基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地下綜合管廊智慧管控平臺建設分析

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(shù)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狀及相關(guān)技術(shù)飾基礎上，對其智慧管控平臺的建設展開(kāi)了研究，希望能為相關(guān)研究及建設提供有價(jià)值的參考.

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；GIS系統；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(gè)地下綜合管廊建設試點(diǎn)城市，自此管廊建設在國內許多城市相繼展開(kāi)。傳統方式下，地下管線(xiàn)的建設缺少系統規劃，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獨立，且缺少有效、時(shí)效性強的監控與管理，這導致了財力物力的嚴重浪費，增加了其運營(yíng)維護的難度，留存了許多安全隱患，若出現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(chǎn)安全帶來(lái)很大的負面影響。而綜合管廊是將這些管線(xiàn)進(jìn)行統一的規劃和集中建設，進(jìn)而提高地下的空間利用率，再結合物聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術(shù)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(jīng)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(shí)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等先進(jìn)的信息技術(shù)。由于綜合管廊涉及多種管線(xiàn)，要想建設統一的維護標準，實(shí)現實(shí)時(shí)管理的需求，需要建設相應的監控與管理系統，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、有效監管，就需要保證各子系統間數據一致，不能存在信息孤島，這就要求管控平臺有統一、靈活、快速響應且全面的系統架構，能滿(mǎn)足現有的管控需求，又能一定程度滿(mǎn)足未來(lái)新業(yè)務(wù)需求，實(shí)現管廊系統信息的高度集成，綜合管控管廊主體、各類(lèi)管線(xiàn)、附屬設施及相應使用人群的相關(guān)信息，并依托物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現有效、及時(shí)的信息互聯(lián)與互通；監控方面，傳感設備及時(shí)監測綜合管廊內部消防、溫度、氣體等環(huán)境數據，利用GIS、BIM等技術(shù)獲得相關(guān)監測數據的地理位置等信息，這些信息通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)傳遞至監控中心，管理者進(jìn)行監測、監控及相應的數據分析，對己發(fā)生或可能存在的安全隱患進(jìn)行合理的處理。

1我國地下綜合管廊的管控現狀分析

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，而我國中國臺灣、北京、廣州、上海等地區也建有一定規模的綜合管廊，并己經(jīng)投入運營(yíng)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(guān)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(wèn)題，但結合國內地下綜合管廊的運營(yíng)情況，其管控尚存在以下問(wèn)題：

1.1管廊管理的方式落后

目前國內己建成在運營(yíng)中的地下管廊，多數以傳統物業(yè)管理的形式來(lái)對綜合管廊開(kāi)展安全監控等方面的管理，且部分日常管理工作依然以紙質(zhì)文檔的方式進(jìn)行，這導致應急指揮調度、資料查閱、 管廊巡檢反饋等工作無(wú)法高效的開(kāi)展，無(wú)法被有效的統籌規劃，導致信息互聯(lián)不及時(shí)、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(dòng)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(yíng)公司、權屬單位及政府，要想同配合，開(kāi)展有效的信息互通和協(xié)作管理，需要各單位間形成及時(shí)、合理的聯(lián)動(dòng)機制，且各單位內部建設合理的工作機制，但目前大國書(shū)己運營(yíng)的管廊沒(méi)有建設一個(gè)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(guò)于多樣，無(wú)法保證信息互通的速度，埋下了許多存在安全隱患，不利于統一管理及政府的監督。

1.3缺少保障管廊高效、可靠運行的支持系統，或其功能性不足

綜合管廊設置在地下的密閉空間中，管線(xiàn)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、 溫控監測、氣體監測、濕度監測、通風(fēng)、防入侵等支持性系統，為提升管廊管控的效率，還應借助信息技術(shù)打造具備視頻監控和無(wú)線(xiàn)通信等功能的協(xié)同系統，但目前許多綜合管廊的管控支持系統建設不規整，視頻監控等功能的質(zhì)量不好。

1.4對管廊運營(yíng)數據的再利用不足

管廊建設及運行階段，將產(chǎn)生大量的監測數據，這些數據涉及管廊環(huán)節的變化、各管線(xiàn)及設施的穩定狀態(tài)等信息，因此可利用大數據、云計算等技術(shù)，分析這些復雜的數據，以有效預測未來(lái)一段時(shí)間內管廊的運行情況，及時(shí)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(shí)，未能充分的應用各類(lèi)信息化手段，因此難以對管廊運行信息進(jìn)行合理的利用，或忽視了該項工作，同時(shí)，這將一定程度上增加管控單位的經(jīng)濟投入。

2物聯(lián)網(wǎng)、BIM等技術(shù)簡(jiǎn)介及其在地下綜合管廊管控中的應用現狀

2.1 BIM技術(shù)

BIM-般應用于建筑工程，基于數據構建模型為建筑設計、施工等提供可視化的參考，來(lái)加強各類(lèi)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、監理等主體提供便捷的信息。 隨著(zhù)近年來(lái)BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的廣泛應用，時(shí)間進(jìn)度、成本造價(jià)等信息被融入BIM模型，從而對項目投資、施工進(jìn)度、施工質(zhì)量、 項目合同、資源等進(jìn)行更系統、標準化的管控，基于BIM技術(shù)的優(yōu)勢， BIM技術(shù)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(lǐng)域，但目前其在綜合管廊中研究和應用十分少見(jiàn)。

2.2 CIS技術(shù)

GIS系統基于計算機硬、軟件的支持，可對整個(gè)地球表層空間內有關(guān)地理數據進(jìn)行釆集、分析、儲存、描述與，GIS技術(shù)的優(yōu)勢主要體現在利用豐富、準確的地理信息來(lái)處理用戶(hù)數據，或根據用戶(hù)需求開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用的地理信息服務(wù)系統，輔助管理者根據系統所反映的地理信息，在高精度范圍內開(kāi)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(shù)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， 迅速確定相關(guān)危險區域，判定火災可能蔓延的區域，從而更有效的預防和控制火災，合理的部署消防力量。將BIM技術(shù)與GIS技術(shù)結合，BIM為整個(gè)系統提供更豐富、準確的建筑空間信息，豐富GIS系統的數據，而GIS系統反過(guò)來(lái)依賴(lài)自身的環(huán)境信息為BIM系統提供更好的決策支持，兩者集成應用于綜合管廊的管控，可提供可視化、宏觀(guān)及更準確的微觀(guān)管控功能。但目前二者的融合應用尚存在很大問(wèn)題，主要體現在可視化效果差、數據丟失。

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系統組成的信息網(wǎng)絡(luò )，可實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地感知和傳遞物聯(lián)對象相關(guān)的信息，并依據物與物，物與群體間的交互關(guān)系來(lái)提供相應服務(wù)。通過(guò)在綜合管廊中安裝各類(lèi)射頻、傳感設備，來(lái)感知和挖掘裝載設備的各項基本信息及信息的變化規律、對象間的關(guān)系，來(lái)增強對整個(gè)管廊環(huán)境的感知，將其與GIS等技術(shù)結合應用，可進(jìn)一步整合管廊的各類(lèi)信息，提升數據分析的準確度和決策的合理性，并借助網(wǎng)絡(luò )實(shí)現快捷的信息共享，更好地指導各管控單位的工作及用戶(hù)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(lèi)監測信息及管網(wǎng)運行信息的中心，為管廊運行的安全性提供監測支持，同時(shí)支持管控人員對相關(guān)調控設備進(jìn)行一定程度的遠程操控。本文依托物聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術(shù)，研究能為提供設備監控、環(huán)境監測、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(mǎn)足綜合管廊對安全運行、管廊供電、消防、照明、 通風(fēng)、排水等多方面的需求，管控應全面相應內容，進(jìn)行集中管理。為方便統一、標準化管理，可分利用統一架構、標準進(jìn)行分層設計：

(1) 感知層：利用攝像頭、傳感器來(lái)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(fēng)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更好的支持。

(2) 接入層：為各類(lèi)設備的安裝提供統一接入服務(wù)，提供多類(lèi)通信產(chǎn)品和接入方案，通過(guò)統一的數據釆集與控制接口，來(lái)支持目前常用的各種通信協(xié)議，使傳感器、通風(fēng)、配電、燃氣、排水等設備能夠快速接入。

(3) 傳輸層：根據需求和安裝條件靈活釆用有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)多種通信方式，實(shí)現安全、快速的數據傳遞與交互，確保能實(shí)時(shí)感知管廊數據，通過(guò)平臺遠程控制使相關(guān)設備實(shí)時(shí)執行命令。

(4) 數據層：借助消息中間件、數據庫和數據緩存、分析等服務(wù)與云計算、大數據等技術(shù)，構建管廊數據處理與存儲的系統，為管控全程工作提提供技術(shù)服務(wù)。

(5) 展示層：借助GIS, BIM,三維展示等技術(shù)，為管廊管控提供360°可視化的應用服務(wù)，實(shí)現可視化的環(huán)境、設備監控， 幫助管控人員進(jìn)行高效、準確的安全防范、運維管理、數據統計、 效能分析。

3.2各子系統的建設

(1)監控系統：監控設備及系統是保證地下管廊安全運行的重要部分，包括區域控制器與環(huán)境傳感器兩大部分。借助光纖網(wǎng)絡(luò )等形式將監控信息運輸和傳送監控至安防信息平臺。在管廊管控系統中，一般利用ACU箱、環(huán)境監測傳感器、光纖網(wǎng)絡(luò )打造監控系統,由安防監控中心接收和處理信息，并按設定發(fā)布相應指令。 為提升監控的可視化程度，可釆用高清攝像頭，釆用全網(wǎng)絡(luò )覆蓋數字化組網(wǎng)方式，并更深的應用GIS、BIM等技術(shù)。具體而言，管控平臺可設置單獨GIS模塊，根據管廊建設相關(guān)的CAD圖紙和勘察資料，建設并導入管廊模型及相關(guān)信息，依托BIM技提供管廊的主體結構、投料口、出線(xiàn)口的結構信息，及相關(guān)機電設備、控制設備、監控設備、附屬設施等設施的參數信息，而GIS技術(shù)可更宏觀(guān)地呈現管廊結構、走向、類(lèi)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(xiàn)的交通、地質(zhì)等信息，從宏觀(guān)到微觀(guān)為管廊安全監管與應急救援等工作提供可視化的輔助。

(2)安全管理系統。安全管理系統對相關(guān)工作人員設置相應權限，控制和確保各類(lèi)操作均予以相應等級的授權，防止工作人員隨意進(jìn)入管廊或進(jìn)行其他不當操作，同時(shí)結合監控系統根據設定程序對相關(guān)不良操作發(fā)出警報。

(3)入侵監測系統。綜合管廊智控平臺建設時(shí)，相關(guān)人員須對建設區域開(kāi)展合理的布防工作，以為保證系統在這一階段不被侵入。通過(guò)控制平臺布防，設置系統操作權限與安全監測，對安全問(wèn)題自動(dòng)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(mén)禁系統。利用無(wú)線(xiàn)射頻等技術(shù)，建立門(mén)禁系統，保證非管控、維修等人員無(wú)法進(jìn)入管廊各出入口，并通過(guò)射頻識別和監控來(lái)識別和記錄相關(guān)工作人員的操作，避免其隨意進(jìn)入、不當操作甚至惡意破壞。

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

(6)數據管理與維系統。數據管理是在定義數據及結構的基礎上，選擇數據并對數據進(jìn)行標準化的管理，便于開(kāi)展數據統計、分析等數據再利用工作。數據維護并非單獨的系統，而是融入了各系統中，由各系統共同維護來(lái)保證數據的真是可靠性，保證各類(lèi)數據在記錄、轉換、傳輸等過(guò)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。

4.2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。

4.3平臺拓撲

4.4平臺子系統

4.4.1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。

4.4.2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。

4.4.3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。

4.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

4.5.1電力監控及配電室環(huán)境監控系統

4.5.2電氣火災監控系統

4.5.3消防設備電源監控系統

4.5.4防火門(mén)監控系統

4.5.5消防應急照明和疏散指示系統

5結束語(yǔ)

綜上所述，國內目前多數城市對綜合管廊的實(shí)踐較少，在管廊管理方面缺少經(jīng)驗，對物聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術(shù)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，將監控、安防、 火災報警、數據管理等系統融合起來(lái)，集構建統一、聯(lián)動(dòng)的管控機制， 并通過(guò)更多的應用物聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術(shù)，來(lái)提升數據的感應、共享和可視化水平，從而幫助各系統的監管主體提高實(shí)際的工作水平。

參考文獻

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