浅谈物联网技术在地下综合管廊智能化平台建设中的应用

罗轩志

安科瑞电气股份有限公司  上海嘉定  201801

摘   要:物联网是21世纪传感技术、通信技术、信息技术的应用大集成利用物联网技术实现地下综合管廊的智能化管理符合经济和城市规划发展的需要分析了物联网技术的特点及地下综合管廊建设中物联网技术的应用并结合物联网技术在地下综合管廊建设的应用实例对物联网技术在地下综合管廊智能化建设市场前景进行了预测为物联网技术应用对地下综合管廊智能化建设提供参考。

关键词:地下综合管廊物联网智能化建设

1 地下综合管廊发展综述

       随着我国城镇化进程的推进地下管线的铺设错综复杂有可能影响管网系统的承载能力。地下综合管廊可有效地提高地下空间的利用率，1833年，法国对排水网络进行规划，将自来水、通讯管线设置在地下综合管廊之中。随后各国相继开始修建地下综合管廊， 如:1861年时英国伦敦修建地下综合管廊。1890年时德国汉堡市修建了地下综合管廊。俄罗斯莫斯科和北美的加拿大和美国密集城市，也均设置地下综合管廊系统。 1958年我国的第一条地下管廊在天安门广场改造工程中建成长约1km。1994年上海浦东综合管廊系统建成。近年来我国又相继开展管廊系统的建设， 如厦门市的集美大道综合管廊建设等。2015年发布的,《城市综合管廊工程技术规范》，完善了综合管廊的设计和施工规范、标准及流程。 在宏观政策方面， 颁布了《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》 《 关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》， 推动了地下综合管廊建设的迅猛发展。

2 地下综合管廊监控和运营管控平台系统的开发

       物联网包含了三个主要层次 :感知层、网络层和应用层。 对地下综合管廊在前期规划、设计、建设和运营维护过程中对地下综合管廊的智能化建设提供了技术上强有力的支撑。 根据物联网的特点感知层应当包含摄像头、RFID、传感器、监测设备等。 网络层包含基础网络系统、有线通信系统、无线通信系统等。应用层通过监控主机和相应的预警分析软件将综合管廊的实时信息进行分析、研判、管理。

       结合综合管廊的监控系统与运营管控系统综合管廊监控物联网技术的应用已在原有的1.0图形时代发展至现在的智慧时代4.0。本文作者参与了对某综合管廊监控系统和运营管控系统的项目开发该系统由环境与设备监控系统、设备监控、安全防范系统、语音通信系统、火灾自动报警系统、可燃气体探测报警系统、智能巡检机器人系统、结构健康监测系统、电力监控系统、巡检管理、运营管理、应急处置管理、专业管线监控接口、跨系统联动控制系统构成。主要系统功能简介如下:  

       环境监控进行环境参数监控并设置报警阈，如湿度、温度、水位、氧气浓度、甲烷浓度等,根据相关规范规定若管廊内氧气含量低于19.5% ,则报警;廊内硫化氢(H2S)含量高于10mg /m3（V/V）时或甲烷( CH4 ) 含量高于1%（V/V）中,则报警。安全防范中视频监控管理对管廊监控。入侵报警管理通过双光束红外线判断是否需要激发语音报警。出入口控制管理指的是在出入口设置出入口控制装置对进出管廊人员的身份进行识别认证同时具备对非正常开启、出入口长时间不关闭、通讯中断、设备故障等非正常情况的实时报警功能。 电子巡查管理是指在管廊每个舱内下列场所设置离线电子巡查点。

       固定语音通信系统和无线通信系统构成了语音控制系统。触发装置、火灾报警装置及辅助装置构成火灾报警系统。 可燃气体报警系统用于监测安装有燃气管道的舱室内可燃气体泄漏，及时向管廊监控中心发出报警信号启动应急抢险预案。机器人巡检系统通过智能巡检机器人能够对管廊现场视频画面、温湿度环境以及有毒有害气体浓度等监测要素进行不间断地自动巡检与信息采集，对其他固定式在线监测系统无法完全覆盖的情况进行有效补充。

       当发生紧急情况时，巡检机器人可代替人力在第一时间进入事故现场，把现场的视频、图像等数据发送回指挥中心，同时，也可以执行应急对讲指挥等相关的处置措施，起到更好的防灾减灾效果。混凝土管廊和附属管道的监测由结构健康监测实现。电力监控系统对箱式变电站高低压部分供电回路进行远程监测，保障管廊供电安全和稳定。运维管理主要分两部分:管廊自身运维和入廊管线运维。 图1 所示为管廊运维管理的流程图。运营管理对入廊管线业主单位的管理可进行信息录入、查询、修改等操作。应急处置管理主要由应急队伍、应急物资、应急预案管理构成。专业管线监控管理是指入廊管线进行监控并配置相应的监控系统。跨系统联动控制将所有子系统之间需要共享的数据收集并对不同的数据实行互联互通。 图2 所示为某综合管廊监控系统和运营管控系统建成后的运营情况在3D环境下,实时反应每个设备的运行情况。

图 1  管廊运维管理流程图

图 2   综合管廊监控系统和运营管控系统

3 地下综合智能管廊的建设及营运模式

地下综合管廊建设在不同阶段均存在一定的问题，在前期规划、设计综合管廊的建设缺乏统一的设计标准。 在建设阶段会面临建设资金困难。 在营运期间综合管廊中的不同管线的维修风险和维修成本不同因此不同的营运部门需要对运营风险进行评估。在投资方面普遍采用投资、建设和运营一体化＋入廊单位付费＋政府补贴的PPP模式:引入社会资本成立相应的项目公司负责管廊的融资、建设及运营维护在管廊建成后项目公司根据地方的收费政策对相关入廊单位收费在合作期结束后交付政府使用能够有效减少地方财政的资金压力。

4 综合智能管廊物联网技术应用的市场前景及市场机会分析

随着物联网、大数据、AI 等技术的发展我国的智慧城市建设正在从连接互联网的1.0时代向更高效的数据互联的2.0 时代迈进。智慧城市不再只是信息化而是人工智能化的新型基础设施的集合如智慧城市中的智慧市政（水电煤能源、管网、路灯等）智能交通、智能安监等。

在此背景下能源、建设、生产、安保等城市经济服务等 方面的物联网技术应用正在形成下一个建设风口据统 计物联网应用市场规模或达万亿级目前已吸引了包括腾讯、阿里等互联网巨头以及移动、联通等电信企业布局市场。

综合管廊的物联网技术应用也属于政府智慧城市、提供城市公共服务的建设范畴建设需求取决于政府对城市市政设施的公共管理与服务模式的创新从法律法规到地方政策到行业技术标准多维度推进综合管廊物联网技术应用的发展。综合管廊物联网技术的应用上应注重对相关技术的突破逐步完善技术标准及法律法规。纵观物联网行业由众多的大、中、小企业构成了综合管廊物联网技术的主要研发、应用、建设力量随着政策、技术标准的完善和市场的 规模化综合管廊物联网企业及市场必将呈现出整合、优化，再迅猛发展的态势。

综合管廊的物联网技术应用将逐步实现地下综合管廊的智能化ꎻ在行业标准方面对综合管廊物联网应用将实现智能、规范及标准化。 在产业应用方面综合管廊物联网技术应用将实现人、物及服务智能的充分整合。总之随着城市建设的规范化及标准化同时创新建设模 式吸引社会资本地下综合管廊的建设发展必将对物联网产品研发、实施、集成服务企业带来巨大的市场机会市场前景可期。

5 AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台

5.1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。

5.2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。

5.3平台拓扑

5.4平台子系统

5.4.1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。

5.4.2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。

5.4.3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。

5.5相关平台部署硬件选型清单

5.5.1电力监控及配电室环境监控系统

5.5.2电气火灾监控系统

5.5.3消防设备电源监控系统

5.5.4防火门监控系统

5.5.5消防应急照明和疏散指示系统

6 结语

地下综合管廊的智能化建设离不开物联网技术本文对物联网技术如何应用于地下综合管廊的建设中进行了分析，对工程项目案例进行了简介，同时对某综合管廊监控系统和运营系统的开发进行了概要说明，总结了目前地下综合管廊的建设及营运模式、综合管廊物联网技术应用的市场前景及行业市场机会分析，对地下综合管廊智能化建设进行了有益的探索与思考。