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

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)的應用大集成利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現地下綜合管廊的智能化管理符合經(jīng)濟和城市規劃發(fā)展的需要分析了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)及地下綜合管廊建設中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用并結合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地下綜合管廊建設的應用實(shí)例對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地下綜合管廊智能化建設市場(chǎng)前景進(jìn)行了預測為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用對地下綜合管廊智能化建設提供參考。

關(guān)鍵詞:地下綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)智能化建設

1 地下綜合管廊發(fā)展綜述

隨著(zhù)我國城鎮化進(jìn)程的推進(jìn)地下管線(xiàn)的鋪設錯綜復雜有可能影響管網(wǎng)系統的承載能力。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(jìn)行規劃，將自來(lái)水、通訊管線(xiàn)設置在地下綜合管廊之中。隨后各國相繼開(kāi)始修建地下綜合管廊， 如:1861年時(shí)英國倫敦修建地下綜合管廊。1890年時(shí)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，也均設置地下綜合管廊系統。 1958年我國的第一條地下管廊在天安門(mén)廣場(chǎng)改造工程中建成長(cháng)約1km。1994年上海浦東綜合管廊系統建成。近年來(lái)我國又相繼開(kāi)展管廊系統的建設， 如廈門(mén)市的集美大道綜合管廊建設等。2015年發(fā)布的,《城市綜合管廊工程技術(shù)規范》，完善了綜合管廊的設計和施工規范、標準及流程。 在宏觀(guān)政策方面， 頒布了《關(guān)于加強城市地下管線(xiàn)建設管理的指導意見(jiàn)》 《 關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設的指導意見(jiàn)》， 推動(dòng)了地下綜合管廊建設的迅猛發(fā)展。

2 地下綜合管廊監控和運營(yíng)管控平臺系統的開(kāi)發(fā)

物聯(lián)網(wǎng)包含了三個(gè)主要層次 :感知層、網(wǎng)絡(luò )層和應用層。 對地下綜合管廊在前期規劃、設計、建設和運營(yíng)維護過(guò)程中對地下綜合管廊的智能化建設提供了技術(shù)上強有力的支撐。 根據物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)感知層應當包含攝像頭、RFID、傳感器、監測設備等。 網(wǎng)絡(luò )層包含基礎網(wǎng)絡(luò )系統、有線(xiàn)通信系統、無(wú)線(xiàn)通信系統等。應用層通過(guò)監控主機和相應的預警分析軟件將綜合管廊的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行分析、研判、管理。

結合綜合管廊的監控系統與運營(yíng)管控系統綜合管廊監控物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用已在原有的1.0圖形時(shí)代發(fā)展至現在的智慧時(shí)代4.0。本文作者參與了對某綜合管廊監控系統和運營(yíng)管控系統的項目開(kāi)發(fā)該系統由環(huán)境與設備監控系統、設備監控、安全防范系統、語(yǔ)音通信系統、火災自動(dòng)報警系統、可燃氣體探測報警系統、智能巡檢機器人系統、結構健康監測系統、電力監控系統、巡檢管理、運營(yíng)管理、應急處置管理、專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)監控接口、跨系統聯(lián)動(dòng)控制系統構成。主要系統功能簡(jiǎn)介如下:  

環(huán)境監控進(jìn)行環(huán)境參數監控并設置報警閾，如濕度、溫度、水位、氧氣濃度、甲烷濃度等,根據相關(guān)規范規定若管廊內氧氣含量低于19.5% ,則報警;廊內硫化氫(H₂S)含量高于10mg /m³（V/V）時(shí)或甲烷( CH₄ ) 含量高于1%（V/V）中,則報警。

安全防范中視頻監控管理對管廊監控。入侵報警管理通過(guò)雙光束紅外線(xiàn)判斷是否需要激發(fā)語(yǔ)音報警。出入口控制管理指的是在出入口設置出入口控制裝置對進(jìn)出管廊人員的身份進(jìn)行識別認證同時(shí)具備對非正常開(kāi)啟、出入口長(cháng)時(shí)間不關(guān)閉、通訊中斷、設備故障等非正常情況的實(shí)時(shí)報警功能。 電子巡查管理是指在管廊每個(gè)艙內下列場(chǎng)所設置離線(xiàn)電子巡查點(diǎn)。

 固定語(yǔ)音通信系統和無(wú)線(xiàn)通信系統構成了語(yǔ)音控制系統。觸發(fā)裝置、火災報警裝置及輔助裝置構成火災報警系統。 可燃氣體報警系統用于監測安裝有燃氣管道的艙室內可燃氣體泄漏，及時(shí)向管廊監控中心發(fā)出報警信號啟動(dòng)應急搶險預案。

機器人巡檢系統通過(guò)智能巡檢機器人能夠對管廊現場(chǎng)視頻畫(huà)面、溫濕度環(huán)境以及有毒有害氣體濃度等監測要素進(jìn)行不間斷地自動(dòng)巡檢與信息采集，對其他固定式在線(xiàn)監測系統無(wú)法覆蓋的情況進(jìn)行有效補充。

當發(fā)生緊急情況時(shí)，巡檢機器人可代替人力在第一時(shí)間進(jìn)入事故現場(chǎng)，把現場(chǎng)的視頻、圖像等數據發(fā)送回指揮中心，同時(shí)，也可以執行應急對講指揮等相關(guān)的處置措施，起到更好的防災減災效果?；炷凉芾群透綄俟艿赖谋O測由結構健康監測實(shí)現。

電力監控系統對箱式變電站高低壓部分供電回路進(jìn)行遠程監測，保障管廊供電安全和穩定。運維管理主要分兩部分:管廊自身運維和入廊管線(xiàn)運維。 圖1 所示為管廊運維管理的流程圖。運營(yíng)管理對入廊管線(xiàn)業(yè)主單位的管理可進(jìn)行信息錄入、查詢(xún)、修改等操作。

應急處置管理主要由應急隊伍、應急物資、應急預案管理構成。專(zhuān)業(yè)管線(xiàn)監控管理是指入廊管線(xiàn)進(jìn)行監控并配置相應的監控系統?？缦到y聯(lián)動(dòng)控制將所有子系統之間需要共享的數據收集并對不同的數據實(shí)行互聯(lián)互通。 圖2 所示為某綜合管廊監控系統和運營(yíng)管控系統建成后的運營(yíng)情況在3D環(huán)境下,實(shí)時(shí)反應每個(gè)設備的運行情況。

圖 1  管廊運維管理流程圖

圖 2   綜合管廊監控系統和運營(yíng)管控系統

3 地下綜合智能管廊的建設及營(yíng)運模式

地下綜合管廊建設在不同階段均存在一定的問(wèn)題，在前期規劃、設計綜合管廊的建設缺乏統一的設計標準。 在建設階段會(huì )面臨建設資金困難。 在營(yíng)運期間綜合管廊中的不同管線(xiàn)的維修風(fēng)險和維修成本不同因此不同的營(yíng)運部門(mén)需要對運營(yíng)風(fēng)險進(jìn)行評估。在投資方面普遍采用投資、建設和運營(yíng)一體化＋入廊單位付費＋政府補貼的PPP模式:引入社會(huì )資本成立相應的項目公司負責管廊的融資、建設及運營(yíng)維護在管廊建成后項目公司根據地方的收費政策對相關(guān)入廊單位收費在合作期結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)應用的市場(chǎng)前景及市場(chǎng)機會(huì )分析

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、大數據、AI 等技術(shù)的發(fā)展我國的智慧城市建設正在從連接互聯(lián)網(wǎng)的1.0時(shí)代向更高效的數據互聯(lián)的2.0 時(shí)代邁進(jìn)。智慧城市不再只是信息化而是人工智能化的新型基礎設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、智能安監等。

在此背景下能源、建設、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)應用正在形成下一個(gè)建設風(fēng)口據統 計物聯(lián)網(wǎng)應用市場(chǎng)規?；蜻_萬(wàn)億級目前已吸引了包括騰訊、阿里等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)以及移動(dòng)、聯(lián)通等電信企業(yè)布局市場(chǎng)。

綜合管廊的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用也屬于政府智慧城市、提供城市公共服務(wù)的建設范疇建設需求取決于政府對城市市政設施的公共管理與服務(wù)模式的創(chuàng )新從法律法規到地方政策到行業(yè)技術(shù)標準多維度推進(jìn)綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用的發(fā)展。綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用上應注重對相關(guān)技術(shù)的突破逐步完善技術(shù)標準及法律法規。縱觀(guān)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)由眾多的大、中、小企業(yè)構成了綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要研發(fā)、應用、建設力量隨著(zhù)政策、技術(shù)標準的完善和市場(chǎng)的 規?；C合管廊物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)及市場(chǎng)必將呈現出整合、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)應用將逐步實(shí)現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)應用將實(shí)現智能、規范及標準化。 在產(chǎn)業(yè)應用方面綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用將實(shí)現人、物及服務(wù)智能的充分整合。總之隨著(zhù)城市建設的規范化及標準化同時(shí)創(chuàng )新建設模 式吸引社會(huì )資本地下綜合管廊的建設發(fā)展必將對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品研發(fā)、實(shí)施、集成服務(wù)企業(yè)帶來(lái)巨大的市場(chǎng)機會(huì )市場(chǎng)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。

5.2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。

5.3平臺拓撲

5.4平臺子系統

5.4.1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。

5.4.2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。

5.4.3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。

5.5相關(guān)平臺部署硬件選型清單

5.5.1電力監控及配電室環(huán)境監控系統

5.5.2電氣火災監控系統

5.5.3消防設備電源監控系統

5.5.4防火門(mén)監控系統

5.5.5消防應急照明和疏散指示系統

6 結語(yǔ)

地下綜合管廊的智能化建設離不開(kāi)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本文對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如何應用于地下綜合管廊的建設中進(jìn)行了分析，對工程項目案例進(jìn)行了簡(jiǎn)介，同時(shí)對某綜合管廊監控系統和運營(yíng)系統的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了概要說(shuō)明，總結了目前地下綜合管廊的建設及營(yíng)運模式、綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用的市場(chǎng)前景及行業(yè)市場(chǎng)機會(huì )分析，對地下綜合管廊智能化建設進(jìn)行了有益的探索與思考。

參考文獻

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