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王蘭
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(chǔ)，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(guān)技術(shù)飾基礎(chǔ)上，對其智慧管控平臺的建設(shè)展開了研究，希望能為相關(guān)研究及建設(shè)提供有價值的參考.
關(guān)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(shè)試點城市，自此管廊建設(shè)在國內(nèi)許多城市相繼展開。傳統(tǒng)方式下，地下管線的建設(shè)缺少系統(tǒng)規(guī)劃，容易給道路建設(shè)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(chǎn)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(shè)，進而提高地下的空間利用率，再結(jié)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(shè)、使用等階段出現(xiàn)故障、災害的幾率。而要想建設(shè)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(shè)要求，考慮標準化管理、全生命周期管理等建設(shè)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等先進的信息技術(shù)。由于綜合管廊涉及多種管線，要想建設(shè)統(tǒng)一的維護標準，實現(xiàn)實時管理的需求，需要建設(shè)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(shè)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(gòu)，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(wù)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(shè)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)實現(xiàn)有效、及時的信息互聯(lián)與互通；監(jiān)控方面，傳感設(shè)備及時監(jiān)測綜合管廊內(nèi)部消防、溫度、氣體等環(huán)境數(shù)據(jù)，利用GIS、BIM等技術(shù)獲得相關(guān)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(shù)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(shè)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(qū)也建有一定規(guī)模的綜合管廊，并己經(jīng)投入運營了多年。國內(nèi)外對綜合管廊的研究集中在可行性分析、施工建設(shè)和規(guī)劃設(shè)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"問題，但結(jié)合國內(nèi)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(nèi)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(zhì)文檔的方式進行，這導致應急指揮調(diào)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(quán)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(nèi)部建設(shè)合理的工作機制，但目前大國書己運營的管廊沒有建設(shè)一個信息化的整體管控平臺，各單位內(nèi)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(shè)置在地下的密閉空間中，管線多樣，附屬設(shè)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(shù)打造具備視頻監(jiān)控和無線通信等功能的協(xié)同系統(tǒng)，視頻監(jiān)控等功能的質(zhì)量不好。1.4對管廊運營數(shù)據(jù)的再利用不足
管廊建設(shè)及運行階段，將產(chǎn)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(shè)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(shù)，分析這些復雜的數(shù)據(jù)，以有效預測未來一段時間內(nèi)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(jīng)濟投入。
2物聯(lián)網(wǎng)、BIM等技術(shù)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(shù)
BIM-般應用于建筑工程，基于數(shù)據(jù)構(gòu)建模型為建筑設(shè)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(shè)計的不足，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)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(shù)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(zhì)量、 項目合同、資源等進行更系統(tǒng)、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(chǔ)設(shè)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。
2.2 CIS技術(shù)
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(nèi)有關(guān)地理數(shù)據(jù)進行釆集、分析、儲存、描述與，GIS技術(shù)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(wù)系統(tǒng)，輔助管理者根據(jù)系統(tǒng)所反映的地理信息，在高精度范圍內(nèi)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(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(tǒng)， 迅速確定相關(guān)危險區(qū)域，判定火災可能蔓延的區(qū)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(jié)合，BIM為整個系統(tǒng)提供更豐富、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、宏觀及更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(shè)備及GPS系統(tǒng)組成的信息網(wǎng)絡(luò)，可實時、動態(tài)地感知和傳遞物聯(lián)對象相關(guān)的信息，并依據(jù)物與物，物與群體間的交互關(guān)系來提供相應服務(wù)。通過在綜合管廊中安裝各類射頻、傳感設(shè)備，來感知和挖掘裝載設(shè)備的各項基本信息及信息的變化規(guī)律、對象間的關(guān)系，來增強對整個管廊環(huán)境的感知，將其與GIS等技術(shù)結(jié)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(luò)實現(xiàn)快捷的信息共享，更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(shè)分析
地下綜合管廊管控工作須建設(shè)信息化的智慧管理平臺，作用為接受綜合管廊內(nèi)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(guān)調(diào)控設(shè)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(shù)，研究能為提供設(shè)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(gòu)架設(shè)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(nèi)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(gòu)、標準進行分層設(shè)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(shè)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(shè)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：為各類設(shè)備的安裝提供統(tǒng)一接入服務(wù)，提供多類通信產(chǎn)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(shè)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(guān)設(shè)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(wù)與云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，構(gòu)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各方位服務(wù)。 (5) 展示層：借助GIS, BIM,三維展示等技術(shù)，為管廊管控提供各方位可視化的應用服務(wù)，實現(xiàn)可視化的環(huán)境、設(shè)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(shè)
(1)監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控設(shè)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(luò)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(luò)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(shè)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(luò)覆蓋數(shù)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(shè)置單獨GIS模塊，根據(jù)管廊建設(shè)相關(guān)的CAD圖紙和勘察資料，建設(shè)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(jié)構(gòu)、投料口、出線口的結(jié)構(gòu)信息，及相關(guān)機電設(shè)備、控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、附屬設(shè)施等設(shè)施的參數(shù)信息，而GIS技術(shù)可更宏觀地呈現(xiàn)管廊結(jié)構(gòu)、走向、類型等信息，并準確顯示所有結(jié)構(gòu)、 設(shè)備的地理信息，及管廊沿線的交通、地質(zhì)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(guān)工作人員設(shè)置相應權(quán)限，控制和確保各類操作均予以相應等級的授權(quán)，防止工作人員隨意進入管廊或進行其他不當操作，同時結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定程序?qū)ο嚓P(guān)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(shè)時，相關(guān)人員須對建設(shè)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(shè)置系統(tǒng)操作權(quán)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(shù)，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(guān)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(jié)合感知層的煙感探測器等設(shè)備， 感應管廊煙霧數(shù)值，若超過設(shè)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(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)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(zhuǎn)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(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強、使用單位多及協(xié)調(diào)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(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)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(shè)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、手機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(diào)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(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(diào)、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(diào)、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(nèi)的水泵和通風排煙風機等設(shè)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(shè)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(nèi)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(guān)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(jié)束語
綜上所述，國內(nèi)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(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(shè)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(gòu)建統(tǒng)一、聯(lián)動的管控機制， 并通過更多的應用物聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術(shù)，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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