淺談物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地下綜合管廊智能化平臺建設(shè)中的應(yīng)用

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘   要:物聯(lián)網(wǎng)是21世紀傳感技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)的應(yīng)用大集成利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)地下綜合管廊的智能化管理符合經(jīng)濟和城市規(guī)劃發(fā)展的需要分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點及地下綜合管廊建設(shè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地下綜合管廊建設(shè)的應(yīng)用實例對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地下綜合管廊智能化建設(shè)市場前景進行了預(yù)測為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用對地下綜合管廊智能化建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞:地下綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)智能化建設(shè)

1 地下綜合管廊發(fā)展綜述

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的推進地下管線的鋪設(shè)錯綜復(fù)雜有可能影響管網(wǎng)系統(tǒng)的承載能力。地下綜合管廊可有效地提高地下空間的利用率，1833年，法國對排水網(wǎng)絡(luò)進行規(guī)劃，將自來水、通訊管線設(shè)置在地下綜合管廊之中。隨后各國相繼開始修建地下綜合管廊， 如:1861年時英國倫敦修建地下綜合管廊。1890年時德國漢堡市修建了地下綜合管廊。俄羅斯莫斯科和北美的加拿大和美國密集城市，也均設(shè)置地下綜合管廊系統(tǒng)。 1958年我國的第一條地下管廊在天安門廣場改造工程中建成長約1km。1994年上海浦東綜合管廊系統(tǒng)建成。近年來我國又相繼開展管廊系統(tǒng)的建設(shè)， 如廈門市的集美大道綜合管廊建設(shè)等。2015年發(fā)布的,《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》，完善了綜合管廊的設(shè)計和施工規(guī)范、標準及流程。 在宏觀政策方面， 頒布了《關(guān)于加強城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》 《 關(guān)于推進城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》， 推動了地下綜合管廊建設(shè)的迅猛發(fā)展。

2 地下綜合管廊監(jiān)控和運營管控平臺系統(tǒng)的開發(fā)

物聯(lián)網(wǎng)包含了三個主要層次 :感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。 對地下綜合管廊在前期規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)和運營維護過程中對地下綜合管廊的智能化建設(shè)提供了技術(shù)上強有力的支撐。 根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的特點感知層應(yīng)當(dāng)包含攝像頭、RFID、傳感器、監(jiān)測設(shè)備等。 網(wǎng)絡(luò)層包含基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、有線通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)等。應(yīng)用層通過監(jiān)控主機和相應(yīng)的預(yù)警分析軟件將綜合管廊的實時信息進行分析、研判、管理。

結(jié)合綜合管廊的監(jiān)控系統(tǒng)與運營管控系統(tǒng)綜合管廊監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已在原有的1.0圖形時代發(fā)展至現(xiàn)在的智慧時代4.0。本文作者參與了對某綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)和運營管控系統(tǒng)的項目開發(fā)該系統(tǒng)由環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控、安全防范系統(tǒng)、語音通信系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、可燃氣體探測報警系統(tǒng)、智能巡檢機器人系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、巡檢管理、運營管理、應(yīng)急處置管理、專業(yè)管線監(jiān)控接口、跨系統(tǒng)聯(lián)動控制系統(tǒng)構(gòu)成。主要系統(tǒng)功能簡介如下:

環(huán)境監(jiān)控進行環(huán)境參數(shù)監(jiān)控并設(shè)置報警閾，如濕度、溫度、水位、氧氣濃度、甲烷濃度等,根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定若管廊內(nèi)氧氣含量低于19.5% ,則報警;廊內(nèi)硫化氫(H2S)含量高于10mg /m3（V/V）時或甲烷( CH4 ) 含量高于1%（V/V）中,則報警。安全防范中視頻監(jiān)控管理對管廊監(jiān)控。入侵報警管理通過雙光束紅外線判斷是否需要激發(fā)語音報警。出入口控制管理指的是在出入口設(shè)置出入口控制裝置對進出管廊人員的身份進行識別認證同時具備對非正常開啟、出入口長時間不關(guān)閉、通訊中斷、設(shè)備故障等非正常情況的實時報警功能。 電子巡查管理是指在管廊每個艙內(nèi)下列場所設(shè)置離線電子巡查點。

固定語音通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)構(gòu)成了語音控制系統(tǒng)。觸發(fā)裝置、火災(zāi)報警裝置及輔助裝置構(gòu)成火災(zāi)報警系統(tǒng)。 可燃氣體報警系統(tǒng)用于監(jiān)測安裝有燃氣管道的艙室內(nèi)可燃氣體泄漏，及時向管廊監(jiān)控中心發(fā)出報警信號啟動應(yīng)急搶險預(yù)案。機器人巡檢系統(tǒng)通過智能巡檢機器人能夠?qū)芾痊F(xiàn)場視頻畫面、溫濕度環(huán)境以及有毒有害氣體濃度等監(jiān)測要素進行不間斷地自動巡檢與信息采集，對其他固定式在線監(jiān)測系統(tǒng)無法覆蓋的情況進行有效補充。

當(dāng)發(fā)生緊急情況時，巡檢機器人可代替人力在第一時間進入事故現(xiàn)場，把現(xiàn)場的視頻、圖像等數(shù)據(jù)發(fā)送回指揮中心，同時，也可以執(zhí)行應(yīng)急對講指揮等相關(guān)的處置措施，起到更好的防災(zāi)減災(zāi)效果。混凝土管廊和附屬管道的監(jiān)測由結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測實現(xiàn)。電力監(jiān)控系統(tǒng)對箱式變電站高低壓部分供電回路進行遠程監(jiān)測，保障管廊供電安全和穩(wěn)定。運維管理主要分兩部分:管廊自身運維和入廊管線運維。 圖1 所示為管廊運維管理的流程圖。運營管理對入廊管線業(yè)主單位的管理可進行信息錄入、查詢、修改等操作。應(yīng)急處置管理主要由應(yīng)急隊伍、應(yīng)急物資、應(yīng)急預(yù)案管理構(gòu)成。專業(yè)管線監(jiān)控管理是指入廊管線進行監(jiān)控并配置相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)。跨系統(tǒng)聯(lián)動控制將所有子系統(tǒng)之間需要共享的數(shù)據(jù)收集并對不同的數(shù)據(jù)實行互聯(lián)互通。 圖2 所示為某綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)和運營管控系統(tǒng)建成后的運營情況在3D環(huán)境下,實時反應(yīng)每個設(shè)備的運行情況。

圖 1  管廊運維管理流程圖

圖 2   綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)和運營管控系統(tǒng)

3 地下綜合智能管廊的建設(shè)及營運模式

地下綜合管廊建設(shè)在不同階段均存在一定的問題，在前期規(guī)劃、設(shè)計綜合管廊的建設(shè)缺乏統(tǒng)一的設(shè)計標準。 在建設(shè)階段會面臨建設(shè)資金困難。 在營運期間綜合管廊中的不同管線的維修風(fēng)險和維修成本不同因此不同的營運部門需要對運營風(fēng)險進行評估。在投資方面普遍采用投資、建設(shè)和運營一體化＋入廊單位付費＋政府補貼的PPP模式:引入社會資本成立相應(yīng)的項目公司負責(zé)管廊的融資、建設(shè)及運營維護在管廊建成后項目公司根據(jù)地方的收費政策對相關(guān)入廊單位收費在合作期結(jié)束后交付政府使用能夠有效減少地方財政的資金壓力。

4 綜合智能管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的市場前景及市場機會分析

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI 等技術(shù)的發(fā)展我國的智慧城市建設(shè)正在從連接互聯(lián)網(wǎng)的1.0時代向更高效的數(shù)據(jù)互聯(lián)的2.0 時代邁進。智慧城市不再只是信息化而是人工智能化的新型基礎(chǔ)設(shè)施的集合如智慧城市中的智慧市政（水電煤能源、管網(wǎng)、路燈等）智能交通、智能安監(jiān)等。

在此背景下能源、建設(shè)、生產(chǎn)、安保等城市經(jīng)濟服務(wù)等 方面的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用正在形成下一個建設(shè)風(fēng)口據(jù)統(tǒng) 計物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場規(guī)模或達萬億級目前已吸引了包括騰訊、阿里等互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)以及移動、聯(lián)通等電信企業(yè)布局市場。

綜合管廊的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用也屬于政府智慧城市、提供城市公共服務(wù)的建設(shè)范疇建設(shè)需求取決于政府對城市市政設(shè)施的公共管理與服務(wù)模式的創(chuàng)新從法律法規(guī)到地方政策到行業(yè)技術(shù)標準多維度推進綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展。綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用上應(yīng)注重對相關(guān)技術(shù)的突破逐步完善技術(shù)標準及法律法規(guī)?？v觀物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)由眾多的大、中、小企業(yè)構(gòu)成了綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要研發(fā)、應(yīng)用、建設(shè)力量隨著政策、技術(shù)標準的完善和市場的 規(guī)模化綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)及市場必將呈現(xiàn)出整合、優(yōu)化，再迅猛發(fā)展的態(tài)勢。

綜合管廊的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用將逐步實現(xiàn)地下綜合管廊的智能化?在行業(yè)標準方面對綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將實現(xiàn)智能、規(guī)范及標準化。 在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用將實現(xiàn)人、物及服務(wù)智能的充分整合?？傊S著城市建設(shè)的規(guī)范化及標準化同時創(chuàng)新建設(shè)模 式吸引社會資本地下綜合管廊的建設(shè)發(fā)展必將對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)、實施、集成服務(wù)企業(yè)帶來巨大的市場機會市場前景可期。

5 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

5.1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(fù)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(fù)效率。

5.2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(zāi)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(yīng)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。

5.3平臺拓撲

5.4平臺子系統(tǒng)

5.4.1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。

5.4.2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(yù)警，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)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。

5.4.3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(yīng)的電氣火災(zāi)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(yù)警。

5.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

5.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

5.5.2電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

5.5.3消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

5.5.4防火門監(jiān)控系統(tǒng)

5.5.5消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

6 結(jié)語

地下綜合管廊的智能化建設(shè)離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本文對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何應(yīng)用于地下綜合管廊的建設(shè)中進行了分析，對工程項目案例進行了簡介，同時對某綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)和運營系統(tǒng)的開發(fā)進行了概要說明，總結(jié)了目前地下綜合管廊的建設(shè)及營運模式、綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的市場前景及行業(yè)市場機會分析，對地下綜合管廊智能化建設(shè)進行了有益的探索與思考。

參考文獻

【1】方 緯.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地下綜合管廊智能化建設(shè).山西建筑

【2】王璐. 我國城市地下綜合管廊的發(fā)展研究[ D]. 北京:北京交通大學(xué)

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05

作者簡介：任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧管廊監(jiān)控研究發(fā)展。