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智慧综合管廊监控系统关键点分析

2018-01-10 11:26:35
来源: 万选通资讯
分类: 技术应用
导读

综合管廊可以称作是城市的生命线,是保障城市安全运行的重要基础设施。综合管廊监控系统是综合管廊内管线安全运行的基本保障。本文分析当前综合管廊的发展趋势,介绍了综合管廊的概况、功能与特点,重点阐述了综合管廊监控系统的设置原则,提出了一部分需要探讨的系统设置问题,分析了统一管理平台的必要性,探索综合管廊监控系统的最优化设置方案。

中科院建筑设计研究院有限公司 王建华

1 引言

城市综合管廊属于新兴市政基础设施项目,起步较晚,现阶段已成为较热门的工程领域,越来越被政府管理部门决策层和城市专业管线部门认同和接受。

综合管廊的建设模式还处于摸索前行阶段。在投资规模、建设技术、资金筹措、管理模式等方面还存在着诸多问题,同时地下综合管廊的建设在不断增多,而综合管廊的建设投资费用又较高,除土建、附属设施等直接成本外,运行管理费用等间接成本也不容忽视,我们有必要客观、量化的分析综合管廊各系统的设置方法,与项目实际紧密相连,不断完善和改进,更加准确、有效的实现最优化设计,在提升建设标准的同时,适当减少建设成本,以促进和规范此领域项目的健康发展。

2 政策环境

2013年国务院发布《关于加强城市基础设施建设的意见(国发〔2013〕36号)》要求在全国36个大中城市全面启动城市地下综合管廊试点以来,国务院先后出台了《关于开展中央财政支持地下综合管廊试点工作的通知》、《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》等政策文件,2017年5月底,住建部、国家发改委发布实施了《全国城市市政基础设施规划建设“十三五”规划》,推进地下综合管廊建设,对于优化城市空间结构和管理格局、保障城市安全运行,满足民生基本需求和提高城市综合承载能力等方面具有重要意义。

综合管廊的技术标准体系也正在逐步建立。为使综合管廊的设计、施工更加规范,住建部发布了国标版规范《城市综合管廊工程技术规范》(GB 50838-2015),在2012版规范基础上做了诸多修订完善。各地也在制定适合于本地区的地标规范,国标版《城镇综合管廊监控与报警系统工程技术规范》正在送审阶段。这一系列的政策标准将对综合管廊起引导作用,一路引领并见证综合管廊的发展。

规范标准仅是做了概括性的要求描述,具体的设计方法、系统架构、技术手段及其合理程度直接影响到建设水平和运行管理水平,仍值得我们进行深入探讨。

3 技术环境

国际上许多国家城市均有综合管廊的建设案例。综合管廊已经存在了100年以上,规模越来越大的同时,技术、管理系统日趋完善,只是建设成本的分摊还未形成定论。日本属于规划最完整,法规最完善,技术最先进、建设速度最快的国家,综合管廊的建设已成为日本城市发展现代化、科学化的标准之一

在国内,有北京、上海、深圳、苏州、沈阳等少数几个城市建有综合管廊。北京最早的的综合管廊是1958年在天安门广场下铺设了1000多米,第二条现代化的综合管廊是2006年在中关村西区建成投入使用。我国的综合管廊还存在总量不足、标准不高、发展不均衡、管理粗放等问题,目前,综合管廊建设进入了高速发展期,应遵循“适度超前、因地制宜、统筹兼顾”的原则,力求建造“科技引领、创新集约、智慧生态”的综合管廊。

随着信息通信技术的快速发展,以物联网、云计算、大数据分析等为代表的新的计算技术,已经成为当前时代发展的潮流。这些前瞻性的优越的技术将越来越多的应用于综合管廊工程领域,有助于数据资源间的共享,智能判断、智慧管理,切实提高管廊建设和管理水平,推进综合管廊的运营管理向智慧化方向发展,从而推动市政基础设施提质增效,形成功能完备、安全高效、信息共享的现代化城市市政基础设施体系。

4 综合管廊概况

综合管廊就是建于城市地下,用于容纳电力、通讯、给水、排水、热力、燃气等其中两类及以上城市工程管线的公共隧道。综合管廊分为干线、支线、缆线等三种类型管廊。干线综合管廊,主要负责连接市政厂站(如给水厂、发电厂、供热厂等)与支线综合管廊,支线综合管廊主要用于将各种供给从干线综合管廊分配、输送至各直接用户。缆线管廊主要负责将市区架空的电力、通讯、有线电视、道路照明等电缆容纳至埋地的管廊中。这里讨论的主要是干线综合管廊或包括干线管廊在内的几种类型的综合管廊。

综合管廊按容纳的管线,通常又分别为电力舱、水信舱以及燃气舱。同一类管线较多时,也可能双舱并行,如双电力舱、双水信舱等等组合。综合管廊的每个舱室还应配置通风、监控等附属系统。图1和图2为某管廊断面示意图。

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图1 双舱断面示意图

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图2 三舱断面示意图

5 监控与报警系统

为有效地提升综合管廊的运行管理水平,应当重视借助多种自动化、信息化技术,加强综合管廊电气系统的控制。设计人员应当依据行业标准,合理搭建系统结构,重视管线管理信息系统建设。对管廊基本情况信息进行充分的探测和整理,注重关键部位关键环节的检测与监控。综合管廊都是处于地下,空气质量相对较差、环境监测尤为重要。当然规范规定了应监测和宜监测的环境参数,要求对管廊内各防火分区内的氧气、温湿度、液位等参数,燃气舱和污水舱则检测舱室内的CH4和H2S气体等参数进行实时监测及报警的要求。

通常做法是管廊内按防火分隔和通风分区,划分出强弱电设备区,设置现场以太网交换机和可编程控制器PLC作为区域控制单元,负责本分区的环境数据采集与设备监控,包括环境监控、通风控制、排水控制、照明控制、供电监控等各子系统。控制单元设备能独立脱离主机,独立工作,也可单元之间通过光纤以环网方式连接并上传给监控中心。区域控制单元与现场传感器以及监控设备之间通过屏蔽电缆相连接;区域控制单元的I/O模块可方便扩展,以方便接入专业管线所需的监控信号。根据现代社会的科技发展,管廊内的自动控制系统可采用新型电子产品,有些项目借鉴楼宇的管理采用DDC系统,而《城镇综合管廊监控与报警系统工程技术规范》正在送审稿建议系统采用PLC系统。DDC是根据楼宇自控特点从PLC发展而来,与PLC的区别是在其内部固化了一部分程序,但同时也缺少了PLC的灵活性,以及应对复杂电磁干扰环境的能力。PLC与DDC,有多方面的相同点,均为分层结构,点对点通讯,均支持多种协议,但PLC分布在现场各站点不需要通过上位机就能进行通讯管理,相对DDC安全性更高。另外,PLC系统的模块是面向工业环境开发的,在复杂的工业控制环境下均能适应,易接线隔离性好抗腐蚀能力强,能适应较宽的温度变化范围,可靠性较DDC还是要高很多。PLC控制系统开发容易,扩展灵活,抗干扰能力强,性价比高,适合在综合管廊现场进行数据采集和设备控制,并和监控中心的监控计算机进行通信,便于工作人员在监控中心即可对现场情况进行监控。另外,工作人员还可以通过PLC自动控制系统进行参数的修改。设计中需要注意的是区域控制单元应优化设置,同一区段、不同舱室可合并设置PLC,减少PLC数量。在满足监测与控制需求并充分预留的前提下,降低工程造价。图3为环境与设备监控系统示意。

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图3 环境与设备监控系统示意

综合管廊的监控与报警系统,除了环境与设备监控系统外,还包括安全防范系统、通讯系统、预警与报警系统、地理信息系统、统一管理信息平台等。结合物联网的关键技术,通过在管廊内安装各类安防消防感知组件,从而获得各种环境状况动态信息,之后通过上传数据,在监控中心对现场状况进行同步展现,实现实时智慧化感知,监控环境变量信息并下发控制指令、信息给相应的控制设备,自动合理调控通风设备、排水设备及照明设备。图4为监控与报警系统架构示意。

地下管廊是城市地下“神经网络”,而监控中心是整个管廊监控和管理的中枢。通过监控中心管理平台,实现底层各个子系统的串联,同时将向顶层的智慧管廊监控、电力生产管理、城镇燃气管理以及给排水管理等相关管理系统提供数据服务,以实现底层与顶层的联通。光纤主干网络实现高速可靠的管廊底层系统与顶层管理系统之间的通信功能,保障数据上传,实现智慧化管理。

图4 监控与报警系统架构示意

6 探讨的问题

综合管廊是城市建设现代化、科技化、集约化的标志之一。综合管廊的建设,不应仅仅考虑现代与科技化,盲目提高设计标准,集约也是推行综合管廊的初衷所在。前文提到,规范标准仅是做了概括性的要求描述,具体的设计方法、系统架构仍值得我们进行深入探讨。设计人员对一些规范条款的理解不同,采用的设计方法也就不同,也会有一些条款让设计人员困惑,设计人员往往采用就高不就低的设计原则,或者干脆就按照《民用建筑电气设计规范》及《建筑设计防火规范》,只要规范提到的,即使是适用于高层建筑内或人员密集场所才需要考虑设置的系统或采用的缆线,统统在综合管廊内采纳设置,大大的增加了投资费用。如应急照明系统采用的智能型应急照明与疏散指示系统,也就是集中电源集中控制型应急照明与疏散指示系统,完全不适用于综合管廊项目。也有一些如智能照明控制,设置控制模块和现场面板,实际上综合管廊对照明场景需求、联动控制要求并不复杂,每个防火分隔设置了区域控制单元,完全可将区域照明配电的开与关纳入现场PLC控制,仅仅是占用PLC的几个输出点,不会增加投资费用。

关于电气火灾监控系统,国标2015版《城市综合管廊工程技术规范》提到,应对综合管廊内的电力电缆设置电气火灾监控系统,却未明确是管廊本身使用的电力电缆还是入廊电缆。大多管廊项目设置了此系统,但笔者认为,如果设置,也仅考虑管廊自身动力照明电缆的电气火灾监控,因入廊电缆电缆的电气火灾监控属于电力电缆专业范畴,且剩余电流互感器和监控模块一般是安装在电缆的起始源头,也就是供电部门的变电站内,综合管廊内的电缆只是某一路电缆敷设的其中一段或几段。仅为管廊内敷设的这一段电缆做电气火灾监控的做法还需要商榷。

鉴于篇幅有限,对需要探讨的系统设置或设计方法,本文不再一一举例,以后有机会再与大家交流。

7 智慧管理平台

基于物联网技术的统一管理平台,是针对智慧管廊数字化、信息化、智能化管理需求,以大数据及云计算为基础的、互联互通、高度灵活、创新集约的管廊智慧运营管理平台,集信息采集、数据通信、综合处理功能为一体。

综合管廊是综合管廊运行管理单位与各专业管线单位共同参与管理的特殊场所,有交叉管理需求;同一地区相邻综合管廊项目之间,既要强调联系和贯通,又要考虑协调与衔接。综合管廊的监控系统应自成体系,并与自成体系的城市部门专业管线的专业监控系统及相关监控平台联通,也要与城市市政基础设施地理信息系统联通或预留通信接口,建成泛在、融合、智能、可视的统一管理平台,实现综合管廊向智慧城市服务的延伸,与智慧城市的整体建设对接。

统一管理平台,在微观层面上,满足对日常管理需要,宏观层面上则是政府部门实时高效的数据展示和数据获取平台,利于对数据的统计、分析和辅助决策。以非常详实的数据结果作为某项政策制定的有力支持,有助于优化政府政策与制定标准等。进一步分析在政策的执行过程中可能会遇到的问题和市场障碍,从而提出解决这些障碍的方法、途径和措施。

8 结语

我国综合管廊的建设起步较晚,制度、标准等逐步完善,尚未成熟,探讨综合管廊设计方法以期提高智慧型综合管廊的整体设计水准。以上是笔者对智慧综合管廊的思考和分析,加深了对本领域前沿技术的理解和应用,在这里与大家分享。由于篇幅有限,仅是初步探索,有待深入学习、研究和完善,欢迎同行们批评指正或进行研究讨论。

参考文献

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作者信息

王建华,女,中科院建筑设计研究院有限公司,高级工程师,电气副总工程师,北京海淀区中关村北一街4号。

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