測縫計的方式動態(tài)監(jiān)測伸縮縫實(shí)際寬度，以便于從根本上規(guī)避伸縮縫滲水的不良情況。

　　1.2內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控

　　智慧管廊內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控不僅需要實(shí)時監(jiān)測管廊內(nèi)部的溫度濕度、風(fēng)速風(fēng)向、PM2.5、含氧量、積水量等基礎(chǔ)參數(shù)變化，還需要對管廊內(nèi)部有毒、**氣體的占比進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，以便于準(zhǔn)確評估綜合管廊是否存在影響人員安全的危險隱患。表1展示的智慧管廊監(jiān)控報警系統(tǒng)有關(guān)于內(nèi)部環(huán)境的具體監(jiān)測內(nèi)容，該系統(tǒng)還會定期生成內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測報告，有助于及時發(fā)現(xiàn)綜合管廊內(nèi)部問題、維護(hù)人身財產(chǎn)安全，同時也能為綜合管廊后續(xù)的維修保養(yǎng)提供可靠的參考數(shù)據(jù)。

1.3管廊狀態(tài)監(jiān)控

　　管廊狀態(tài)監(jiān)控指的是對管廊內(nèi)部給水、排水、熱力、天然氣等管道線路以及電力、通信線纜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，具體的監(jiān)測參數(shù)見表2。

1.4日常運(yùn)維管理

　　為了確保智慧管廊的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要做好管廊的日常運(yùn)維管理，這項(xiàng)工作通常情況下需要占據(jù)日常管理90%以上的時間，日常運(yùn)維管理工作主要圍繞基本管理及集成管理這兩個方面展開，對應(yīng)的管理監(jiān)測指標(biāo)如表3所示。通過對日常運(yùn)維數(shù)據(jù)的整合處理，為巡檢、維修、保養(yǎng)等計劃的制定提供參考數(shù)據(jù)，同時也有助于工單派發(fā)及結(jié)果溯源。

1.5 應(yīng)急處理預(yù)警

　　綜合管廊為市政工程項(xiàng)目涉及到的公共管線提供了一個相對安全可靠的環(huán)境，因此需要綜合考慮不同管線可能出現(xiàn)的風(fēng)險事故問題，例如電纜起火、天然氣管道泄漏、給水管破裂等。此時就需要智慧管廊應(yīng)急處理預(yù)警系統(tǒng)發(fā)揮作用，當(dāng)綜合管廊內(nèi)部管線突發(fā)風(fēng)險事故時，應(yīng)急處理預(yù)警系統(tǒng)將會發(fā)出報警信息，應(yīng)急預(yù)案管理功能則會根據(jù)管線實(shí)際險情新建應(yīng)急預(yù)案，而應(yīng)急物資管理則有助于用戶清晰直觀的掌握應(yīng)急物資具體位置，以便及時做出應(yīng)急響應(yīng)。當(dāng)突發(fā)風(fēng)險事故處理完畢后，應(yīng)急處理預(yù)警系統(tǒng)還會根據(jù)本次突發(fā)事件處理情況進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總、信息總結(jié)、預(yù)案歸檔，以便經(jīng)驗(yàn)積累與后續(xù)管理。

　　智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)設(shè)計概念

　　1.6 智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)平臺架構(gòu)

　　智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)的平臺架構(gòu)設(shè)計需要嚴(yán)格依照《城鎮(zhèn)綜合管廊監(jiān)控與報警技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T51274)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約制定，該平臺囊括的數(shù)據(jù)層、中間層及應(yīng)用層對應(yīng)的系統(tǒng)組成見圖1。數(shù)據(jù)層主要涵蓋了供配電、監(jiān)控、監(jiān)測等多個智能檢測模塊，收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息經(jīng)過解析整合經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳輸至中間層對應(yīng)模塊，以便于后續(xù)的分析處理。中間層是建立在大數(shù)據(jù)、云計算兩大先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以此實(shí)現(xiàn)對綜合管廊相關(guān)信息的分類整合、數(shù)據(jù)挖掘及歸檔保存，為綜合管廊重要信息的存儲、運(yùn)維狀態(tài)的評估提供參考數(shù)據(jù)。應(yīng)用層將建筑信息模型、地理信息系統(tǒng)及大數(shù)據(jù)監(jiān)測這三大技術(shù)融合起來，以此實(shí)現(xiàn)對綜合管廊的三維立體可視化監(jiān)控，并且通過智能化虛擬場景運(yùn)維實(shí)現(xiàn)對綜合管廊相關(guān)數(shù)據(jù)的分析整合、提前預(yù)警，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出可行的應(yīng)急救援指揮方案。

1.7智慧管廊監(jiān)控報警平臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

　　智慧管廊監(jiān)控報警平臺涉及到海量的數(shù)據(jù)信息，為了能夠更好的處理紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息，就需要一個可靠的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，以便于確保相關(guān)數(shù)據(jù)信息得到同一規(guī)范的管廊。智慧管廊監(jiān)控報警平臺使用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)需要包含三維模型、管線布局、運(yùn)維監(jiān)控、綜合業(yè)務(wù)等多項(xiàng)數(shù)據(jù)管理功能，并且還需要開通專門的數(shù)據(jù)管理權(quán)限，以便于相關(guān)負(fù)責(zé)人隨時查看調(diào)取數(shù)據(jù)信息。為了保證不同智慧管廊監(jiān)控報警平臺的數(shù)據(jù)信息得以共享互通，還需要利用云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，為數(shù)據(jù)信息的交流互通提供穩(wěn)定可靠的傳輸渠道，避免數(shù)據(jù)丟失、竊取的同時也能保證數(shù)據(jù)信息得到較為合理的利用。

　　1.8智慧管廊監(jiān)控報警平臺的管廊模型

　　智慧管廊監(jiān)控報警平臺利用建筑信息模型搭建了三維管廊模型，通過大數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)直接從中調(diào)取信息，在此基礎(chǔ)上合理設(shè)置監(jiān)測位點(diǎn)、安裝調(diào)控設(shè)備，并利用減免優(yōu)化算法將相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行屬性劃分、模型抽取。三維管廊模型是以建筑信息模型技術(shù)及地理信息系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)建立的，因此能夠準(zhǔn)確、立體的呈現(xiàn)管廊真實(shí)狀態(tài)，因此能夠?yàn)橄嚓P(guān)決策的制定提供可靠的數(shù)據(jù)信息。智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)模型是建立在建筑信息模型技術(shù)的集成上，利用eChart軟件將智能系統(tǒng)收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中處理與整合，歸檔保存動態(tài)視頻的同時還會生成數(shù)據(jù)監(jiān)測曲線，以便于對綜合地下管廊的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測與管理。產(chǎn)生的土建、設(shè)備數(shù)據(jù)信息以IFC或xBIM的格式融入數(shù)據(jù)整合與監(jiān)控系統(tǒng)，因此能夠?qū)⒕C合地下管廊空間維度信息全面系統(tǒng)的保存下來，以便于后續(xù)工作的開展。

　　2智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)主要功能

　　2.1三維立體可視化監(jiān)控

　　智慧管廊監(jiān)控報警平臺在建筑信息模型技術(shù)與地理信息系統(tǒng)技術(shù)的共同作用下具備三維立體可視化監(jiān)控功能，因此能夠清晰直觀的展示智慧管廊的系統(tǒng)布線、設(shè)施配備、位置布局等基本參數(shù)信息，并且能夠提供可視化的監(jiān)控服務(wù)，以便于相關(guān)負(fù)責(zé)人對綜合管廊進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控與管理。建筑信息模型技術(shù)搭建的智慧管理數(shù)據(jù)模型不僅能夠?yàn)榍捌诘姆桨敢?guī)劃與設(shè)計、施工管理與維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持，還能夠保證后期運(yùn)營工作的順利開展，同時也能夠?qū)崿F(xiàn)對基礎(chǔ)設(shè)施的全數(shù)字化監(jiān)測與管理。

　　2.2智能化虛擬場景運(yùn)維

　　智慧管廊監(jiān)控報警平臺有助于實(shí)現(xiàn)巡檢監(jiān)察、運(yùn)營維護(hù)、應(yīng)急作業(yè)等操作流程的智能管理，依托可視化信息平臺完成項(xiàng)目審查、派單跟蹤、執(zhí)行監(jiān)管、歸檔保存等全自動運(yùn)維管理。借助VR/AR信息技術(shù)及建筑信息模擬技術(shù)能夠?qū)⒅腔酃芾日w構(gòu)建情況以3D虛擬動畫的形式展現(xiàn)出來，管理人員無需親臨現(xiàn)場就能掌握智慧管廊的總體布局，同時還能完成相應(yīng)的人員技能操作培訓(xùn)、遠(yuǎn)程維護(hù)檢修指導(dǎo)、隱匿工程操作查詢等相應(yīng)工作，進(jìn)一步的減少運(yùn)維開支、保證巡檢效率。

　　2.3數(shù)據(jù)分析與提前預(yù)警

　　綜合管廊的運(yùn)營管理會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，如何對其進(jìn)行整合處理，及時發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)需要引起管理人員的格外重視。智慧管理監(jiān)控報警系統(tǒng)提供的設(shè)備信息查詢功能有助于在三維立體視角下準(zhǔn)確定位相關(guān)設(shè)備位置、清晰展示設(shè)備數(shù)據(jù)，涵蓋的數(shù)據(jù)信息處理模塊能夠?qū)芾热粘＿\(yùn)維產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行歸檔整理，通過相關(guān)程序的設(shè)定準(zhǔn)確挖掘故障信息、及時發(fā)出告警指令，以此提醒相關(guān)工作人員盡快處理故障問題，為智慧管廊的安全、穩(wěn)定運(yùn)營提供準(zhǔn)確可靠的參考信息。利用地理數(shù)據(jù)信息技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)綜合地下管廊的可視化管理，通過信息檢索、數(shù)據(jù)查詢、空間定位等多種功能，使得工單派發(fā)、任務(wù)調(diào)度工作變得更為高效便捷，相關(guān)負(fù)責(zé)人也能夠?qū)崟r監(jiān)控相關(guān)工作的實(shí)際開展情況。

　　2.4設(shè)計應(yīng)急救援指揮方案

　　根據(jù)實(shí)際情況合理制定應(yīng)急救援指揮方案，確保管廊上的各個監(jiān)控模塊全部由同一系統(tǒng)集成管理，并搭建聯(lián)動響應(yīng)機(jī)制，以便于在發(fā)現(xiàn)異常故障問題時能夠及時給出解決方案，以此從根本上提高綜合地下管廊的突發(fā)事件應(yīng)急處理能力。借助智慧管廊監(jiān)控報警平臺準(zhǔn)確定位故障發(fā)生位置，系統(tǒng)分析故障出現(xiàn)原因，并對出現(xiàn)的應(yīng)急事件進(jìn)行危險度分層及遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過對應(yīng)急救援指揮方案的歸檔整理、數(shù)據(jù)分析，為應(yīng)急救援指揮方案的優(yōu)化累積經(jīng)驗(yàn)，為智慧管廊監(jiān)控報警系統(tǒng)的進(jìn)一步完善夯實(shí)基礎(chǔ)。與此同時也能為相關(guān)負(fù)責(zé)人的應(yīng)急救援指揮工作的協(xié)調(diào)管理提供可靠的分析數(shù)據(jù)，以此較大限度的降低突發(fā)風(fēng)險事件的危害程度。

　　3AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

　　3.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

4 結(jié)語

　　地下綜合管廊是維持城市發(fā)展、企業(yè)生產(chǎn)及公眾生活的重要市政基礎(chǔ)設(shè)施，不僅能夠大幅降低市政管線后期維護(hù)檢修難度，還有助于從根本上消除“馬路拉鏈”問題，以此避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)有助于地下綜合管廊的日常管理智能化，能夠滿足土建結(jié)構(gòu)監(jiān)測、內(nèi)部環(huán)境監(jiān)控、管廊狀態(tài)監(jiān)控、日常運(yùn)維管理及應(yīng)急處理預(yù)警等多種功能需求。由此可見，智慧管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)能夠?qū)芾葍?nèi)部環(huán)境、機(jī)械設(shè)備設(shè)施、管線運(yùn)行狀況進(jìn)行全過程跟蹤與管廊，因此能夠保障環(huán)境、設(shè)備及人員的安全，進(jìn)而為城市化進(jìn)程的推進(jìn)夯實(shí)市政設(shè)施基礎(chǔ)。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2]唐超,馬全明,王思鍇,等.基于GIS-BIM的城市綜合管廊智能運(yùn)維管理平臺研究與設(shè)計

　　[J].北京測繪

　　[3][安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05

　　作者簡介：周曉麗，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監(jiān)控研究發(fā)展。

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