淺談管廊智能監控和報警系統設計探究

摘要：綜合地下管廊為我國城市的發展發揮了積極的推動作用，為了確保綜合地下管廊基本功能得以真正的發揮出來，有必要將智能監控系統融入綜合地下管廊智能管理系統構建中，以便于實現對綜合地下管廊的智能管理。本文簡要概述了智慧管廊監控與報警系統總體需求，分別從系統平臺架構、數據庫系統及管廊模型三個方面入手分析了智慧管廊監控與報警系統的設計思路，*終指出智慧管廊監控與報警系統涵蓋三維立體可視化監控、智能化虛擬場景運維、數據分析與提前預警及設計應急救援指揮方案這四項功能，以此確保綜合地下管廊得到安全可靠的管理。

關鍵詞：智慧管廊；智能監控；報警系統；設計功能

0引言

      城市化進程的推進有助于社會的發展以及市政項目的開展，地下管線在市政項目公共基礎設施中占據較大比重，是維持企業生產與大眾生活的重要生命線。隨著城市發展腳步的加快，有限的地下空間變得愈加擁擠，由于管線單位的各行其是，使得全國各地頻繁出現“馬路拉鏈"問題，不僅嚴重影響了生產、生活秩序，還造成了很多不必要的經濟損失。為了從根本上消除“馬路拉鏈"問題，我國政府指出了加快推進地下綜合管廊建設工程的重要性，以此更好的利用地下空間、節約土地資源、保障管線安全。由于地下綜合管廊涉及到給水、熱力、燃氣、通信、電力、廣播等多個市政領域，使得布線敷設工序復雜、日常管理難度較大，容易出現很多故障風險問題。此時就需要科學設計一個智能監控系統，以便于為地下綜合管廊布線敷設工作的順利開展創造穩定安全的公共環境，同時也能在及時發現定位管線故障，為日常維護與檢修提供準確的數據信息。

1.1土建結構監測

      使用專門的測量儀器分別對主體結構沉降狀態、應力應變情況、外部水壓力、伸縮縫實際寬度等指標進行動態監測與管理，通過閾值設定分析檢測信息，及時發現故障問題、發出告警信息。相關監測指標的具體要求為：

   （1）主體結構沉降狀態監測：借助水準儀、全站儀對綜合管廊主體結構沉降狀態進行絕對值和相對值的動態監測與分析，相關工作人員手動錄入采集處理后的數據信息。

   （2）應力應變情況監測：借助錨桿將振弦式應變計分別固定于地下混凝土結構的兩端位置，以此實時監測綜合管廊應力變化情況。

   （3）外部水壓力：通過將振弦式滲壓計固定在地下混凝土外側的方式，實時監測混凝土結構的壓力變化情況，進而計算分析外部水水壓對于綜合管廊主體結構的影響。

   （4）伸縮縫實際寬度監測：為了確保綜合管廊主體結構穩定性，在施工建設時會在沿著管廊走向間隔設置伸縮縫，通過在伸縮縫表面安裝測縫計的方式動態監測伸縮縫實際寬度，以便于從根本上規避伸縮縫滲水的不良情況。

1.2內部環境監控

     智慧管廊內部環境監控不僅需要實時監測管廊內部的溫度濕度、風速風向、PM2.5、含氧量、積水量等基礎參數變化，還需要對管廊內部有毒、易燃的氣體占比進行動態監測，以便于準確評估綜合管廊是否存在影響人員安全的危險隱患。表1展示的智慧管廊監控報警系統有關于內部環境的具體監測內容，該系統還會定期生成內部環境監測報告，有助于及時發現綜合管廊內部問題、維護人身財產安全，同時也能為綜合管廊后續的維修保養提供可靠的參考數據。

1.3管廊狀態監控

     管廊狀態監控指的是對管廊內部給水、排水、熱力、天然氣等管道線路以及電力、通信線纜的運行狀態進行動態監控，具體的監測參數見表2。

1.4日常運維管理

     為了確保智慧管廊的正常運轉，需要做好管廊的日常運維管理，這項工作通常情況下需要占據日常管理90%以上的時間，日常運維管理工作主要圍繞基本管理及集成管理這兩個方面展開，對應的管理監測指標如表3所示。通過對日常運維數據的整合處理，為巡檢、維修、保養等計劃的制定提供參考數據，同時也有助于工單派發及結果溯源。

 

1.5應急處理預警

     綜合管廊為市政工程項目涉及到的公共管線提供了一個相對安全可靠的環境，因此需要綜合考慮不同管線可能出現的風險事故問題，例如電纜起火、天然氣管道泄漏、給水管破裂等。此時就需要智慧管廊應急處理預警系統發揮作用，當綜合管廊內部管線突發風險事故時，應急處理預警系統將會發出報警信息，應急預案管理功能則會根據管線實際險情新建應急預案，而應急物資管理則有助于用戶清晰直觀的掌握應急物資具體位置，以便及時做出應急響應。當突發風險事故處理完畢后，應急處理預警系統還會根據本次突發事件處理情況進行數據匯總、信息總結、預案歸檔，以便經驗積累與后續管理。

智慧管廊監控與報警系統設計概念

1.6智慧管廊監控與報警系統平臺架構

    智慧管廊監控與報警系統的平臺架構設計需要嚴格依照《城鎮綜合管廊監控與報警技術標準》（GB/T51274）標準規約制定，該平臺囊括的數據層、中間層及應用層對應的系統組成見圖1。數據層主要涵蓋了供配電、監控、監測等多個智能檢測模塊，收集到的相關數據信息經過解析整合經由網絡系統傳輸至中間層對應模塊，以便于后續的分析處理。中間層是建立在大數據、云計算兩大技術的基礎上，以此實現對綜合管廊相關信息的分類整合、數據挖掘及歸檔保存，為綜合管廊重要信息的存儲、運維狀態的評估提供參考數據。應用層將建筑信息模型、地理信息系統及大數據監測這三大技術融合起來，以此實現對綜合管廊的三維立體可視化監控，并且通過智能化虛擬場景運維實現對綜合管廊相關數據的分析整合、提前預警，在此基礎上設計出可行的應急救援指揮方案。

1.7智慧管廊監控報警平臺數據庫系統

     智慧管廊監控報警平臺涉及到海量的數據信息，為了能夠更好的處理紛繁復雜的數據信息，就需要一個可靠的數據庫系統，以便于確保相關數據信息得到同一規范的管廊。智慧管廊監控報警平臺使用的數據庫系統需要包含三維模型、管線布局、運維監控、綜合業務等多項數據管理功能，并且還需要開通專門的數據管理權限，以便于相關負責人隨時查看調取數據信息。為了保證不同智慧管廊監控報警平臺的數據信息得以共享互通，還需要利用云計算、大數據等技術，為數據信息的交流互通提供穩定可靠的傳輸渠道，避免數據丟失、竊取的同時也能保證數據信息得到較為合理的利用。

1.8智慧管廊監控報警平臺的管廊模型

    智慧管廊監控報警平臺利用建筑信息模型搭建了三維管廊模型，通過大數據監測技術直接從中調取信息，在此基礎上合理設置監測位點、安裝調控設備，并利用減免優化算法將相關數據信息進行屬性劃分、模型抽取。三維管廊模型是以建筑信息模型技術及地理信息系統技術為基礎建立的，因此能夠準確、立體的呈現管廊真實狀態，因此能夠為相關決策的制定提供可靠的數據信息。智慧管廊監控與報警系統模型是建立在建筑信息模型技術的集成上，利用eChart軟件將智能系統收集到的數據信息進行集中處理與整合，歸檔保存動態視頻的同時還會生成數據監測曲線，以便于對綜合地下管廊的實際運轉情況進行動態監測與管理。產生的土建、設備數據信息以IFC或xBIM的格式融入數據整合與監控系統，因此能夠將綜合地下管廊空間維度信息全面系統的保存下來，以便于后續工作的開展。

2.1三維立體可視化監控

     智慧管廊監控報警平臺在建筑信息模型技術與地理信息系統技術的共同作用下具備三維立體可視化監控功能，因此能夠清晰直觀的展示智慧管廊的系統布線、設施配備、位置布局等基本參數信息，并且能夠提供可視化的監控服務，以便于相關負責人對綜合管廊進行動態監控與管理。建筑信息模型技術搭建的智慧管理數據模型不僅能夠為前期的方案規劃與設計、施工管理與維護提供數據支持，還能夠保證后期運營工作的順利開展，同時也能夠實現對基礎設施的全數字化監測與管理。

2.2智能化虛擬場景運維

    智慧管廊監控報警平臺有助于實現巡檢監察、運營維護、應急作業等操作流程的智能管理，依托可視化信息平臺完成項目審查、派單跟蹤、執行監管、歸檔保存等全自動運維管理。借助VR/AR信息技術及建筑信息模擬技術能夠將智慧管廊整體構建情況以3D虛擬動畫的形式展現出來，管理人員無需親臨現場就能掌握智慧管廊的總體布局，同時還能完成相應的人員技能操作培訓、遠程維護檢修指導、隱匿工程操作查詢等相應工作，進一步的減少運維開支、保證巡檢效率。

2.3數據分析與提前預警

    綜合管廊的運營管理會產生大量的數據信息，如何對其進行整合處理，及時發現異常數據需要引起管理人員的格外重視。智慧管理監控報警系統提供的設備信息查詢功能有助于在三維立體視角下準確定位相關設備位置、清晰展示設備數據，涵蓋的數據信息處理模塊能夠對管廊日常運維產生的數據信息進行歸檔整理，通過相關程序的設定準確挖掘故障信息、及時發出告警指令，以此提醒相關工作人員盡快處理故障問題，為智慧管廊的安全、穩定運營提供準確可靠的參考信息。利用地理數據信息技術有助于實現綜合地下管廊的可視化管理，通過信息檢索、數據查詢、空間定位等多種功能，使得工單派發、任務調度工作變得更為高效便捷，相關負責人也能夠實時監控相關工作的實際開展情況。

2.4設計應急救援指揮方案

    根據實際情況合理制定應急救援指揮方案，確保管廊上的各個監控模塊全部由同一系統集成管理，并搭建聯動響應機制，以便于在發現異常故障問題時能夠及時給出解決方案，以此從根本上提高綜合地下管廊的突發事件應急處理能力。借助智慧管廊監控報警平臺準確定位故障發生位置，系統分析故障出現原因，并對出現的應急事件進行危險度分層及遠程監控。通過對應急救援指揮方案的歸檔整理、數據分析，為應急救援指揮方案的優化累積經驗，為智慧管廊監控報警系統的進一步完善夯實基礎。與此同時也能為相關負責人的應急救援指揮工作的協調管理提供可靠的分析數據，以此較大限度的降低突發風險事件的危害程度。

3.1電力監控及配電室環境監控系統

     地下綜合管廊是維持城市發展、企業生產及公眾生活的重要市政基礎設施，不僅能夠大幅降低市政管線后期維護檢修難度，還有助于從根本上消除“馬路拉鏈"問題，以此避免不必要的經濟損失。智慧管廊監控與報警系統有助于地下綜合管廊的日常管理智能化，能夠滿足土建結構監測、內部環境監控、管廊狀態監控、日常運維管理及應急處理預警等多種功能需求。由此可見，智慧管廊監控與報警系統能夠對管廊內部環境、機械設備設施、管線運行狀況進行全過程跟蹤與管廊，因此能夠保障環境、設備及人員的安全，進而為城市化進程的推進夯實市政設施基礎。

[1]張浩喆. 智慧管廊監控與報警系統技術探究

[2]唐超,馬全明,王思鍇,等.基于GIS-BIM的城市綜合管廊智能運維管理平臺研究與設計

[J].北京測繪

[3][安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05