韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：為提升綜合管廊運維管理水平，實(shí)現管理的數字化轉型，采用綜合監測系統、BIM+GIS 可視化系統、智能機器人巡檢、結構安全監測等技術(shù)，搭建實(shí)時(shí)監控、應急管理、數據分析等多功能為一體的智慧管廊運維管理平 臺，為綜合管廊運維單位提供數字化運維管理工具。

關(guān)鍵詞：綜合管廊；數字化；智慧運維；管理平臺

0 引言

隨著(zhù)我國地下綜合管廊建設推廣，管廊智慧運維 平臺系統功能也愈加完善。李芊等基于BIM技術(shù)設計了一種智慧管廊運維管理系統，具體分析了應用三維可視化在管廊運維管理領(lǐng)域的優(yōu)勢；朱雪明對上海世博會(huì )世博園區綜合管廊智能監控系統架構和系 統組成進(jìn)行了介紹并對系統實(shí)現的基本數據采集內 容和基本系統聯(lián)動(dòng)功能要點(diǎn)做了總結；李朝棟等基于沈陽(yáng)某綜合管廊工程背景和GB/T 51274—2017《城鎮綜合管廊監控與報警系統工程技術(shù)標準》的要求，設計了各子系統相互關(guān)聯(lián)的運維管理系統；針對BIM+GIS 智慧管廊運維管理平臺的可視化效果展開(kāi)研究，通過(guò)Unity3D 軟件優(yōu)化，使得BIM+GIS 的運維管理平臺的可視化功能具有實(shí)際的應用價(jià)值。綜合 管廊智慧管理平臺是綜合管廊建設的重要組成部分， 是運維單位的工具，雖然平臺系統功能不斷 完善，但是目前仍存在一些需要解決的問(wèn)題：

1）BIM、GIS、SCADA 等系統數據關(guān)聯(lián)不充分， 跨系統聯(lián)動(dòng)場(chǎng)景開(kāi)發(fā)不足，各子系統的雖有基本數據 關(guān)聯(lián)，但數據融合有待進(jìn)一步加深；

2）巡檢雖然利用了巡更系統、手機端巡檢等方式，但是還需要人員經(jīng)常入廊，針對平臺結合機器人的自動(dòng)巡檢方式還有待提升；

3）運營(yíng)管理數據分析利用不足，導致無(wú)法進(jìn)行有效的自動(dòng)預警，日常的報表分析仍需要投入人力、物力。

針對以上管廊運維管理平臺存在的問(wèn)題，本文以 北方某城市綜合管廊項目的平臺建設為背景，對平臺 架構和功能進(jìn)行設計。

1總體設計思路

智慧管廊運維管理平臺總體架構采用“管、控、營(yíng)"一體化的設計理念，從平臺架構設計、廊內各項數 據收集、數據分析和各專(zhuān)業(yè)智能聯(lián)動(dòng)等多個(gè)方面考 慮；解決地下綜合管廊運營(yíng)運維過(guò)程中因管線(xiàn)產(chǎn)權單 位數量多、管線(xiàn)種類(lèi)多且復雜導致的各專(zhuān)業(yè)干擾性 強，難以及時(shí)有效溝、通協(xié)、調解決的難題；同時(shí)設置 多級管理架構，實(shí)現對綜合管廊內部設備的遠程管理 與聯(lián)動(dòng)控制。

智慧管廊運維管理平臺總體架構為五級體系，自下而上依次為設備執行層、傳輸層、數據層、應用 層和展示層。設備執行層是平臺體系架構的核心， 是廊內監控數據采集過(guò)程中*關(guān)鍵的環(huán)節，通過(guò)該 層設置的各類(lèi)攝像頭、傳感器以及探測儀器實(shí)現綜合管廊全領(lǐng)域內環(huán)境和設備的全過(guò)程監控；利用傳輸層和數據層的傳輸和存儲功能將海量數據提供給上層業(yè)務(wù)系統進(jìn)行大數據分析、實(shí)時(shí)控制、展示和應用。見(jiàn)圖1

圖1智慧管廊運維管理平臺總體架構

2關(guān)鍵技術(shù)功能

統一管理平臺以BIM+GIS 系統為基礎，融合聯(lián)動(dòng)安全防范系統、環(huán)境與設備監控系統、火災自動(dòng)報警系統、通信系統、應急系統、數據分析系統等，實(shí)現平臺數據的深度融合和系統聯(lián)動(dòng)。

2.1 BIM+GIS系統

平臺信息可視化實(shí)現基于地理信息系統的綜合信息門(mén)戶(hù)、三維 BIM 的一體化監控、融合 SCADA 的信息采集數據以及視頻信息。以“一張圖"模式展示所有環(huán)境與設備監測信息、預警與報警信息、安防信息等，為綜合監控平臺提供統一的、基于 BIM+GIS+ SCADA 的人機交互界面。

BIM+GIS 技術(shù)實(shí)現管廊空間以及設施設備三維呈現，可確定地下管廊正確分布位置，實(shí)現管廊所有出入口、通風(fēng)口、投料口管廊內附屬設施的正確定位和查詢(xún)，既可總覽全局關(guān)鍵參數，又可從主要參數逐級導航到設備詳細參數。見(jiàn)圖2 和圖3。

圖2 管廊GIS 系統展現

圖3 管廊BIM系統展現

運維人員可方便地實(shí)現地下廊體可視化監控，減 少入廊巡視頻次，提高運維效率。

2.2 綜合監控系統

智慧運維管理平臺的綜合監控系統涵蓋了GB/T 51274—2017 要求的管廊內設置環(huán)境與設備監控系統、安全防范系統、通信系統、預警與報警系統并增加 了結構健康監測系統和機器人巡檢系統。各系統的傳感設備及執行設備均按照防火分區設置。

2.2.1 環(huán)境與設備監控系統

包括環(huán)境檢測、通風(fēng)設備和排水設備監控、照明監控和配電監控。環(huán)境檢測包括廊內溫度、濕度、氧氣濃度、集水坑水位、硫化氫氣體監測。系統可根據需要對風(fēng)機、水泵、照明進(jìn)行遠程啟停并對電力系統參數進(jìn)行監控。管廊內部各專(zhuān)業(yè)設備實(shí)時(shí)狀態(tài)能夠在監控中心大屏上顯示，同時(shí)在控制系統操作界面以 數據報表的形式體現。系統能夠顯示設備目前的運行狀態(tài)，當設備發(fā)生故障時(shí)，傳感器及時(shí)發(fā)出故障信號，管理人員通過(guò)攝像頭身處監控室便能夠了解設備 故障發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn)以及故障原因，方便及時(shí)、準確地指導設備進(jìn)行維修和保養。

2.2.2 安全防范系統

為保障管廊內設施安全，有針對性地設置有效安全防范措施并在監控中心設置相應顯示、記錄和控制 設備，當有外人非法入侵管廊時(shí)報警，控制中心采取相應措施。安防系統包括門(mén)禁、防入侵、電子井蓋、電子巡更系統等。

2.2.3 通信系統

為實(shí)現綜合管廊內各區間巡檢維修人員之間及與控制中心值班人員之間內部無(wú)障礙溝通，配備獨立 的內部語(yǔ)音通信系統，每個(gè)防火分區每艙設置通信點(diǎn)；同時(shí)綜合管廊內部實(shí)施無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )覆蓋，實(shí)現監控中心對管廊內無(wú)線(xiàn)通信主要設備運行狀態(tài)和入廊巡檢維修人員狀況的實(shí)時(shí)監測，滿(mǎn)足巡檢維修人 員日常工作通信需求。

2.2.4 預警與報警系統

主要針對電力艙室設置火災自動(dòng)報警系統。監控中心消防控制室設置中心火災報警控制柜，柜內設 火災報警聯(lián)動(dòng)主機、防火門(mén)監控主機及消防電源監控 主機，通過(guò)監控與報警統一管理平臺進(jìn)行軟硬件整合，實(shí)現對火災報警系統的監控。在綜合管廊內設置 感溫、感煙探測器及消防區域控制器，同時(shí)配合設置現場(chǎng)報警按鈕，構成綜合管廊內火災自動(dòng)報警系統。

2.2.5 結構健康監測系統

由于本項目距離地鐵施工地段較近，為避免地鐵施工及運行對管廊結構產(chǎn)生影響，設置了結構健康監測系統，采用壓差式沉降儀、傾角測量?jì)x、三軸測振儀等設 備，實(shí)時(shí)監測廊體結構的沉降、傾斜及振動(dòng)信息。綜合 管廊振動(dòng)及沉降監測系統監測管廊受力情況，保證結構安全承載；對整個(gè)結構狀態(tài)進(jìn)行連續的、實(shí)時(shí)的、在線(xiàn)的 健康狀態(tài)監測和評估，對結構的安全性作出實(shí)時(shí)、準確 的評價(jià)，很大地延拓傳統人工檢測內容，實(shí)現預測維修， 提高養護維修的管理水平，保障管廊結構的可靠性、安 全性和耐久性，避免潛在的災難性事件發(fā)生。

2.2.6 智能機器人巡檢系統

機器人本體搭載紅外熱成像儀、攝像機、氣體傳感器等設備，可針對電力艙、綜合艙等艙室進(jìn)行智能巡檢，可識別環(huán)境溫度及氣體變化等事故情況并將事故信號上傳至統一管理平臺，方便管理人員針對巡檢 信息進(jìn)行處理。

結合機器人的功能特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了自動(dòng)巡檢模式： 通過(guò)平臺巡檢管理模塊定義巡檢內容、巡檢路程、巡 檢時(shí)間、巡檢條目，定時(shí)觸發(fā)機器人按照平臺預設進(jìn) 行巡檢；機器人巡檢過(guò)程中的視頻信息、位置信息和 報警信息，能夠同步顯示在統一管理平臺的 BIM 和GIS 界面上，相關(guān)數據與巡檢管理模塊聯(lián)通，生成巡檢記錄和巡檢報告，同時(shí)巡檢時(shí)發(fā)生的告警信息與平臺 告警管理模塊聯(lián)動(dòng)，生成告警記錄，推送給運維人員。 自動(dòng)巡檢功能很大降低了人員入廊巡檢頻次，提高了 巡檢管理精細化程度。

2.2.7 綜合監控系統聯(lián)動(dòng)

運行過(guò)程中可實(shí)現監控與報警系統各子系統本系統和跨系統聯(lián)動(dòng)控制，可實(shí)現系統預設自動(dòng)調度聯(lián) 動(dòng)、人員監控中心手動(dòng)調度聯(lián)動(dòng)，還可以通過(guò)設置權限實(shí)現管廊內人員手動(dòng)調度聯(lián)動(dòng)。本功能模塊向設備下發(fā)聯(lián)動(dòng)指令、記錄聯(lián)動(dòng)日志、提供聯(lián)動(dòng)界面通知等，主要實(shí)現告警聯(lián)動(dòng)設備跟蹤與處置、人員活動(dòng)時(shí)設備節能聯(lián)動(dòng)的功能。各系統聯(lián)動(dòng)控制和調度場(chǎng)景較多，典型聯(lián)動(dòng)控制策略如下。

1）當某段防火區氧氣含量、溫度、濕度、有毒有害氣體濃度超過(guò)或低于各自設定閾值時(shí)，檢測儀表發(fā)出報警信號，同時(shí)綜合監控平臺自動(dòng)啟動(dòng)該區段的通風(fēng)設備， 強制換氣，保障工作人員和綜合管廊內設施的安全。

2）在管廊集水坑內設置液位計，現場(chǎng)水泵控制箱根據液位報警信號自動(dòng)啟動(dòng)水泵，強制排水，保障集水坑積水液位保持在警戒液位之下；當集水坑內液位 超過(guò)超高液位時(shí)，向監控中心報警，同時(shí)聯(lián)動(dòng)攝像機監控確認，以便工作人員采取其他措施處理事故。在燃 氣艙設置防爆型液位計，根據液位高低控制水泵啟停。

3）當非法人員由外部公共區域通過(guò)投料口進(jìn)入管廊內部時(shí)，入侵報警系統可以聯(lián)動(dòng)視頻監控系統，將攝像機現場(chǎng)圖像切換到監控中心的大屏幕顯示器上。

4）當有人進(jìn)入管廊內部巡檢時(shí)，出入口控制系統，可聯(lián)動(dòng)照明控制系統，將現場(chǎng)區域的照明燈打開(kāi)。

5）視頻監控與火災自動(dòng)報警系統的聯(lián)動(dòng)?；馂膱缶到y出現火警信號時(shí)，該區域攝像機信號切換 到控制室監視器上，觀(guān)察火情大小、是否報；同時(shí)進(jìn)行 記錄，方便事后以報警事件為條件的查詢(xún)和回放。

6）機器人系統與BIM+GIS 系統聯(lián)動(dòng)，機器人拍攝畫(huà)面呈現于BIM或GIS界面上，數據和畫(huà)面同步，在巡檢和應急處置的場(chǎng)景下，可快速搜集數據，展現現場(chǎng)狀態(tài)。

2.3 應急管理系統

包括隱患管理、應急預案管理、應急指揮處置、應 急保障管理，依據運維單位的應急管理體制，實(shí)現平臺 化管理。平臺典型應急管理應用功能實(shí)現：現場(chǎng)接收 到應急事件報警時(shí)，地理信息系統+BIM 平臺自動(dòng)顯示報警地點(diǎn)并發(fā)出報警提示；獲取事件或報警信息后，自動(dòng)調取事件周邊攝像機圖像，自動(dòng)切換至監控中心大 屏以便及時(shí)了解事件詳情，在展示平臺自動(dòng)顯示事件 發(fā)生點(diǎn)周邊可控制的設備；應急模塊自動(dòng)生成相關(guān)預 警、告示、提醒等相關(guān)信息并在管理員確認后發(fā)布，及 時(shí)發(fā)布預警信息以防止事態(tài)擴大；發(fā)現事件后要求可 自動(dòng)顯示事件發(fā)生點(diǎn)附加的應急資源，包括應急人員 和車(chē)輛、醫院；事件處理過(guò)程要求能夠全程監控，可將 過(guò)程通過(guò)系統反映到總監控中心。對于重大事件，可 將地理信息系統地圖、監控視頻和數據等切換顯示至 視頻會(huì )商系統，便于應急事件的應急會(huì )商和指揮調度。

2.4 數據分析

實(shí)現對管廊環(huán)境參數、設備參數、事故告警、入廊 人員活動(dòng)等信息的匯總統計并與歷史同期水平進(jìn)行對比分析。

2.4.1統計分析功能

1）告警統計。實(shí)現分年、月、日、時(shí)段分析；告警類(lèi)別分析；分級別分析；分艙室、分設備、分管線(xiàn)分析； 分告警處理時(shí)長(cháng)分析；分監控員分析；告警趨勢分析； 告警同比環(huán)比分析。

2）環(huán)境趨勢分析。分年、月、日、時(shí)段分析；分艙室分析；分防火分區分析；分傳感器分析；環(huán)境參數 趨勢分析；環(huán)境參數同比環(huán)比分析。

3）設備維護及能耗分析。按照分年、月、日、時(shí)段分析；按照不同艙室進(jìn)行分析；按照不同設備類(lèi)型進(jìn)行分析；實(shí)現能耗趨勢分析、設備維護信息及健康度分析。

4）入廊活動(dòng)分析。實(shí)現分年、月、日、時(shí)段分析；分艙室分析；分防火分區分析；分單位、組織、人員分析；分入廊作業(yè)分析；入廊時(shí)長(cháng)分段分析；結合人員安全告警分析。

2.4.2輔助決策功能

對基礎數據和運維過(guò)程信息數據進(jìn)行采集處理情況下，對海量運維過(guò)程信息、能耗信息、設備養護信 息進(jìn)行處理，輸出運維決策評估和建議。針對設備能 耗分析、人員入廊活動(dòng)分析等數據，配置相關(guān)預警規則，設置運維決策建議，制定多種節能運維措施，為管 理單位在低碳運行、安全運行方面提供輔助決策。

隨著(zhù)運維數據的不斷積累，實(shí)現數據和經(jīng)驗沉淀，持續對平臺決策功能迭代更新。

3 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

3.1平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數據支持，從數據采集、通信網(wǎng)絡(luò )、系統架構、聯(lián)動(dòng)控制和綜合數據服務(wù)等方面的設計，解決了綜合管廊在管理過(guò)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(wèn)題，大大提高了系統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。

3.2平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控系統、變電所環(huán)境監控系統、智能馬達監控系統、電氣火災監控系統、消防設備電源系統、防火門(mén)監控系統、智能照明系統、消防應急照明和疏散指示系統。用戶(hù)可通過(guò)瀏覽器、手機APP獲取數據，通過(guò)一個(gè)平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監控、統一管理、統一調度，同時(shí)滿(mǎn)足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。

3.3平臺拓撲

3.4平臺子系統

3.4.1電力監控

電力監控主要針對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(jìn)行保護和監控，對0.4kV出線(xiàn)配置多功能計量?jì)x表，用于測控出線(xiàn)回路電氣參數和用能情況，可實(shí)時(shí)監控高低壓供配電系統開(kāi)關(guān)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。

3.4.2環(huán)境監測

環(huán)境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門(mén)禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時(shí)也可接入管廊艙室內的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機等設備集成的第三方系統完成管廊環(huán)境綜合監控。

3.4.3電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理系統針對配電系統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(mén)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(shí)時(shí)顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監視，發(fā)生異常時(shí)通過(guò)聲光、短信、APP及時(shí)預警。

3.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

3.5.1電力監控及配電室環(huán)境監控系統

4 結語(yǔ)

       通過(guò)BIM+GIS、機器人、結構檢測等關(guān)鍵技術(shù)的應用，結合數據分析功能和輔助決策功能，切實(shí)保障了運維人員人身安全和管廊運行安全，減輕了人員工 作量，提升了運維管理準確度，提高了管廊綜合應急響應速度、提升了安全運營(yíng)能力，實(shí)現了綜合管廊運營(yíng)期間規范化和智能化管理的目標。該平臺在工程實(shí)踐中的成功應用，為其他同類(lèi)地下綜合管廊運營(yíng)運 維管理提供參考和借鑒。

參考文獻

【1】魏華杰.綜合管廊智慧管理平臺應用研究.

【2】李 芊，許高強，韋海民.基于 BIM 的綜合管廊運維管理系統研究[J].地下空間與工程學(xué)報

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05

作者簡(jiǎn)介：韓歡慶，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監控研究發(fā)展。