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    浅谈智慧管廊监控与报警系统设计

    发布时间: 2023-12-26  点击次数: 140次

    黄琴

    安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

    摘要:综合地下管廊为我国城市的发展发挥了积极的推动作用,为了确保综合地下管廊基本功能得以真正的发挥出来,有必要将智能监控系统融入综合地下管廊智能管理系统构建中,以便于实现对综合地下管廊的智能管理。本文简要概述了智慧管廊监控与报警系统总体需求,分别从系统平台架构、数据库系统及管廊模型三个方面入手分析了智慧管廊监控与报警系统的设计思路,*终指出智慧管廊监控与报警系统涵盖三维立体可视化监控、智能化虚拟场景运维、数据分析与提前预警及设计应急救援指挥方案这四项功能,以此确保综合地下管廊得到安全可靠的管理。

    关键词:智慧管廊;智能监控;报警系统;设计功能

    0引言

    城市化进程的推进有助于社会的发展以及市政项目的开展,地下管线在市政项目公共基础设施中占据较大比重,是维持企业生产与大众生活的重要生命线。随着城市发展脚步的加快,有限的地下空间变得愈加拥挤,由于管线单位的各行其是,使得全国各地频繁出现“马路拉链"问题,不仅严重影响了生产、生活秩序,还造成了很多不必要的经济损失。为了从根本上消除“马路拉链"问题,我国第一时间发现定位管线故障,为日常维护与检修提供准确的数据信息。

    1智慧管廊监控与报警系统总体需求

    1.1土建结构监测

    使用专门的测量仪器分别对主体结构沉降状态、应力应变情况、外部水压力、伸缩缝实际宽度等指标进行动态监测与管理,通过阈值设定分析检测信息,及时发现故障问题、发出告警信息。相关监测指标的具体要求为:

    (1)主体结构沉降状态监测:借助水准仪、全站仪对综合管廊主体结构沉降状态进行绝对值和相对值的动态监测与分析,相关工作人员手动录入采集处理后的数据信息。

    (2)应力应变情况监测:借助锚杆将振弦式应变计分别固定于地下混凝土结构的两端位置,以此实时监测综合管廊应力变化情况。

    (3)外部水压力:通过将振弦式渗压计固定在地下混凝土外侧的方式,实时监测混凝土结构的压力变化情况,进而计算分析外部水水压对于综合管廊主体结构的影响。

    (4)伸缩缝实际宽度监测:为了确保综合管廊主体结构稳定性,在施工建设时会在沿着管廊走向间隔设置伸缩缝,通过在伸缩缝表面安装测缝计的方式动态监测伸缩缝实际宽度,以便于从根本上规避伸缩缝渗水的不良情况。

    1.2内部环境监控

    智慧管廊内部环境监控不仅需要实时监测管廊内部的温度湿度、风速风向、PM2.5、含氧量、积水量等基础参数变化,还需要对管廊内部有毒的占比进行动态监测,以便于准确评估综合管廊是否存在影响人员安全的危险隐患。表1展示的智慧管廊监控报警系统有关于内部环境的具体监测内容,该系统还会定期生成内部环境监测报告,有助于及时发现综合管廊内部问题、维护人身财产安全,同时也能为综合管廊后续的维修保养提供可靠的参考数据。

    表1内部环境监控内容一览表

    管道类别

    湿

    O2含量

    H2S含量

    CH4含量

    天然气

    电缆通信

    热力

    污水

    给水、再生水

    注:●代表应监控;▲代表宜监控。

    1.3管廊状态监控

    管廊状态监控指的是对管廊内部给水、排水、热力、天然气等管道线路以及电力、通信线缆的运行状态进行动态监控,具体的监测参数见表2。

    表2管廊运行状态监测参数一览表

    管廊类

    负责主体

    监测指标

    给水管

    权属单位管

    理系统

    水质、流速、流量、压力及阀门状态

    排水管

    运维单位监

    控系统

    有害气体浓度

    热力管

    权属单位管

    理系统

    温度、流量、压力及阀门状态

    天然气

    管道

    权属单位管

    理系统

    温度、流量、压力、泄漏信号及阀门状态

    电力电

    权属单位管

    理系统

    电缆及接头温度

    通信线

    权属单位管

    理系统

    通信故障

    1.4日常运维管理

    为了确保智慧管廊的正常运转,需要做好管廊的日常运维管理,这项工作通常情况下需要占据日常管理90%以上的时间,日常运维管理工作主要围绕基本管理及集成管理这两个方面展开,对应的管理监测指标如表3所示。通过对日常运维数据的整合处理,为巡检、维修、保养等计划的制定提供参考数据,同时也有助于工单派发及结果溯源。

    表3日常运维管理监测指标

    运维管理需求

    管理监测指标

    基本管理需求

    数据查询、告警信息、台账管理、人员交接、报表生成、维护管理、权限识别、故障诊断

    集成管理需求

    环境监测、设备监控、安全系统、通信系统、智能巡检、火灾报警






    1.5应急处理预警

    综合管廊为市政工程项目涉及到的公共管线提供了一个相对安全可靠的环境,因此需要综合考虑不同管线可能出现的风险事故问题,例如电缆起火、天然气管道泄漏、给水管破裂等。此时就需要智慧管廊应急处理预警系统发挥作用,当综合管廊内部管线突发风险事故时,应急处理预警系统将会发出报警信息,应急预案管理功能则会根据管线实际险情新建应急预案,而应急物资管理则有助于用户清晰直观的掌握应急物资具体位置,以便第一时间做出应急响应。当突发风险事故处理完毕后,应急处理预警系统还会根据本次突发事件处理情况进行数据汇总、信息总结、预案归档,以便经验积累与后续管理。

    2智慧管廊监控与报警系统设计概念

    2.1智慧管廊监控与报警系统平台架构

    智慧管廊监控与报警系统的平台架构设计需要严格依照《城镇综合管廊监控与报警技术标准》(GB/T51274)标准规约制定,该平台囊括的数据层、中间层及应用层对应的系统组成见图1。数据层主要涵盖了供配电、监控、监测等多个智能检测模块,收集到的相关数据信息经过解析整合经由网络系统传输至中间层对应模块,以便于后续的分析处理。中间层是建立在大数据、云计算两大技术的基础上,以此实现对综合管廊相关信息的分类整合、数据挖掘及归档保存,为综合管廊重要信息的存储、运维状态的评估提供参考数据。应用层将建筑信息模型、地理信息系统及大数据监测这三大技术融合起来,以此实现对综合管廊的三维立体可视化监控,并且通过智能化虚拟场景运维实现对综合管廊相关数据的分析整合、提前预警,在此基础上设计出可行的应急救援指挥方案。

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    图1智慧管廊监控与报警系统平台架构

    2.2智慧管廊监控报警平台数据库系统

    智慧管廊监控报警平台涉及到海量的数据信息,为了能够更好的处理纷繁复杂的数据信息,就需要一个可靠的数据库系统,以便于确保相关数据信息得到同一规范的管廊。智慧管廊监控报警平台使用的数据库系统需要包含三维模型、管线布局、运维监控、综合业务等多项数据管理功能,并且还需要开通专门的数据管理权限,以便于相关负责人随时查看调取数据信息。为了保证不同智慧管廊监控报警平台的数据信息得以共享互通,还需要利用云计算、大数据等技术,为数据信息的交流互通提供稳定可靠的传输渠道,避免数据丢失、窃取的同时也能保证数据信息得到*为合理的利用。

    2.3智慧管廊监控报警平台的管廊模型

    智慧管廊监控报警平台利用建筑信息模型搭建了三维管廊模型,通过大数据监测技术直接从中调取信息,在此基础上合理设置监测位点、安装调控设备,并利用减免优化算法将相关数据信息进行属性划分、模型抽取。三维管廊模型是以建筑信息模型技术及地理信息系统技术为基础建立的,因此能够准确、立体的呈现管廊真实状态,因此能够为相关决策的制定提供可靠的数据信息。

    智慧管廊监控与报警系统模型是建立在建筑信息模型技术的集成上,利用eChart软件将智能系统收集到的数据信息进行集中处理与整合,归档保存动态视频的同时还会生成数据监测曲线,以便于对综合地下管廊的实际运转情况进行动态监测与管理。产生的土建、设备数据信息以IFC或xBIM的格式融入数据整合与监控系统,因此能够将综合地下管廊空间维度信息全面系统的保存下来,以便于后续工作的开展。

    3智慧管廊监控与报警系统主要功能

    3.1三维立体可视化监控

    智慧管廊监控报警平台在建筑信息模型技术与地理信息系统技术的共同作用下具备三维立体可视化监控功能,因此能够清晰直观的展示智慧管廊的系统布线、设施配备、位置布局等基本参数信息,并且能够提供可视化的监控服务,以便于相关负责人对综合管廊进行动态监控与管理。建筑信息模型技术搭建的智慧管理数据模型不仅能够为前期的方案规划与设计、施工管理与维护提供数据支持,还能够保证后期运营工作的顺利开展,同时也能够实现对基础设施的全数字化监测与管理。

    3.2智能化虚拟场景运维

    智慧管廊监控报警平台有助于实现巡检监察、运营维护、应急作业等操作流程的智能管理,依托可视化信息平台完成项目审查、派单跟踪、执行监管、归档保存等全自动运维管理。借助VR/AR信息技术及建筑信息模拟技术能够将智慧管廊整体构建情况以3D虚拟动画的形式展现出来,管理人员无需亲临现场就能掌握智慧管廊的总体布局,同时还能完成相应的人员技能操作培训、远程维护检修指导、隐匿工程操作查询等相应工作,进一步的减少运维开支、保证巡检效率。

    3.3数据分析与提前预警

    综合管廊的运营管理会产生大量的数据信息,如何对其进行整合处理,及时发现异常数据需要引起管理人员的格外重视。智慧管理监控报警系统提供的设备信息查询功能有助于在三维立体视角下准确定位相关设备位置、清晰展示设备数据,涵盖的数据信息处理模块能够对管廊日常运维产生的数据信息进行归档整理,通过相关程序的设定精准挖掘故障信息、及时发出告警指令,以此提醒相关工作人员尽快处理故障问题,为智慧管廊的安全、稳定运营提供准确可靠的参考信息。利用地理数据信息技术有助于实现综合地下管廊的可视化管理,通过信息检索、数据查询、空间定位等多种功能,使得工单派发、任务调度工作变得更为高效便捷,相关负责人也能够实时监控相关工作的实际开展情况。

    3.4设计应急救援指挥方案

    根据实际情况合理制定应急救援指挥方案,确保管廊上的各个监控模块全部由同一系统集成管理,并搭建联动响应机制,以便于在发现异常故障问题时能够精准定位故障发生位置,系统分析故障出现原因,并对出现的应急事件进行危险度分层及远程监控。通过对应急救援指挥方案的归档整理、数据分析,为应急救援指挥方案的优化累积经验,为智慧管廊监控报警系统的进一步完善夯实基础。与此同时也能为相关负责人的应急救援指挥工作的协调管理提供可靠的分析数据,以此*大限度的降低突发风险事件的危害程度。

    4、AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台

    4.1平台概述

    AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体,为建立可靠、安全、高效的综合管廊管理体系提供数据支持,从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计,解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题,大大提高了系统运行的可靠性和可管理性,提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。

    4.2平台组成

    安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台,它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据,通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度,同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、高效、有序的要求。

    4.3平台拓扑

    4.4平台子系统

    4.4.1电力监控

    电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所,对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控,对0.4kV出线配置多功能计量仪表,用于测控出线回路电气参数和用能情况,可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS,包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。

    4.4.2环境监测

    环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警,同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。

    4.4.3电气安全

     AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器,消防设备电源传感器、防火门状态传感器,接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示,并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视,发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。

    4.5相关平台部署硬件选型清单

    4.5.1电力监控及配电室环境监控系统

    4.5.2电气火灾监控系统

    应用场合

    产品

    型号

    功能

    各变电所

    0.4KV出线

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    ARCM200

    系列

    用于检测TN-C-S、TN-S及局部TT系统中的剩余电流、温度等电气参数,从而预防电气火灾的发生。

    各舱室

    末端配电箱

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    ARCM300

    系列

    用于检测TN-C-S、TN-S及局部TT系统中的剩余电流、温度等电气参数,从而预防电气火灾的发生。

    区域

    变电所

    区域分机

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    Acrel-6000/B3

    接收电气火灾监控探测器信号,实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理,采用485通讯

    主变点所

    监控中心

    控制主机

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    Acrel-6000/B

    接收电气火灾监控探测器信号和各区域分机数据,实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理,可采用485通讯。

    配套附件





    0.4kV电流

    互感器

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    AKH-0.66

    测量型互感器,采集交流电流信号。































    4.5.3消防设备电源监控系统

    应用场合

    产品

    型号

    功能

    消防设备电源电压监控

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    AFPM3-2AVM

    监测两路三相交流电压,二总线通讯。

    区域

    变电所

    区域分机

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    AFPM100/B3

    接收消防设备电源监控探测器信号,实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理,可采用二总线通讯。

    主变点所

    监控中心

    控制主机

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    AFPM100/B1

    接收消防设备电源监控探测器信号和各区域分机数据,实现对被保护电气线路的报警、监视、控制与管理,可采用二总线通讯。



















    4.5.4防火门监控系统

    应用场合

    产品

    型号

    功能

    普通舱室

    配电室

    常开防火门

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    AFRD-CK(YT)-65

    AFRD-CK(YT)-85

    AFRD-CK(YT)-120

    监测常开防火门的开闭状态。

    常闭防火门

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    单扇:AFRD-CB1(YT)

    双扇:AFRD-CB2(YT)

    监测常闭防火门的开闭状态。

    防爆舱室

    常开/常闭

    防火门

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    AFRD-MC

    监测常开、常闭防火门的开闭状态。

    监测模块

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    AFRD-CK/CB

    接收AFRD-MC的状态信息同步传输至防火门监控主机。

    区域

    变电所

    区域分机

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    AFRD100/B3

    接收防火门监控模块和防火门一体式探测器的信号,实现对防火门开闭状态的报警、监视、控制与管理,采用二总线通讯。

    主变点所

    监控中心

    控制主机

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    AFRD100/B

    接收防火门监控模块和防火门一体式探测器的信号以及各区域分机的实时数据,实现对防火门开闭状态的报警、监视、控制与管理,采用二总线通讯。








































    4.5.5消防应急照明和疏散指示系统

    5结语

    地下综合管廊是维持城市发展、企业生产及公众生活的重要市政基础设施,不仅能够大幅降低市政管线后期维护检修难度,还有助于从根本上消除“马路拉链"问题,以此避免不必要的经济损失。智慧管廊监控与报警系统有助于地下综合管廊的日常管理智能化,能够满足土建结构监测、内部环境监控、管廊状态监控、日常运维管理及应急处理预警等多种功能需求。由此可见,智慧管廊监控与报警系统能够对管廊内部环境、机械设备设施、管线运行状况进行全过程跟踪与管廊,因此能够全面的保障环境、设备及人员的安全,进而为城市化进程的推进夯实市政设施基础。

    参考文献

    [1]张浩喆.智慧管廊监控与报警系统设计思路探究

    [2]唐超,马全明,王思锴,等.基于GIS-BIM的城市综合管廊智能运维管理平台研究与设计[J].北京测绘,2017(2):22-27.

    [3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05

    作者简介:黄琴,女,现任职于安科瑞电气股份有限公司,主要从事智慧管廊监控研究发展。


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