淺談數(shù)字化智慧管廊運(yùn)維平臺(tái)研究與應(yīng)用

摘要:文章以江南中心綠道武九線綜合管廊工程為依托, 結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、智能識(shí)別、大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)、異構(gòu)運(yùn)算、可視化等信息化技術(shù),以智慧化、人性化、便捷物聯(lián)、高度信息安全為思路,  建立了數(shù)字化智慧管廊運(yùn)維平臺(tái)。平臺(tái)采用了BIM+GIS融合應(yīng)用、機(jī)器人自動(dòng)巡檢、高精度無(wú)線定位等技術(shù),建立了可視化管理、人員管理、管廊信息管理、安全監(jiān)測(cè)與報(bào)警等子系統(tǒng),為實(shí)現(xiàn)綜合管廊安全、高效的運(yùn)行提供了保障。

關(guān)鍵詞: 綜合管廊；BIM+GIS；自動(dòng)巡檢；無(wú)線定位；安全監(jiān)測(cè)與報(bào)警

0、引言

隨著綜合管廊建設(shè)的推進(jìn),全各中大型城市積極投入到綜合管廊的建設(shè)中,城市管廊規(guī)模越來(lái)越龐大。綜合管廊空間斷面設(shè)計(jì)復(fù)雜,納入管線種類多,在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中具有施工組織復(fù)雜、工程量大、項(xiàng)目工程管理難度大等特點(diǎn),在工程進(jìn)度、成本、安全、質(zhì)量等綜合管理方面均存在困難,傳統(tǒng)管理模式已無(wú)法滿足綜合管廊快速發(fā)展的需求[2]。因此需要建立有效的機(jī)制和手段來(lái)進(jìn)行管理。

近年來(lái),隨著家政策的引導(dǎo),廣大專家學(xué)者積極投入到綜合管廊運(yùn)維管理研究中來(lái),形成了系列的綜合管廊信息化管理手段。通過(guò)機(jī)器人巡檢技術(shù),百D地圖定位方法等建立了體化的管廊運(yùn)維平臺(tái),并在沈陽(yáng)市南運(yùn)河管廊進(jìn)行了應(yīng)用。以某項(xiàng)目為依托,采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù),建立了綜合管廊運(yùn)維管理系統(tǒng)。提出了綜合管廊運(yùn)維體化建設(shè)方案, 并實(shí)現(xiàn)了BIM全生命周期應(yīng)用。通過(guò)對(duì)智慧管廊運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)進(jìn)行研究,結(jié)合其特點(diǎn)進(jìn)行分析,對(duì)機(jī)器人巡檢技術(shù)在管廊中的應(yīng)用進(jìn)行了初步研究。張立新等根據(jù)綜合管廊全生命周期的管控要求,對(duì)BIM技術(shù)在管廊中的全生命周期的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

智慧化、信息化管理是綜合管廊運(yùn)維管理的重要發(fā)展方向,是實(shí)現(xiàn)智慧城市、智慧市政的主要手段。本文以江南中心綠道武九線綜合管廊工程為依托,進(jìn)行了能實(shí)現(xiàn)定位、安全保障、監(jiān)測(cè)預(yù)警減災(zāi)、日常巡檢巡查、物業(yè)管理、應(yīng)急處置等功能的數(shù)字化智慧管廊運(yùn)維平臺(tái)研究。

1、研究背景

1.1項(xiàng)目概況

江南中心綠道武九鐵路北環(huán)線綜合管廊工程(友誼大道~建設(shè)十路)位武漢市武昌區(qū)、青山區(qū)、洪山區(qū),包括主線和支線。主線管廊沿武九鐵路北環(huán)線控制廊道布置,起于友誼大道,止于建設(shè)十路,全長(zhǎng)約13.24公里。支線管廊沿德平路布置,起于武九鐵路,止于團(tuán)結(jié)大道,全長(zhǎng)約2.98公里。

1.2項(xiàng)目特點(diǎn)及需求

本項(xiàng)目是武漢市城建重要工程,也是武漢市市級(jí)直管的綜合管廊工程,系建設(shè)+運(yùn)維全生命周期管理的管廊項(xiàng)目,采用傳統(tǒng)的管廊運(yùn)維管理方式存在人力成本高、信息采集落后且分散、應(yīng)急響應(yīng)慢、運(yùn)維管理水平低等弊端,對(duì)入廊管線及廊體本身構(gòu)成定的安全隱患,急需借助新興技術(shù)手段探索開發(fā)出個(gè)綜合性運(yùn)維管理平臺(tái)。通過(guò)期的充分實(shí)踐調(diào)研,得到平臺(tái)主要需求為:

(1)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、BIM+GIS等信息技術(shù)及管廊建設(shè)施工和運(yùn)營(yíng) 維護(hù)過(guò)程中的需求,感測(cè)、分析、整合城市綜合管廊系統(tǒng)運(yùn)行中各項(xiàng)關(guān)鍵信息;

(2)基于智慧化、人性化、便捷物聯(lián)、高度信息安全的思路, 綜合利用管廊智能化管理技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊的各類信息和運(yùn)行狀態(tài)全方W的在線實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能控制;

(3)基于智能識(shí)別、大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)、異構(gòu)運(yùn)算、可視化等技術(shù),對(duì)管廊進(jìn)行精細(xì)化管理和科學(xué)決策,大大提高管廊的管理效率、降低管廊的運(yùn)維成本和風(fēng)險(xiǎn)。

 2、平臺(tái)建設(shè)的總體目標(biāo)及總體架構(gòu)

2.1總體目標(biāo)

建設(shè)數(shù)字化智慧管廊運(yùn)維平臺(tái)的總體目標(biāo):

(1)為了降低運(yùn)營(yíng)成本投入,加快應(yīng)急響應(yīng)速度,減少事后扯皮現(xiàn)象發(fā)生;

(2)將眾多單位的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)整合利用,打通數(shù)據(jù)通道,形成統(tǒng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn);

(3) 改善傳統(tǒng)巡檢手段,提升應(yīng)急處置能力,提高運(yùn)維管理的智能化水平。實(shí)現(xiàn)運(yùn)維狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)警減災(zāi)防災(zāi)、應(yīng)急處置等功能齊全的數(shù)字化智慧管廊運(yùn)維平臺(tái)。

 2.2總體架構(gòu)

圖2 平臺(tái)架構(gòu)圖

平臺(tái)的應(yīng)用架構(gòu)是平臺(tái)搭建的主要思路和方法,為了保證各個(gè)系統(tǒng)之間能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,確保數(shù)據(jù)的致性,避免出現(xiàn)信息孤島, 需設(shè)計(jì)個(gè)靈活的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu),既可以包容現(xiàn)有的應(yīng)用又能滿足未來(lái)新的應(yīng)用需求,使各個(gè)系統(tǒng)信息的高度集成,使得基于不同平臺(tái)、不同語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用系統(tǒng)能夠很好地進(jìn)行信息交互,從而讓系統(tǒng)平臺(tái)變得更有彈性,能更快地響應(yīng)業(yè)務(wù)需求。數(shù)字化智慧管廊運(yùn)維平臺(tái)以計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電氣控制技術(shù)、傳感器技術(shù)及機(jī)器人技術(shù)為基礎(chǔ),采用基于組件的SOA平臺(tái)應(yīng)用架構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建,主要包括物理層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、展示層,如圖2所示。通過(guò)高度集成的數(shù)字化智慧管廊運(yùn)維平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合管廊的綜合管理、實(shí)時(shí)控制、智能監(jiān)測(cè);通過(guò)數(shù)字化智慧管廊運(yùn)維平臺(tái)中的建筑信息模型(BIM)和3D地理信息系統(tǒng)(3D GIS)等手段對(duì)管廊及內(nèi)部管線進(jìn)行可視化管理;通過(guò)引入管廊巡檢機(jī)器人配合自主滅火機(jī)器人完成對(duì)管廊內(nèi)環(huán)境、設(shè)備、管線的不間斷智能巡檢和應(yīng)急火災(zāi)處置,實(shí)現(xiàn)人工與機(jī)器的有效協(xié)同,實(shí)現(xiàn)24h不間斷監(jiān)控。

3、平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

3.1BIM+GIS融合應(yīng)用

管廊在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等各個(gè)階段均使用BIM技術(shù)和GIS 技術(shù),并將二者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。通過(guò)此方式,將管廊全生命周期的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行集成和管理,為不同決策者在不同階段,不同需求提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。GIS技術(shù)具有整體功能的作用,可以將綜合管廊內(nèi)的大量空間信息(如出線口以及特殊節(jié)點(diǎn)等地理位置、機(jī)電設(shè)備、控制設(shè)備等各專業(yè)相關(guān)設(shè)備的數(shù)量、類別、地理位置分布等)進(jìn)行屬性掌握,實(shí)時(shí)監(jiān)控各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),高效的管理帶有地理信息復(fù)雜數(shù)據(jù),為綜合管廊運(yùn)營(yíng)維護(hù)的輔助決策提供具有空間信息功能的依據(jù)。BIM技術(shù)具有很強(qiáng)的呈現(xiàn)功能,將BIM呈現(xiàn)的管廊屬性賦予GIS,可通過(guò)三維可視化的方式進(jìn)行呈現(xiàn),讓人有種身臨其鏡的感覺,使運(yùn)維管理方及管廊作業(yè)人員更好的對(duì)管廊地理空間進(jìn)行認(rèn)知。該模塊解決了基于空間位置的設(shè)施管理,通過(guò)對(duì)象比的復(fù)原,形成所見即所得的管理模式。

3.2機(jī)器人自動(dòng)巡檢技術(shù)

機(jī)器人環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng),在惡劣環(huán)境下能正常工作,可深入危情現(xiàn)場(chǎng),能夠有效地配合巡檢工作。通過(guò)將高清攝像頭、紅外成像、無(wú)線傳感器等設(shè)備集成于智能巡檢機(jī)器人, 再制定定期巡檢、應(yīng)急響應(yīng)巡檢等不同的巡檢模式,實(shí)現(xiàn)對(duì)廊內(nèi)各類設(shè)施、設(shè)備的全覆蓋檢測(cè)。由機(jī)器人替代部分人工巡檢充當(dāng)特殊環(huán)境下的先行探檢,增強(qiáng)了人員和管廊的安全系數(shù),有效提高管廊的運(yùn)行效率,大大減少管廊災(zāi)害和事故的發(fā)生。具體的形式有:在巡檢機(jī)器人上設(shè)置各類型氣體監(jiān)測(cè)傳感器,實(shí)現(xiàn)氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),當(dāng)檢測(cè)到管廊內(nèi)某種氣體含量超過(guò)安全限值時(shí),巡檢機(jī)器人將立即上傳報(bào)警信息至綜合監(jiān)控平臺(tái),并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào);通過(guò)紅外熱成像技術(shù),使用巡檢機(jī)器人動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管廊內(nèi)溫度變化情況,當(dāng)檢測(cè)到管廊內(nèi)溫度超過(guò)安全限值時(shí),巡檢機(jī)器人將立即上傳報(bào)警信息至綜合監(jiān)控平臺(tái),并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào);結(jié)合基于機(jī)器視覺的廊體結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)、識(shí)別技術(shù)與評(píng)價(jià)方法,進(jìn)行管廊結(jié)構(gòu)本體缺陷隱患的辨識(shí),通過(guò)巡檢機(jī)器人攝像頭采集到的影像資料,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)表觀缺陷、病害的智能識(shí)別,通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間巡檢影像資料實(shí)現(xiàn)外觀缺陷、病害發(fā)展趨勢(shì)監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)管廊結(jié)構(gòu)外觀智能檢測(cè)的目的,為后續(xù)管廊結(jié)構(gòu)、病害維護(hù)提供參考。

3.3高精度無(wú)線定位技術(shù)

根據(jù)城市地下綜合管廊的運(yùn)維管理環(huán)境,需要對(duì)地上、地下、廊內(nèi)不同位置的工作人員進(jìn)行定位及軌跡追蹤,同時(shí)在日常巡檢、應(yīng)急救援、執(zhí)行任務(wù)等情景下都需要對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行精確定位。建設(shè)數(shù)字化智慧管廊運(yùn)維平臺(tái)采用高精度無(wú)線定位系統(tǒng),用于入廊人員的安全保障和位置追蹤,通過(guò)該定位系統(tǒng)可在控制中心的屏幕上顯示出當(dāng)人員的位置和行進(jìn)軌跡,并且可以根據(jù)人員位置合理調(diào)度巡檢、搶險(xiǎn)等任務(wù)的安排。此外,在發(fā)生危險(xiǎn)或緊急事件時(shí),控制中心可以與人員攜帶的標(biāo)簽進(jìn)行聯(lián)動(dòng),通過(guò)警報(bào)聲或振動(dòng)提示人員進(jìn)行撤離。

4、平臺(tái)主要功能模塊

平臺(tái)主要由可視化管理、人員管理、管廊信息管理、安全監(jiān)測(cè)與報(bào)警巡檢四大模塊及若干組件構(gòu)成,其功能構(gòu)成如圖3所示:

圖3 平臺(tái)功能圖

4.1可視化管理模塊

可視化管理主要分為通過(guò)3DGIS+BIM的建筑模型融合業(yè)務(wù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息,實(shí)現(xiàn)管廊實(shí)時(shí)管理的可視化和通過(guò)大數(shù)據(jù)計(jì)算分析的階段性管理分析統(tǒng)計(jì)可視化。

(1)作為信息可視化的管理工具,3DGIS主要應(yīng)用于建筑外部的宏觀區(qū)域,BIM主要應(yīng)用于建筑內(nèi)部的區(qū)域。3DGIS提供綜合管廊及周邊信息的宏觀模型,為區(qū)域管理、系統(tǒng)宏觀管理、空間管理、災(zāi)害管理等提供基礎(chǔ);BIM提供綜合管廊內(nèi)部的精細(xì)化模型,為設(shè)備設(shè)施管理、維護(hù)維修管理、安全管理、應(yīng)急管理、模擬巡檢等提供基礎(chǔ)。兩者相結(jié)合構(gòu)建個(gè)與現(xiàn)場(chǎng)致的模型,通過(guò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和呈現(xiàn),可實(shí)現(xiàn)可視化管理、虛擬巡檢等功能。(2)大數(shù)據(jù)可視化主要借助于圖形化手段,清晰有效地傳達(dá)與溝通信息[10]。管廊數(shù)據(jù)信息具有復(fù)雜性、分散性、不確定性、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn),通過(guò)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)融合分析海量的數(shù)據(jù),將同類型數(shù)據(jù)或關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集中到個(gè)專題頁(yè)面進(jìn)行圖像化呈現(xiàn)展示,將專業(yè)的復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像化歸集,為管廊管理者的決策提供支持。

4.2人員管理模塊

人員管理模塊旨在加強(qiáng)管廊內(nèi)運(yùn)維管理人員作業(yè)行為的監(jiān)控監(jiān)管。人員管理模塊主要由人員定位系統(tǒng)、人員管理系統(tǒng)、任務(wù)管理系統(tǒng)三大部分組成。

(1)人員定位系統(tǒng):人員定位系統(tǒng)分為地面人員APP定位及廊內(nèi)人員高精度無(wú)線定位,高精度無(wú)線定位用于入廊人員的安全保障和位置追蹤,通過(guò)本模塊可在控制中心的屏幕上實(shí)時(shí)顯示出當(dāng)人員的位置和行進(jìn)軌跡,并且可以根據(jù)人員位置合理調(diào)度巡檢、搶險(xiǎn)等任務(wù)的安排;此外,在發(fā)生危險(xiǎn)或緊急事件時(shí),控制中心可以與人員攜帶的標(biāo)簽進(jìn)行聯(lián)動(dòng),通過(guò)警報(bào)聲或振動(dòng)提示人員進(jìn)行撤離。(2)人員管理系統(tǒng):人員管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)管廊相關(guān)工作人員的信息管理。(3)任務(wù)管理系統(tǒng):任務(wù)管理系統(tǒng)主要通過(guò)控制中心的綜合管理平臺(tái)向工作人員巡檢終端的APP完成任務(wù)的派發(fā),工作人員通過(guò)APP接收任務(wù)后往指D地點(diǎn)完成任務(wù),通過(guò)人員定位和RFID標(biāo)簽功能可實(shí)現(xiàn)過(guò)程的監(jiān)管,完成任務(wù)后通過(guò)APP上傳相關(guān)音視頻巡檢資料進(jìn)行任務(wù)閉合。

4.3管廊信息管理模塊

管廊信息系統(tǒng)模塊旨在對(duì)管廊的各種文件資料、入廊管線、設(shè)備等進(jìn)行信息化管理,使線下繁瑣且工作量大的工作線上化,便于保存、管理和查看。管廊信息系統(tǒng)包括廊倉(cāng)管理、入廊管線管理、文件資料管理、設(shè)備管理及備品管理。

4.4安全監(jiān)測(cè)與報(bào)警巡檢模塊

安全監(jiān)測(cè)與報(bào)警巡檢模塊旨在提高管廊本體、入廊管線、相關(guān)環(huán)境的安全監(jiān)控及管理水平。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是本系統(tǒng)的核心部分,利用端傳感器監(jiān)測(cè)廊內(nèi)各類信息,依托各種通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交互和共享,利用大數(shù)據(jù)技術(shù),對(duì)海量的感知數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析處理, 實(shí)現(xiàn)智能化報(bào)警,以保障入廊管線的健康安全狀況。同時(shí),通過(guò)智慧管廊綜合管理系統(tǒng)內(nèi)接入的自動(dòng)控制系統(tǒng)和綜合機(jī)器人系統(tǒng)還可完成針對(duì)各類報(bào)警的應(yīng)急處理,進(jìn)步提高運(yùn)維的安全性。該模塊下的部分系統(tǒng)如:

(1)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括甲烷、硫化氫、二氧化碳、溫濕度等。(2)入侵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要通過(guò)在管廊內(nèi)重要節(jié)點(diǎn),例如人員出入口、投料口、通風(fēng)口、引出段等,設(shè)置紅外微波探測(cè)器和聲光報(bào)警器,對(duì) 出入人員或物體進(jìn)行監(jiān)測(cè),從而實(shí)現(xiàn)非授權(quán)進(jìn)入報(bào)警。(3)廊體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)在管廊內(nèi)壁安裝壓差式形變傳感器對(duì)管廊本體的沉降進(jìn)行監(jiān)測(cè),采用裂縫計(jì)對(duì)頂管與標(biāo)準(zhǔn)段處的平面位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)根據(jù)獲取的數(shù)據(jù),對(duì)影響管廊結(jié)構(gòu)安全的超限指標(biāo)進(jìn)行分析并實(shí)時(shí)報(bào)警,及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害并判斷其安全狀況,以便及時(shí)采取措施,保障管廊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。(4)視頻監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)采用低照度高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭結(jié)合硬盤錄像機(jī),可實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、錄像查詢、移動(dòng)偵測(cè)等功能,監(jiān)測(cè)范圍覆蓋管廊內(nèi)所有重要節(jié)點(diǎn)。(5)綜合巡檢機(jī)器人系統(tǒng)通過(guò)精確的智能視頻算法分析及紅外成像,對(duì)設(shè)備進(jìn)行*巡檢,發(fā)現(xiàn)人工肉眼難以發(fā)現(xiàn)的微小熱缺陷情況,并且機(jī)器人不會(huì)產(chǎn)生勞累、困倦等現(xiàn)象,能夠保證巡檢質(zhì)量;機(jī)器人更可接入工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)在調(diào)度室內(nèi)通過(guò)管理平臺(tái)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行重點(diǎn)區(qū)域調(diào)度巡查;機(jī)器人輔助管廊監(jiān)控,保障了管廊管線設(shè)施安全,通過(guò)監(jiān)測(cè)管廊內(nèi)各類設(shè)施設(shè)備狀態(tài),預(yù)防設(shè)備故障隱患,提高管線的巡檢效率和設(shè)備使用壽命;巡檢機(jī)器人與消防機(jī)器人聯(lián)動(dòng)配合,在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患時(shí)能夠迅速到達(dá)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)完成應(yīng)急消防滅火。

5、安科瑞產(chǎn)品在綜合管廊智能化監(jiān)控管理系統(tǒng)的應(yīng)用

5.1火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在整個(gè)管廊智能化系統(tǒng)監(jiān)控中也具有重要性建設(shè)應(yīng)用意義，要想保障整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用的監(jiān)控管理能力提升，就應(yīng)該在系統(tǒng)應(yīng)用中，及時(shí)將系統(tǒng)應(yīng)用內(nèi)的火災(zāi)警報(bào)監(jiān)督控制管理工作化。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)包括:火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)（管廊地下部分）產(chǎn)品選型

Acrel-6000電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由Acrel-6000系列監(jiān)控設(shè)備、ARCM200BL、ARCM200L系列監(jiān)控探測(cè)器和配套附件組成。系統(tǒng)各設(shè)備之間均采用RS485總線進(jìn)行連接，施工布線簡(jiǎn)單方便。

Acrel-6000/B1電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備簡(jiǎn)介

注：地下管廊使用的動(dòng)力箱/柜符合管廊相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，防護(hù)等級(jí)達(dá)IP65

 5.2 環(huán)境及設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

在綜合管廊智能化建設(shè)管理中，為了將整體的智能化管廊建設(shè)工作開展性能提升，需要在管廊建設(shè)中，對(duì)其對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行以及對(duì)應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作開展進(jìn)行分析，并且在分析中，按照具體的管廊建設(shè)處理中的設(shè)備控制進(jìn)行科學(xué)的系統(tǒng)監(jiān)控規(guī)劃。該部分環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施中，系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的環(huán)境及設(shè)備監(jiān)控共分為以下幾點(diǎn)：是環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備；二是排水設(shè)備；三是通風(fēng)設(shè)備；四是照明設(shè)備，只有將對(duì)應(yīng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)建設(shè)好，才能保障在系統(tǒng)的監(jiān)控運(yùn)行中，將整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用的監(jiān)督控制管理能力發(fā)揮出來(lái)。

安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)管廊內(nèi)智能開關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負(fù)載運(yùn)行監(jiān)控、母線測(cè)溫監(jiān)測(cè)、電纜測(cè)溫監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、有害氣體監(jiān)測(cè)、安防監(jiān)控、取暖通風(fēng)、門禁、燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等功能。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測(cè)與設(shè)備控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力環(huán)境化，避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員安全，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過(guò)高，同時(shí)實(shí)現(xiàn)配電動(dòng)力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。

5.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)以智能控制為核心，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)配電室內(nèi)環(huán)境的全天候狀態(tài)監(jiān)視和智能控制。系統(tǒng)由485通信和網(wǎng)絡(luò)通信混合組網(wǎng)，完成站端視頻、環(huán)境數(shù)據(jù)以及安全防范等數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，適配于當(dāng)下多種應(yīng)用場(chǎng)景。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)遵循物聯(lián)網(wǎng)分層分布式物理體系，即設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、站控層，構(gòu)建而成*體化的智慧管理平臺(tái)系統(tǒng)。

監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)采用平臺(tái)化SOA架構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)展性。當(dāng)數(shù)據(jù)接入量大或者訪問(wèn)用戶數(shù)大的時(shí)候，可以通過(guò)部署多個(gè)應(yīng)用實(shí)例來(lái)提高系統(tǒng)服務(wù)能力。同時(shí)可根據(jù)用戶的使用要求，靈活配置運(yùn)行的服務(wù)組件。

在個(gè)區(qū)域內(nèi)部署時(shí)的典型場(chǎng)景如下圖，配電室的各類智能檢測(cè)設(shè)備通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接到監(jiān)控中心，單個(gè)配電室或箱變的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可集中上傳到監(jiān)控中心或者物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

5.2.2監(jiān)控范圍

  系統(tǒng)把環(huán)境、視頻、通風(fēng)、照明、安全防范、消防、次設(shè)備輔助監(jiān)控等所有監(jiān)控量在系統(tǒng)主界面上進(jìn)行體化顯示和控制，避免各系統(tǒng)孤立顯示和控制。

1. 環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)

  配電室綜合監(jiān)控設(shè)備安裝在配電室、箱變、變電所內(nèi)，通過(guò)采集和傳輸技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電室內(nèi)的重要場(chǎng)所和設(shè)備的工作環(huán)境，如溫度、濕度、電纜溝水位、漏水/水浸、有害氣體(SF₆，H₂S，NO，CO，O₂，O₃)、TVOC、煙霧、明火、人體感應(yīng)、噪聲等。
  當(dāng)檢測(cè)到環(huán)境量出現(xiàn)異常時(shí)，可及時(shí)顯示、報(bào)警，并可通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至系統(tǒng)平臺(tái)。根據(jù)預(yù)先設(shè)置的上下限值，聯(lián)動(dòng)控制空調(diào)、視頻、燈光、加熱裝置、除濕器、通風(fēng)機(jī)、聲光報(bào)警等設(shè)備。保障配電室場(chǎng)所的電力設(shè)備安全運(yùn)行。防止因環(huán)境改變、非授權(quán)活動(dòng)、設(shè)備狀態(tài)變化等引起的事故，滿足配電室遠(yuǎn)程運(yùn)維的可靠管控要求。為新型現(xiàn)代化配電室的智能化、可視化、自動(dòng)化、互動(dòng)化做有效支撐。
  站端設(shè)備包含各種傳感器（溫度、濕度、漏水、水位、有害氣體等）。系統(tǒng)平臺(tái)可以直觀的顯示出被監(jiān)測(cè)量的大小或狀態(tài)，以及被監(jiān)測(cè)量的實(shí)時(shí)值或各種故障發(fā)生的情況。

  告警功能：在監(jiān)控中心對(duì)環(huán)境參量超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)發(fā)出視聽告警，在監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面上閃爍顯示，同時(shí)可以提供警示燈、報(bào)警音箱、語(yǔ)音、短信通知等多種告警方式。
  設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)：系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控配電室內(nèi)各監(jiān)測(cè)設(shè)備（傳感器）以及通信線路，自動(dòng)診斷設(shè)備及鏈路故障，并實(shí)時(shí)顯示在界面上。
  數(shù)據(jù)查詢：環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)查詢。

2. 消防監(jiān)控子系統(tǒng)

  煙霧、溫感、明火等火災(zāi)消防信息的接入，聯(lián)動(dòng)聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，以及通過(guò)短信方式自動(dòng)通知值班維護(hù)人員。

3. 安防監(jiān)控子系統(tǒng)

  紅外雙鑒、紅外對(duì)射、震動(dòng)、門磁等安防相關(guān)設(shè)備接入 ，并可實(shí)時(shí)播放告警語(yǔ)音、發(fā)送提醒短信等。

4. 無(wú)線測(cè)溫子系統(tǒng)

  無(wú)源無(wú)線測(cè)溫產(chǎn)品由主機(jī)（或收發(fā)器）和傳感器兩部分組成。主要應(yīng)用在高低壓開關(guān)柜內(nèi)母排搭接點(diǎn)，斷路器觸頭、電纜接頭、大電流設(shè)備等電氣連接點(diǎn)和其他易過(guò)熱點(diǎn)等位置的溫度檢測(cè)，并把測(cè)量結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，通過(guò)軟件分析能夠?qū)囟冗^(guò)高發(fā)出告警信息，實(shí)現(xiàn)溫度故障的早期預(yù)測(cè)，防患于未然。
5. 饋線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

  可以監(jiān)測(cè)開關(guān)柜局放和饋線回路的開關(guān)狀態(tài)、溫度、電壓、電流、功率、功率因數(shù)、有功、無(wú)功、諧波、電能量采集等。支持設(shè)置上下限的告警值，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播放、發(fā)送短信等聯(lián)動(dòng)提醒方式。

6. 變壓器監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

  變壓器三相繞組溫度檢測(cè)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、震動(dòng)檢測(cè)。支持設(shè)置上下限的告警值，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播放、發(fā)送短信等聯(lián)動(dòng)提醒方式。

7. 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

  視頻監(jiān)控采用數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)監(jiān)控功能。支持?？抵髁饔脖P錄像機(jī)和數(shù)字高清攝像機(jī)系列產(chǎn)品。

8. 溫濕度控制子系統(tǒng)

  溫濕度控制器運(yùn)用傳感器檢測(cè)柜內(nèi)的溫度與濕度值，并通過(guò)控制外接的風(fēng)扇與加熱器對(duì)溫度與濕度值進(jìn)行調(diào)節(jié)，可有效防止因低溫、高溫造成的設(shè)備故障以及受潮或結(jié)露引起的爬電、閃絡(luò)事故的發(fā)生。

9. 門禁控制子系統(tǒng)

  系統(tǒng)支持人員進(jìn)入出去時(shí)間人員記錄，系統(tǒng)提供設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)故障報(bào)警、非法闖入報(bào)警、門開超時(shí)報(bào)警、非法刷卡報(bào)警以及脅迫報(bào)警等。

10. 空調(diào)節(jié)能控制子系統(tǒng)

  可以控制空調(diào)開機(jī)、關(guān)機(jī)、升溫、降溫等，并能夠直接調(diào)整空調(diào)的溫度值。

11. 燈光控制系統(tǒng)子系統(tǒng)

  可以遠(yuǎn)程控制燈光的關(guān)閉和打開。

12. 其他控制功能

  水泵控制。
  加熱器控制。
  聲光報(bào)警器控制：遠(yuǎn)程控制啟動(dòng)和關(guān)閉，避免擾民。
  風(fēng)機(jī)控制：實(shí)現(xiàn)對(duì)主、副新風(fēng)機(jī)的智能控制。
  除濕機(jī)控制：室內(nèi)除濕機(jī)控制以及與濕度聯(lián)動(dòng)。
  其它設(shè)備控制。

5.2.3硬件選型

6、結(jié)語(yǔ)

本文以江南中心綠道武九線綜合管廊工程為依托,對(duì)數(shù)字化智慧廊運(yùn)維平臺(tái)進(jìn)行研究。平臺(tái)基于智慧化、人性化、便捷物聯(lián)、高度信息安全的思路,結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、BIM+GIS、智能識(shí)別、大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)、異構(gòu)運(yùn)算、可視化等技術(shù),可實(shí)現(xiàn)對(duì)管廊各類信息和運(yùn)行狀態(tài)全方W實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、應(yīng)急處置、科學(xué)決策,精細(xì)化管理等,可解決管廊傳統(tǒng)運(yùn)維過(guò)程中的各種困難,使管廊信息化管理更進(jìn)步。通過(guò)該平臺(tái)的建設(shè),可預(yù)見此平臺(tái)后期在江南中心綠道武九線綜合管廊應(yīng)用后,對(duì)降低現(xiàn)場(chǎng)和管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高工作效率、及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)維過(guò)程中的安全隱患都能發(fā)揮出積極的效果,為管廊安全、高效運(yùn)行提供保障。