安科瑞電子商務（上海）有限公司

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

 

摘要：本文以物聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術為基礎，采用文獻研究等方法，在探究我國地下綜合管廊管廊現(xiàn)狀及相關技術飾基礎上，對其智慧管控平臺的建設展開了研究，希望能為相關研究及建設提供有價值的參考.

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；GIS系統(tǒng)；地下綜合管廊；管控平臺

 

0引言

       2015年，國家財政部與住房城建部公示了10個地下綜合管廊建設試點城市，自此管廊建設在國內許多城市相繼展開。傳統(tǒng)方式下，地下管線的建設缺少系統(tǒng)規(guī)劃，容易給道路建設等造成不良的影響，電力、通信、燃氣、給排水等方面的管控十分，且缺少有效、時效性強的監(jiān)控與管理，這導致了財力物力的嚴重浪費，增加了其運營維護的難度，留存了許多安全隱患，若出現(xiàn)事故還可能引起連鎖、衍生的災害，對人們的正常生活甚至生命財產安全帶來很大的負面影響。而綜合管廊是將這些管線進行統(tǒng)一的規(guī)劃和集中建設，進而提高地下的空間利用率，再結合物聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術打造智慧的運維管控平臺，從而大大降低地下管廊在建設、使用等階段出現(xiàn)故障、災害的幾率。而要想建設智慧的城市地下綜合管廊信息管控平臺，需要考慮經濟、適用、安全等建設要求，考慮標準化管理、全生命周期管理等建設需求，考慮實際管控工作的便捷性、有效性等工作需求，因此需要積極借助物聯(lián)網(wǎng)、GIS等的信息技術。由于綜合管廊涉及多種管線，要想建設統(tǒng)一的維護標準，實現(xiàn)實時管理的需求，需要建設相應的監(jiān)控與管理系統(tǒng)，綜合管理方面，綜合管廊有許多附屬設施，要保證管廊安全運行、有效監(jiān)管，就需要保證各子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)一致，不能存在信息孤島，這就要求管控平臺有統(tǒng)一、靈活、快速響應且全面的系統(tǒng)架構，能滿足現(xiàn)有的管控需求，又能一定程度滿足未來新業(yè)務需求，實現(xiàn)管廊系統(tǒng)信息的高度集成，綜合管控管廊主體、各類管線、附屬設施及相應使用人群的相關信息，并依托物聯(lián)網(wǎng)等技術實現(xiàn)有效、及時的信息互聯(lián)與互通；監(jiān)控方面，傳感設備及時監(jiān)測綜合管廊內部消防、溫度、氣體等環(huán)境數(shù)據(jù)，利用GIS、BIM等技術獲得相關監(jiān)測數(shù)據(jù)的地理位置等信息，這些信息通過互聯(lián)網(wǎng)等技術傳遞至監(jiān)控中心，管理者進行監(jiān)測、監(jiān)控及相應的數(shù)據(jù)分析，對己發(fā)生或可能存在的安全隱患進行合理的處理。

 

1我國地下綜合管廊的管控現(xiàn)狀分析

       上世紀中葉，歐洲城市建設中發(fā)展出了綜合管廊的概念，之后被日本、美國等國家先后引入，而我國臺灣、北京、廣州、上海等地區(qū)也建有一定規(guī)模的綜合管廊，并己經投入運營了多年。國內外對綜合管廊的研究集中在可行性分析、施工建設和規(guī)劃設計等方面， 對管廊的運維管理的研究相對較少。我國2015年出臺的相關政策中，指出各大城市應大力且合理的發(fā)展地下綜合管廊，解決“里子”問題，但結合國內地下綜合管廊的運營情況，其管控尚存在以下問題：

1.1管廊管理的方式落后

       目前國內己建成在運營中的地下管廊，多數(shù)以傳統(tǒng)物業(yè)管理的形式來對綜合管廊開展安全監(jiān)控等方面的管理，且部分日常管理工作依然以紙質文檔的方式進行，這導致應急指揮調度、資料查閱、 管廊巡檢反饋等工作無法高效的開展，無法被有效的統(tǒng)籌規(guī)劃，導致信息互聯(lián)不及時、反饋滯后。

1.2管廊管理單位的工作機制不合理，各單位間聯(lián)動性不足

       綜合管廊的管控涉及不同的方面，因此其管理也涉及到不同的運營公司、權屬單位及政府，要想同配合，開展有效的信息互通和協(xié)作管理，需要各單位間形成及時、合理的聯(lián)動機制，且各單位內部建設合理的工作機制，但目前大國書己運營的管廊沒有建設一個信息化的整體管控平臺，各單位內部也缺少標準化的工作機制，這就導致各單位間的信息傳遞方式過于多樣，無法保證信息互通的速度，埋下了許多存在安全隱患，不利于統(tǒng)一管理及政府的監(jiān)督。

1.3缺少保障管廊高效、可靠運行的支持系統(tǒng)，或其功能性不足

       綜合管廊設置在地下的密閉空間中，管線多樣，附屬設施也十分多樣，為保障管廊安全可靠的運行，需要配備消防、火災報警、 溫控監(jiān)測、氣體監(jiān)測、濕度監(jiān)測、通風、防入侵等支持性系統(tǒng)，為提升管廊管控的效率，還應借助信息技術打造具備視頻監(jiān)控和無線通信等功能的協(xié)同系統(tǒng)，但目前許多綜合管廊的管控支持系統(tǒng)建設不完全，視頻監(jiān)控等功能的質量不好。

1.4對管廊運營數(shù)據(jù)的再利用不足

       管廊建設及運行階段，將產生大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)涉及管廊環(huán)節(jié)的變化、各管線及設施的穩(wěn)定狀態(tài)等信息，因此可利用大數(shù)據(jù)、云計算等技術，分析這些復雜的數(shù)據(jù)，以有效預測未來一段時間內管廊的運行情況，及時的檢查出可能發(fā)生的不良事件，然后制定相應處理措施，防患于未然。但目前許多城市在大力發(fā)展地下綜合管廊的同時，未能充分的應用各類信息化手段，因此難以對管廊運行信息進行合理的利用，或忽視了該項工作，同時，這將一定程度上增加管控單位的經濟投入。

 

2物聯(lián)網(wǎng)、BIM等技術簡介及其在地下綜合管廊管控中的應用現(xiàn)狀

2.1 BIM技術

       BIM-般應用于建筑工程，基于數(shù)據(jù)構建模型為建筑設計、施工等提供可視化的參考，來加強各類信息的溝通，以檢查設計的不足，優(yōu)化結構設計、施工方案，為施工、監(jiān)理等主體提供便捷的信息。 隨著近年來BIM技術在建筑行業(yè)的廣泛應用，時間進度、成本造價等信息被融入BIM模型，從而對項目投資、施工進度、施工質量、 項目合同、資源等進行系統(tǒng)、標準化的管控，基于BIM技術的優(yōu)勢， BIM技術也逐漸延伸至基礎設施管理、地鐵站管理、地下管廊管控等領域，但目前其在綜合管廊中研究和應用十分少見。

2.2 CIS技術

       GIS系統(tǒng)基于計算機硬、軟件的支持，可對整個地球表層空間內有關地理數(shù)據(jù)進行釆集、分析、儲存、描述與，GIS技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在利用豐富、準確的地理信息來處理用戶數(shù)據(jù)，或根據(jù)用戶需求開發(fā)出專用的地理信息服務系統(tǒng)，輔助管理者根據(jù)系統(tǒng)所反映的地理信息，在范圍內開展危機反應、災害管理，以提升應急處置的效率和準確度。將GIS技術應用到地下管廊管控中，可建立相應的管道安全預警模型，如對天然氣管道建立火災預警系統(tǒng)， 迅速確定相關危險區(qū)域，判定火災可能蔓延的區(qū)域，從而有效的預防和控制火災，合理的部署消防力量。將BIM技術與GIS技術結合，BIM為整個系統(tǒng)提供豐富、準確的建筑空間信息，豐富GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，而GIS系統(tǒng)反過來依賴自身的環(huán)境信息為BIM系統(tǒng)提供好的決策支持，兩者集成應用于綜合管廊的管控，可提供可視化、宏觀及準確的微觀管控功能。但目前二者的融合應用尚存在很大問題，主要體現(xiàn)在可視化效果差、數(shù)據(jù)丟失。

2.3物聯(lián)網(wǎng)

       物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)，由裝載于物聯(lián)對象上的射頻、傳感設備及GPS系統(tǒng)組成的信息網(wǎng)絡，可實時、動態(tài)地感知和傳遞物聯(lián)對象相關的信息，并依據(jù)物與物，物與群體間的交互關系來提供相應服務。通過在綜合管廊中安裝各類射頻、傳感設備，來感知和挖掘裝載設備的各項基本信息及信息的變化規(guī)律、對象間的關系，來增強對整個管廊環(huán)境的感知，將其與GIS等技術結合應用，可進一步整合管廊的各類信息，提升數(shù)據(jù)分析的準確度和決策的合理性，并借助網(wǎng)絡實現(xiàn)快捷的信息共享，好地指導各管控單位的工作及用戶的生活。

 

3基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS的地下綜合管廊智慧管控平臺的建設分析

       地下綜合管廊管控工作須建設信息化的智慧管理平臺，作用為接受綜合管廊內各類監(jiān)測信息及管網(wǎng)運行信息的中心，為管廊運行的安全性提供監(jiān)測支持，同時支持管控人員對相關調控設備進行一定程度的遠程操控。本文依托物聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術，研究能為提供設備監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、安全防范等功能的管廊管控平臺：

3.1綜合管廊智控平臺的構架設計

       管控平臺需要滿足綜合管廊對安全運行、管廊供電、消防、照明、 通風、排水等多方面的需求，管控應全面相應內容，進行集中管理。為方便統(tǒng)一、標準化管理，可分利用統(tǒng)一架構、標準進行分層設計：

       (1) 感知層：利用攝像頭、傳感器來感知管廊氣體環(huán)境，利用溫濕度、電力和水位檢測設備感知管廊的整體運行狀態(tài)，利用風機、水泵、照明、消防等設備保障管廊安全，為管理安全運行提高好的支持。

       (2) 接入層：為各類設備的安裝提供統(tǒng)一接入服務，提供多類通信產品和接入方案，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)釆集與控制接口，來支持目前常用的各種通信協(xié)議，使傳感器、通風、配電、燃氣、排水等設備能夠快速接入。

       (3) 傳輸層：根據(jù)需求和安裝條件靈活釆用有線、無線多種通信方式，實現(xiàn)安全、快速的數(shù)據(jù)傳遞與交互，確保能實時感知管廊數(shù)據(jù)，通過平臺遠程控制使相關設備實時執(zhí)行命令。

       (4) 數(shù)據(jù)層：借助消息中間件、數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)緩存、分析等服務與云計算、大數(shù)據(jù)等技術，構建管廊數(shù)據(jù)處理與存儲的系統(tǒng)，為管控全程工作提供全方位服務。

       (5) 展示層：借助GIS, BIM,三維展示等技術，為管廊管控提供全方位可視化的應用服務，實現(xiàn)可視化的環(huán)境、設備監(jiān)控， 幫助管控人員進行高效、準確的安全防范、運維管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、 效能分析。

3.2各子系統(tǒng)的建設

       (1)監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控設備及系統(tǒng)是保證地下管廊安全運行的重要部分，包括區(qū)域控制器與環(huán)境傳感器兩大部分。借助光纖網(wǎng)絡等形式將監(jiān)控信息運輸和傳送監(jiān)控至安防信息平臺。在管廊管控系統(tǒng)中，一般利用ACU箱、環(huán)境監(jiān)測傳感器、光纖網(wǎng)絡打造監(jiān)控系統(tǒng),由安防監(jiān)控中心接收和處理信息，并按設定發(fā)布相應指令。 為提升監(jiān)控的可視化程度，可釆用高清攝像頭，釆用全網(wǎng)絡覆蓋數(shù)字化組網(wǎng)方式，并深的應用GIS、BIM等技術。具體而言，管控平臺可設置單獨GIS模塊，根據(jù)管廊建設相關的CAD圖紙和勘察資料，建設并導入管廊模型及相關信息，依托BIM技提供管廊的主體結構、投料口、出線口的結構信息，及相關機電設備、控制設備、監(jiān)控設備、附屬設施等設施的參數(shù)信息，而GIS技術可宏觀地呈現(xiàn)管廊結構、走向、類型等信息，并準確顯示所有結構、 設備的地理信息，及管廊沿線的交通、地質等信息，從宏觀到微觀為管廊安全監(jiān)管與應急救援等工作提供可視化的輔助。

       (2)安全管理系統(tǒng)。安全管理系統(tǒng)對相關工作人員設置相應權限，控制和確保各類操作均予以相應等級的授權，防止工作人員隨意進入管廊或進行其他不當操作，同時結合監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)設定程序對相關不良操作發(fā)出警報。

       (3)入侵監(jiān)測系統(tǒng)。綜合管廊智控平臺建設時，相關人員須對建設區(qū)域開展合理的布防工作，以為保證系統(tǒng)在這一階段不被侵入。通過控制平臺布防，設置系統(tǒng)操作權限與安全監(jiān)測，對安全問題自動發(fā)出警告，告知工作人員具體的安全威脅及推薦釆用的解決方案。

       (4)門禁系統(tǒng)。利用無線射頻等技術，建立門禁系統(tǒng)，保證非管控、維修等人員無法進入管廊各出入口，并通過射頻識別和監(jiān)控來識別和記錄相關工作人員的操作，避免其隨意進入、不當操作甚至惡意破壞。

       (5)火災報警及消防系統(tǒng)。結合感知層的煙感探測器等設備， 感應管廊煙霧數(shù)值，若超過設定的安全范圍，火災報警裝置自動報警，報警信息會通過管控平臺反映給工作人員，消防系統(tǒng)根據(jù)具體的感應數(shù)值自動進行灑水等消防操作，操作人員也可通過平臺進行相應的消防操作，快速制定和實施應急處置方案。

       (6)數(shù)據(jù)管理與維系統(tǒng)。數(shù)據(jù)管理是在定義數(shù)據(jù)及結構的基礎上，選擇數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行標準化的管理，便于開展數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析等數(shù)據(jù)再利用工作。數(shù)據(jù)維護并非單獨的系統(tǒng)，而是融入了各系統(tǒng)中，由各系統(tǒng)共同維護來保證數(shù)據(jù)的真是可靠性，保證各類數(shù)據(jù)在記錄、轉換、傳輸?shù)冗^程中不被遺失或篡改。

4 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

4.1平臺概述

       AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡、系統(tǒng)架構、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內部干擾性強、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)境和設備的使用和恢復效率。

4.2平臺組成

       安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)、消防設備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

4.3平臺拓撲

4.4平臺子系統(tǒng)

4.4.1電力監(jiān)控

電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關柜、變壓器微機保護測控裝置、發(fā)電機控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。

4.4.2環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

 

4.4.3電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。

4.5相關平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

 

 

4.5.2電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.3電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

4.5.5消防應急照明和疏散指示系統(tǒng)

5結束語

       綜上所述，國內目前多數(shù)城市對綜合管廊的實踐較少，在管廊管理方面缺少經驗，對物聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術的應用尚不深入。為提升管廊管控的水平，需要建設集成化的管控平臺，將監(jiān)控、安防、 火災報警、數(shù)據(jù)管理等系統(tǒng)融合起來，集構建統(tǒng)一、聯(lián)動的管控機制， 并通過多的應用物聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術，來提升數(shù)據(jù)的感應、共享和可視化水平，從而幫助各系統(tǒng)的監(jiān)管主體提高實際的工作水平。

 

參考文獻

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【2】童麗閨.基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS的地下綜合管廊智慧管控平臺［J]科技資訊 

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05