本文轉自微信公眾號：秀方案

1.概述

1.1行業(yè)背景

隨著城市經濟的快速發(fā)展，綜合管線建設規(guī)模不足、管理水平不高等問題凸現(xiàn)，一些城市相繼發(fā)生大雨內澇、管線泄漏爆炸、路面塌陷等事件，嚴重影響著生命、財產安全和城市運行秩序。

面對當前現(xiàn)狀及存在的問題，中央適時出臺《國務院關于加強城市基礎設施建設的意見》【國發(fā)(2013)36號】文件：在全國36個大中城市全面啟動地下綜合管廊試點工程；中小城市因地制宜建設一批綜合管廊項目。新建道路、城市新區(qū)和各類園區(qū)地下管網應按照綜合管廊模式進行開發(fā)建設。

國辦發(fā)(2015)61號《國務院辦公廳關于推進城市地下綜合管廊建設的指導意見》中對管廊建設做了統(tǒng)籌規(guī)劃?！吨笇б庖姟分赋龉芾扰涮紫到y(tǒng)就有智能化管理水平，滿足運營維護需要。需在GB50838-2015《城市綜合管廊工程技術規(guī)范》中，則具體規(guī)定了該系統(tǒng)的建設要求。

1.2城市綜合管廊簡介

綜合管廊就是地下城市管道綜合走廊。即在城市地下建造一個隧道空間，將電力、通訊，燃氣、供熱、給排水等各種工程管線集于一體，設有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測系統(tǒng)，實施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設計、統(tǒng)一建設和管理，是保障城市運行的重要基礎設施和“生命線”。

2.需求分析

綜合管廊可納入給水、雨水、污水、再生水、天然氣、熱力、電力、通信等城市工程管線，就按照統(tǒng)一規(guī)劃、設計、施工和維護，并滿足管線的使用和運營維護要求。綜合管廊就同步建設消防、供電、照明、監(jiān)控與報警、通風、排水、標識等設施。

2.1系統(tǒng)現(xiàn)狀

城市綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)，由于依靠環(huán)境與設備監(jiān)控、安全防范、通信、預警與報警子、智能巡檢及管控一體化信息平臺等多個不同功能的系統(tǒng)，或者由于產品提供來自不同的廠商，在數(shù)據(jù)交換中沒有一個統(tǒng)一的標準，因此造成接口眾多、訪問性差，容易形成一個個的“信息孤島”：

（1）傳統(tǒng)監(jiān)控采用人工管理模式，運營管理成本高，管理水平與管理質量也無法得到有力保障：

（2）政府多頭管理、分散操作易產生各種問題；

（3）解決緊急事故發(fā)生時易相互推諉、扯皮；

（4）市政設施管理的運維監(jiān)測監(jiān)控能力、應急調度指揮能力、綜合業(yè)務能力很難提高；

（5）管廊監(jiān)控視頻、監(jiān)控數(shù)據(jù)類別不一，各系統(tǒng)間信息孤島導致相關部門決策困難。

2.2監(jiān)控要求

管廊綜合監(jiān)控與報警系統(tǒng)設計就包括環(huán)境與設計監(jiān)控子系統(tǒng)、通風子系統(tǒng)、供電子系統(tǒng)、照明子系統(tǒng)、排水子系統(tǒng)、安全防防范子系統(tǒng)、語音通信子系統(tǒng)、預警與報警子系統(tǒng)、智能機器人巡檢系統(tǒng)、管理一體化信息平臺子系統(tǒng)等。

按照《GB50838-2015城市結合管廊工程技術規(guī)范》技術要求，管廊綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)應包括以下設計：

1）200m設計為一個防火分區(qū)，設置防火墻及防火門。

每個分區(qū)設計一套溫度、濕度、水位、氧氣、硫化氫和甲烷等環(huán)境參數(shù)監(jiān)測與報警系統(tǒng)。

每個分區(qū)設計一套電子巡查管理系統(tǒng)。

每個分區(qū)設計一套固定式通信和無線對講系統(tǒng)。

每個分區(qū)沿線設置滅火器材，并配置自動滅火系統(tǒng)。

每個分區(qū)配置機械通風，采用就地手動、就地自動和遠程控制三種方式。

2）每個分區(qū)設置一處卸料口、自然進風口（兼人員出入口），800m設計區(qū)段檢修口（兼人員出入口）。

卸料口、檢修口、人員出入口等位置設置滅火器材。

卸料口、檢修口、人員出入口等位置設置攝像機。

卸料口、檢修口、人員出入口等位置配備出入口控制裝置和入侵報警探測裝置和聲光報警器。

3）每個分區(qū)設置一個集水坑。

設置水位在線監(jiān)測。

設計水泵自動排水裝置。

4）200m及交叉路口設置管線出艙口。

管線出艙口位置設置滅火器材。

管線出艙口位置設置攝像機。

管線出艙口位置配備出入口控制裝置和入侵報警探測裝置和聲光報警器。

3.技術方案

3.1方案概述

綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)是一個綜合性非常強的管控系統(tǒng)。各系統(tǒng)之間由于技術體系不一，采用的標準各異，導致難以兼容互通，這不僅需要兼顧環(huán)境與設備監(jiān)控、通信聯(lián)絡、信息管理等需求，而且還要兼顧災難事故預警、安全防范等方面對圖像監(jiān)控的需求，同時還需要考慮報警、門禁等配套系統(tǒng)的集成以及與廣播系統(tǒng)的聯(lián)動，因此在這些系統(tǒng)的互聯(lián)過程中必然會出現(xiàn)系統(tǒng)異構的信息孤島問題。

要打破信息孤島的局面，復雜異構方式的監(jiān)控報警系統(tǒng)需要解決不同廠商、不同產品的兼容和多個系統(tǒng)相互集成的問題，需要考慮到平臺的網絡接入和資源的開發(fā)方式，還需要立足大型聯(lián)網用戶的角度去設計，把握好互利與共享的原則。

開發(fā)的《城市綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)管控一體化平臺》是基于管控一體化技術成功地解決了眾多品牌相互兼容、各系統(tǒng)集成與融合、協(xié)議與接口標準不統(tǒng)一的難題，成為綜合管廊監(jiān)控監(jiān)控系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。

根據(jù)綜合管廊行業(yè)背景，以及目前現(xiàn)場管理和控制應用要求，充分考慮到信息化和智能化的“工業(yè)4.0”、“物聯(lián)網”和“智慧城市”的理念與技術，結合多年于電力、軌道交通、煤礦、化工行業(yè)等所開發(fā)的管控一體化平臺的經驗，提出了本解決方案。

3.2設計原則

根據(jù)用戶現(xiàn)狀和需求分析，綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)平臺依據(jù)以下原則設計：

（1）可靠性

系統(tǒng)應確保管廊數(shù)據(jù)獲取、融合、傳輸?shù)冗^程的可靠性。其中，感知數(shù)據(jù)是管廊各項應用的基礎和判別依據(jù)，可靠的數(shù)據(jù)獲取、融合和傳輸是保證管廊功能正常運行的基礎。

（2）可擴展性

系統(tǒng)應能夠動態(tài)調節(jié)，為不同網絡應用提供可擴展性，包括網絡拓撲結構可擴展、服務內容可擴展等。

網絡的靈活拓展為滿足不同時期開發(fā)的管廊之線的接入，留有設計空間和標準化的接口方式；服務內容可擴展為滿足服務方不同需求，為后期可能接入的遠程抄表、路燈智能管理等系統(tǒng)留有開放性的網絡接口。

（3）兼容性、開放性和易維護性

系統(tǒng)的軟、硬件采用模塊化、組態(tài)化設計，可以方便地進行容量的擴充和功能的維護升級。同時，系統(tǒng)建設基于Web、C/S結構，軟件設置開放性網絡接口，可實現(xiàn)將監(jiān)測信息上傳至監(jiān)控中心和各級主管部門、單位。

（4）安全性

監(jiān)控與報警系統(tǒng)的安全標準要特別保護用戶的信息隱私，為各政府部門、單位提供不同安全級別的網絡應用。

2.4設計思路

2.4.1從安全的角度考慮

目前，綜合管廊主要存在以下四大問題：

一是人的不安全行為（違章）造成的人員安全問題，二是物的不安全狀態(tài)（隱患）導致的設備安全問題，三是環(huán)境的不安全條件（隱患）誘發(fā)的環(huán)境安全問題，四是組織的不安全因素（管理漏洞）導致的管廊安全問題。

以上四大核心因素共同誘發(fā)能量的不正常傳遞，從而造成管廊事故。因此，系統(tǒng)必須對這四個核心因素進行管控，以實現(xiàn)對人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)和環(huán)境的不安全因素等迅速、靈活、正確地理解和解決，從而實現(xiàn)地下管廊的本質安全。

（1）針對人員安全：通過人員定位、門禁系統(tǒng)、便攜式巡檢儀、人員探測計數(shù)器等管控人的不安全行為，使巡檢人員達到可視化管理、無關人員實現(xiàn)防范入侵管理。以及可以使用智能機器人巡檢系統(tǒng)，來完成目前人工巡檢的一些任務，更能保證人員安全。

（2）針對環(huán)境安全：通過多功能監(jiān)測基站和智能傳感器對管廊溫度、濕度、水位、氧氣、H2S、CH4等環(huán)境要素實時監(jiān)控，實現(xiàn)危險源管理、辨識、評估和控制，從而消除環(huán)境的不安全因素。

（3）針對設備安全：通過智能傳感器、儀表和多功能監(jiān)測基站對監(jiān)控設備、排水設備、通風設備、通信設備、消防設備、照明設備、電纜溫度等進行實時在線感知、報警聯(lián)動、遠程控制和指揮調度，使之始終處于安全狀態(tài)。

（4）針對管理安全：通過建立安全機制和預警管理體系，實現(xiàn)現(xiàn)場可視化、問題可視化和隱患的可視化，達到管理無失誤、指揮無失誤、操作無失誤，在此基礎上實現(xiàn)未雨綢繆、超前預報，防患于未然。

城市綜合管廊的建設目標是在信息化管理的基礎上，逐步實現(xiàn)自動化，用智慧覆蓋整個管廊運行管理的全過程，實現(xiàn)高效、節(jié)能、安全、環(huán)保的“管、控、營”一體化智慧型管廊。

2.4.2從物聯(lián)網的角度考慮

本系統(tǒng)利用先進的物聯(lián)網技術，通過感、傳、知、用四層架構，實現(xiàn)對地下管廊的屬性信息和狀態(tài)信息運行透徹的感知和度量，通過感知實時獲取人員、設備、環(huán)境、流程制度等在內的一切數(shù)據(jù)，實現(xiàn)地下管廊管理的可視化，提高管廊安全性和用戶滿意度。

從上圖可以看出，管廊內所有的信息都要通過設備數(shù)據(jù)標準化傳到平臺監(jiān)控中心，而監(jiān)控中心的各種控制命令則要傳輸?shù)礁鞫喂芾鹊母鞣N設備上。

這些信息主要有：

（1）環(huán)境傳感器和設備傳感器的模擬量數(shù)據(jù)；

（2）人員位置信息和人員報警信息；

（3）監(jiān)控攝像機的視頻信號和控制信號；

（4）風機、水泵等設備狀態(tài)信息；

（5）IP電話的語音信息和無線對講信息；

（6）管廊的各種屬性信息和狀態(tài)信息；

（7）管理指令和流程信息等。

采用基于管控一體化整體解決方案來化解以上所有問題。系統(tǒng)基于物聯(lián)網的標準接口，用戶可以很順利的處理來自不同設備及環(huán)境的數(shù)據(jù)，滿足末端設備擴展需求。

2.5系統(tǒng)流程設計

根據(jù)綜合管廊的運營復雜情況及特點，建立基于管控一體化平臺的監(jiān)控系統(tǒng)，是實現(xiàn)智慧管廊的必由之路。

綜合管廊要實現(xiàn)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，又要實現(xiàn)對供電、消防、照明、通風、排水等系統(tǒng)的“集中管理”：

（1）感知層：感知來自電力、給水、通信、能源等系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)。

（2）傳輸層：由物聯(lián)網多功能基站提供無線、有線通信等可靠傳輸。

（3）處理層：通過一個“統(tǒng)一管理信息平臺”集成環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、預警與報警系統(tǒng)、管控平臺系統(tǒng)五大中心模塊實現(xiàn)系統(tǒng)的分布式應用和縱向深入。

（4）應用層：由于政府管理部門和四大管線單位（自來水、電力、煤氣和通信）的本專業(yè)管線運行信息、會影響到管廊本體安全或其它專業(yè)管線安全運行，因此在應用層要對四大管線單位提供通信接口，以實現(xiàn)信息的共享和聯(lián)動。

4.系統(tǒng)組成

綜合管廊監(jiān)控與報警系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了設備和環(huán)境監(jiān)控、視頻監(jiān)控、安防、火災報警、語音通訊、電力監(jiān)控、智能機器人巡檢與信息化管理平臺等子系統(tǒng)。通過集成和互聯(lián)管廊內的自動化系統(tǒng)，為運營和維修人員提供一個完整的、統(tǒng)一的監(jiān)控管理平臺。

綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)分為三層六系統(tǒng)。三層包括管理層、網絡傳輸層與現(xiàn)場采集控制層三部分組成。管理層是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它聯(lián)系、協(xié)調、控制和管理各子系統(tǒng)的工作。傳輸層包括名道口與監(jiān)控中心之間網絡通過光纖傳送，實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、TCP/IP控制數(shù)據(jù)和RS-485數(shù)據(jù)的通信?，F(xiàn)場檢測控制層主要由接入層交換機、網絡攝像頭、現(xiàn)場區(qū)域控制器PLC等組成。

其中PLC負責采集管廊內的檢測信號、邏輯運算分析并對根據(jù)信號對管廊內設備進行自動和手動控制。五系統(tǒng)包括由環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、預警與報警系統(tǒng)、智能機器人巡檢系統(tǒng)和統(tǒng)一管理信息平臺組成。系統(tǒng)框圖如下圖所示：

系統(tǒng)建立基于物聯(lián)網的“管、控、營”一體化的智能管控系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)采集、通信網絡、系統(tǒng)架構、智能聯(lián)動和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，解決了管廊監(jiān)控與報警建設中存在著內部干擾性強、使用單位多及協(xié)調復雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環(huán)境和設備的恢復效率，進而實現(xiàn)了監(jiān)控中心應用“一個平臺，三層結構，六大系統(tǒng)”即能對管廊內部設備的遠程管理與聯(lián)動控制。