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

安科瑞 繆凱倫

摘 要:物聯(lián)網(wǎng)是21世紀(jì)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(shí)現(xiàn)地下綜合管廊的智能化管理符合經(jīng)濟(jì)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(diǎn)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(shí)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(jìn)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(jìn)程的推進(jìn)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(jìn)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(jì)和施工規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及流程。 在宏觀政策方面， 頒布了《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》 《 關(guān)于推進(jìn)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(yùn)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(jì)、建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)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(qiáng)有力的支撐。 根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)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(jī)和相應(yīng)的預(yù)警分析軟件將綜合管廊的實(shí)時信息進(jìn)行分析、研判、管理。

結(jié)合綜合管廊的監(jiān)控系統(tǒng)與運(yùn)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(yùn)營管控系統(tǒng)的項(xiàng)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?xì)怏w探測報警系統(tǒng)、智能巡檢機(jī)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(yùn)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(jìn)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(jìn)出管廊人員的身份進(jìn)行識別認(rèn)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(shí)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(diǎn)。

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?xì)怏w報警系統(tǒng)用于監(jiān)測安裝有燃?xì)夤艿赖呐撌覂?nèi)可燃?xì)怏w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(jī)器人巡檢系統(tǒng)通過智能巡檢機(jī)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(jìn)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(jìn)行補(bǔ)充。

當(dāng)發(fā)生緊急情況時，巡檢機(jī)器人可代替人力在第一時間進(jìn)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?；炷凉芾群透綄俟艿赖谋O(jiān)測由結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測實(shí)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(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，保障管廊供電安全和穩(wěn)定。運(yùn)維管理主要分兩部分:管廊自身運(yùn)維和入廊管線運(yùn)維。 圖1 所示為管廊運(yùn)維管理的流程圖。運(yùn)營管理對入廊管線業(yè)主單位的管理可進(jìn)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(duì)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(jìn)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(shí)行互聯(lián)互通。 圖2 所示為某綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)和運(yùn)營管控系統(tǒng)建成后的運(yùn)營情況在3D環(huán)境下,實(shí)時反應(yīng)每個設(shè)備的運(yùn)行情況。

圖 1 管廊運(yùn)維管理流程圖

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

3 地下綜合智能管廊的建設(shè)及營運(yùn)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(jì)綜合管廊的建設(shè)缺乏統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 在建設(shè)階段會面臨建設(shè)資金困難。 在營運(yùn)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(yùn)部門需要對運(yùn)營風(fēng)險進(jìn)行評估。在投資方面普遍采用投資、建設(shè)和運(yùn)營一體化＋入廊單位付費(fèi)＋政府補(bǔ)貼的PPP模式:引入社會資本成立相應(yīng)的項(xiàng)目公司負(fù)責(zé)管廊的融資、建設(shè)及運(yùn)營維護(hù)在管廊建成后項(xiàng)目公司根據(jù)地方的收費(fèi)政策對相關(guān)入廊單位收費(fèi)在合作期結(jié)束后交付政府使用能夠減少地方財(cái)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(jī)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時代向數(shù)據(jù)互聯(lián)的2.0 時代邁進(jìn)。智慧城市不再只是信息化而是人工智能化的新型基礎(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(jì)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(jì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場規(guī)模或達(dá)萬億級目前已吸引了包括騰訊、阿里等互聯(lián)網(wǎng)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(biāo)準(zhǔn)多維度推進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的完善和市場的 規(guī)?；C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(shí)現(xiàn)地下綜合管廊的智能化?在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方面對綜合管廊物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)智能、規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)施、集成服務(wù)企業(yè)帶來巨大的市場機(jī)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(jì)，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、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(yùn)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(dá)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(jī)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(jìn)行進(jìn)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、有序的要求。

5.3平臺拓?fù)?/p>

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(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計(jì)量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)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?xì)怏w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(jī)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(shí)時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)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(jìn)行了分析，對工程項(xiàng)目案例進(jìn)行了簡介，同時對某綜合管廊監(jiān)控系統(tǒng)和運(yùn)營系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)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(yùn)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(jī)會分析，對地下綜合管廊智能化建設(shè)進(jìn)行了有益的探索與思考。

參考文獻(xiàn)

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

審核編輯黃宇