浅谈基于物联网技术的地下综合管廊智慧管控平台建设分析

罗轩志

安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：本文以物联网、GIS等技术为基础，采用文献研究等方法，在探究我国地下综合管廊管廊现状及相关技术飾基础上，对其智慧管控平台的建设展开了研究，希望能为相关研究及建设提供有价值的参考.

关键词：物联网；GIS系统；地下综合管廊；管控平台

0引言

       2015年，国家财政部与住房城建部公示了10个地下综合管廊建设试点城市，自此管廊建设在国内许多城市相继展开。传统方式下，地下管线的建设缺少系统规划，容易给道路建设等造成不良的影响，电力、通信、燃气、给排水等方面的管控十分独立，且缺少有效、时效性强的监控与管理，这导致了财力物力的严重浪费，增加了其运营维护的难度，留存了许多安全隐患，若出现事故还可能引起连锁、衍生的灾害，对人们的正常生活甚至生命财产安全带来很大的负面影响。而综合管廊是将这些管线进行统一的规划和集中建设，进而提高地下的空间利用率，再结合物联网、GIS等技术打造智慧的运维管控平台，从而大大降低地下管廊在建设、使用等阶段出现故障、灾害的几率。而要想建设智慧的城市地下综合管廊信息管控平台，需要考虑经济、适用、安全等建设要求，考虑标准化管理、全生命周期管理等建设需求，考虑实际管控工作的便捷性、有效性等工作需求，因此需要积极借助物联网、GIS等先进的信息技术。由于综合管廊涉及多种管线，要想建设统一的维护标准，实现实时管理的需求，需要建设相应的监控与管理系统，综合管理方面，综合管廊有许多附属设施，要保证管廊安全运行、有效监管，就需要保证各子系统间数据一致，不能存在信息孤岛，这就要求管控平台有统一、灵活、快速响应且全面的系统架构，能满足现有的管控需求，又能一定程度满足未来新业务需求，实现管廊系统信息的高度集成，综合管控管廊主体、各类管线、附属设施及相应使用人群的相关信息，并依托物联网等技术实现有效、及时的信息互联与互通；监控方面，传感设备及时监测综合管廊内部消防、温度、气体等环境数据，利用GIS、BIM等技术获得相关监测数据的地理位置等信息，这些信息通过互联网等技术传递至监控中心，管理者进行监测、监控及相应的数据分析，对己发生或可能存在的安全隐患进行合理的处理。

1我国地下综合管廊的管控现状分析

       上世纪中叶，欧洲城市建设中发展出了综合管廊的概念，之后被日本、美国等国家先后引入，而我国台湾、北京、广州、上海等地区也建有一定规模的综合管廊，并己经投入运营了多年。国内外对综合管廊的研究集中在可行性分析、施工建设和规划设计等方面， 对管廊的运维管理的研究相对较少。我国2015年出台的相关政策中，指出各大城市应大力且合理的发展地下综合管廊，解决“里子”问题，但结合国内地下综合管廊的运营情况，其管控尚存在以下问题：

1.1管廊管理的方式落后

       目前国内己建成在运营中的地下管廊，多数以传统物业管理的形式来对综合管廊开展安全监控等方面的管理，且部分日常管理工作依然以纸质文档的方式进行，这导致应急指挥调度、资料查阅、 管廊巡检反馈等工作无法高效的开展，无法被有效的统筹规划，导致信息互联不及时、反馈滞后。

1.2管廊管理单位的工作机制不合理，各单位间联动性不足

       综合管廊的管控涉及不同的方面，因此其管理也涉及到不同的运营公司、权属单位及政府，要想同配合，开展有效的信息互通和协作管理，需要各单位间形成及时、合理的联动机制，且各单位内部建设合理的工作机制，但目前大国书己运营的管廊没有建设一个信息化的整体管控平台，各单位内部也缺少标准化的工作机制，这就导致各单位间的信息传递方式过于多样，无法保证信息互通的速度，埋下了许多存在安全隐患，不利于统一管理及政府的监督。

1.3缺少保障管廊高效、可靠运行的支持系统，或其功能性不足

       综合管廊设置在地下的密闭空间中，管线多样，附属设施也十分多样，为保障管廊安全可靠的运行，需要配备消防、火灾报警、 温控监测、气体监测、湿度监测、通风、防入侵等支持性系统，为提升管廊管控的效率，还应借助信息技术打造具备视频监控和无线通信等功能的协同系统，但目前许多综合管廊的管控支持系统建设不完全，视频监控等功能的质量不好。

1.4对管廊运营数据的再利用不足

       管廊建设及运行阶段，将产生大量的监测数据，这些数据涉及管廊环节的变化、各管线及设施的稳定状态等信息，因此可利用大数据、云计算等技术，分析这些复杂的数据，以有效预测未来一段时间内管廊的运行情况，及时的检查出可能发生的不良事件，然后制定相应处理措施，防患于未然。但目前许多城市在大力发展地下综合管廊的同时，未能充分的应用各类信息化手段，因此难以对管廊运行信息进行合理的利用，或忽视了该项工作，同时，这将一定程度上增加管控单位的经济投入。

2物联网、BIM等技术简介及其在地下综合管廊管控中的应用现状

2.1 BIM技术

       BIM-般应用于建筑工程，基于数据构建模型为建筑设计、施工等提供可视化的参考，来加强各类信息的沟通，以检查设计的不足，优化结构设计、施工方案，为施工、监理等主体提供便捷的信息。 随着近年来BIM技术在建筑行业的广泛应用，时间进度、成本造价等信息被融入BIM模型，从而对项目投资、施工进度、施工质量、 项目合同、资源等进行更系统、标准化的管控，基于BIM技术的优势， BIM技术也逐渐延伸至基础设施管理、地铁站管理、地下管廊管控等领域，但目前其在综合管廊中研究和应用十分少见。

2.2 CIS技术

       GIS系统基于计算机硬、软件的支持，可对整个地球表层空间内有关地理数据进行釆集、分析、储存、描述与，GIS技术的优势主要体现在利用丰富、准确的地理信息来处理用户数据，或根据用户需求开发出专用的地理信息服务系统，辅助管理者根据系统所反映的地理信息，在高精度范围内开展危机反应、灾害管理，以提升应急处置的效率和准确度。将GIS技术应用到地下管廊管控中，可建立相应的管道安全预警模型，如对天然气管道建立火灾预警系统， 迅速确定相关危险区域，判定火灾可能蔓延的区域，从而更有效的预防和控制火灾，合理的部署消防力量。将BIM技术与GIS技术结合，BIM为整个系统提供更丰富、准确的建筑空间信息，丰富GIS系统的数据，而GIS系统反过来依赖自身的环境信息为BIM系统提供更好的决策支持，两者集成应用于综合管廊的管控，可提供可视化、宏观及更准确的微观管控功能。但目前二者的融合应用尚存在很大问题，主要体现在可视化效果差、数据丢失。

2.3物联网

       物联网是基于互联网，由装载于物联对象上的射频、传感设备及GPS系统组成的信息网络，可实时、动态地感知和传递物联对象相关的信息，并依据物与物，物与群体间的交互关系来提供相应服务。通过在综合管廊中安装各类射频、传感设备，来感知和挖掘装载设备的各项基本信息及信息的变化规律、对象间的关系，来增强对整个管廊环境的感知，将其与GIS等技术结合应用，可进一步整合管廊的各类信息，提升数据分析的准确度和决策的合理性，并借助网络实现快捷的信息共享，更好地指导各管控单位的工作及用户的生活。

3基于物联网与GIS的地下综合管廊智慧管控平台的建设分析

       地下综合管廊管控工作须建设信息化的智慧管理平台，作用为接受综合管廊内各类监测信息及管网运行信息的中心，为管廊运行的安全性提供监测支持，同时支持管控人员对相关调控设备进行一定程度的远程操控。本文依托物联网、GIS等技术，研究能为提供设备监控、环境监测、安全防范等功能的管廊管控平台：

3.1综合管廊智控平台的构架设计

       管控平台需要满足综合管廊对安全运行、管廊供电、消防、照明、 通风、排水等多方面的需求，管控应全面相应内容，进行集中管理。为方便统一、标准化管理，可分利用统一架构、标准进行分层设计：

       (1) 感知层：利用摄像头、传感器来感知管廊气体环境，利用温湿度、电力和水位检测设备感知管廊的整体运行状态，利用风机、水泵、照明、消防等设备保障管廊安全，为管理安全运行提高更好的支持。

       (2) 接入层：为各类设备的安装提供统一接入服务，提供多类通信产品和接入方案，通过统一的数据釆集与控制接口，来支持目前常用的各种通信协议，使传感器、通风、配电、燃气、排水等设备能够快速接入。

       (3) 传输层：根据需求和安装条件灵活釆用有线、无线多种通信方式，实现安全、快速的数据传递与交互，确保能实时感知管廊数据，通过平台远程控制使相关设备实时执行命令。

       (4) 数据层：借助消息中间件、数据库和数据缓存、分析等服务与云计算、大数据等技术，构建管廊数据处理与存储的系统，为管控全程工作提供全方位服务。

       (5) 展示层：借助GIS, BIM,三维展示等技术，为管廊管控提供全方位可视化的应用服务，实现可视化的环境、设备监控， 帮助管控人员进行高效、准确的安全防范、运维管理、数据统计、 效能分析。

3.2各子系统的建设

       (1)监控系统：监控设备及系统是保证地下管廊安全运行的重要部分，包括区域控制器与环境传感器两大部分。借助光纤网络等形式将监控信息运输和传送监控至安防信息平台。在管廊管控系统中，一般利用ACU箱、环境监测传感器、光纤网络打造监控系统,由安防监控中心接收和处理信息，并按设定发布相应指令。 为提升监控的可视化程度，可釆用高清摄像头，釆用全网络覆盖数字化组网方式，并更深的应用GIS、BIM等技术。具体而言，管控平台可设置单独GIS模块，根据管廊建设相关的CAD图纸和勘察资料，建设并导入管廊模型及相关信息，依托BIM技提供管廊的主体结构、投料口、出线口的结构信息，及相关机电设备、控制设备、监控设备、附属设施等设施的参数信息，而GIS技术可更宏观地呈现管廊结构、走向、类型等信息，并准确显示所有结构、 设备的地理信息，及管廊沿线的交通、地质等信息，从宏观到微观为管廊安全监管与应急救援等工作提供可视化的辅助。

       (2)安全管理系统。安全管理系统对相关工作人员设置相应权限，控制和确保各类操作均予以相应等级的授权，防止工作人员随意进入管廊或进行其他不当操作，同时结合监控系统根据设定程序对相关不良操作发出警报。

       (3)入侵监测系统。综合管廊智控平台建设时，相关人员须对建设区域开展合理的布防工作，以为保证系统在这一阶段不被侵入。通过控制平台布防，设置系统操作权限与安全监测，对安全问题自动发出警告，告知工作人员具体的安全威胁及推荐釆用的解决方案。

       (4)门禁系统。利用无线射频等技术，建立门禁系统，保证非管控、维修等人员无法进入管廊各出入口，并通过射频识别和监控来识别和记录相关工作人员的操作，避免其随意进入、不当操作甚至恶意破坏。

       (5)火灾报警及消防系统。结合感知层的烟感探测器等设备， 感应管廊烟雾数值，若超过设定的安全范围，火灾报警装置自动报警，报警信息会通过管控平台反映给工作人员，消防系统根据具体的感应数值自动进行洒水等消防操作，操作人员也可通过平台进行相应的消防操作，快速制定和实施应急处置方案。

       (6)数据管理与维系统。数据管理是在定义数据及结构的基础上，选择数据并对数据进行标准化的管理，便于开展数据统计、分析等数据再利用工作。数据维护并非单独的系统，而是融入了各系统中，由各系统共同维护来保证数据的真是可靠性，保证各类数据在记录、转换、传输等过程中不被遗失或篡改。

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

4.5.3电气火灾监控系统

4.5.4防火门监控系统

4.5.5消防应急照明和疏散指示系统

5结束语

       综上所述，国内目前多数城市对综合管廊的实践较少，在管廊管理方面缺少经验，对物联网、GIS等技术的应用尚不深入。为提升管廊管控的水平，需要建设集成化的管控平台，将监控、安防、 火灾报警、数据管理等系统融合起来，集构建统一、联动的管控机制， 并通过更多的应用物联网、GIS等技术，来提升数据的感应、共享和可视化水平，从而帮助各系统的监管主体提高实际的工作水平。