淺談城市地下綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)

摘要： 城市地下綜合管廊承擔(dān)著城市信息傳遞、能源輸送、排澇減災(zāi)、廢物排棄的功能，是生存和發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，是確保社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)健康、協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展的重要保障。本就目前綜合管廊的管理和運(yùn)維存在的問題，擬為某項(xiàng)目建設(shè)“維護(hù)和管理地下綜合管廊數(shù)據(jù)的智慧化管理平臺(tái)”。此平臺(tái)可提供、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)錄入、編輯、管理、分析、維護(hù)的功能，方便管理人員及時(shí)掌握現(xiàn)狀，可為管理者提供全生命周期的運(yùn)維手段。

關(guān)鍵詞： 綜合管廊; 智慧化管理; 計(jì)算機(jī)技術(shù)

0 、引言

綜合管廊工程是美化城市環(huán)境、節(jié)約土地資源、促進(jìn)城市快速發(fā)展、提高城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的設(shè)施。相對(duì)于傳統(tǒng)的地下管線建設(shè)及管理工作，管廊運(yùn)維存在多種管線入廊、設(shè)備種類繁多、地下環(huán)境及內(nèi)部空間復(fù)雜、控制系統(tǒng)繁多等特點(diǎn)，這些都給管廊建設(shè)及后期維護(hù)管理工作帶來運(yùn)維成本高、管理工作分散、安全管理難度大等問題。目前大多數(shù)管廊運(yùn)管中心平臺(tái)建設(shè)，基本都能完成多系統(tǒng)的接入，其中包括環(huán)境、消防、視頻、對(duì)講、巡查等，但是各個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立，未能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用聯(lián)動(dòng)，導(dǎo)致運(yùn)管中心所需操作人員多、所需學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)多，培訓(xùn)成本高的同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用調(diào)用繁瑣復(fù)雜。

因此，運(yùn)維管理平臺(tái)的建設(shè)需要利用先進(jìn)成熟的計(jì)算機(jī)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、定位技術(shù)、通訊技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，對(duì)綜合管廊的進(jìn)行的智慧化管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合管廊的實(shí)時(shí)監(jiān)控、動(dòng)態(tài)管理，為綜合管廊運(yùn)維工作提供完整、準(zhǔn)確的信息支撐。

1、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

管廊內(nèi)風(fēng)機(jī)、水泵、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、設(shè)備監(jiān)控傳感器等設(shè)備接入配控間的PLC 中，使用工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)組成數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)，其中工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)與管廊內(nèi)配控間PLC 相連，通過環(huán)網(wǎng)接入到主控室核心交換機(jī)，與上位機(jī)進(jìn)行通訊，用于采集配控間PLC設(shè)備中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)發(fā)給管廊監(jiān)控運(yùn)維管理軟件平臺(tái)。其中，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警子系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、防爆手機(jī)直接通過各自的專用網(wǎng)絡(luò)接入管廊監(jiān)控運(yùn)維管理軟件平臺(tái)，所有系統(tǒng)由平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、分析和管理。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 方案系統(tǒng)架構(gòu)圖 

2、管廊監(jiān)控運(yùn)維管理軟件平臺(tái)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)都要從整體和系統(tǒng)的角度考慮其角色和作用，地利用三維引擎技術(shù)、BIM 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目基本信息與空間數(shù)據(jù)的結(jié)合，建成信息共享、集成的、綜合的管廊管理信息化作業(yè)管理平臺(tái)。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框架基于三層體系結(jié)構(gòu),感知傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層。這種體系結(jié)構(gòu)無論從平臺(tái)的角度還是從開發(fā)的方面，均是一個(gè)結(jié)構(gòu)靈活、便于調(diào)整的應(yīng)用體系。而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)訪問、共享等通過組件層進(jìn)行封裝，各個(gè)應(yīng)用可以基于組件迅速搭建。系統(tǒng)框架見圖2。

圖2 軟件系統(tǒng)架構(gòu)圖

3、管廊控制中心硬件系統(tǒng)

綜合管廊管理系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和SCADA 系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行建設(shè)，SCADA 系統(tǒng)是管理系統(tǒng)的前端，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為后臺(tái)為分析管理提供數(shù)據(jù)支撐。管理系統(tǒng)將各地分散的數(shù)據(jù)集中匯總，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、展示、報(bào)警預(yù)警、智能聯(lián)動(dòng)等綜合監(jiān)控和運(yùn)營(yíng)維護(hù)功能。系統(tǒng)功能架構(gòu)見圖3。

圖3 功能架構(gòu)圖

4、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

4.1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?；馂?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

 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)

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 

防火門監(jiān)控系統(tǒng)（管廊地下部分）產(chǎn)品選型

  AFRD100/B防火門監(jiān)控器能夠通過二總線與多個(gè)防火門監(jiān)控模塊相連，構(gòu)成集散式防火門監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控器能實(shí)時(shí)接收處理各路監(jiān)控設(shè)備發(fā)送的斷路、短路、故障信號(hào)，同時(shí)在液晶屏幕上顯示，當(dāng)斷路、短路及通訊故障發(fā)生時(shí)，監(jiān)控器能發(fā)出聲光故障信號(hào)，在屏幕上顯示故障位置及故障類型，并具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢和報(bào)警信號(hào)控制輸出等功能，還具備對(duì)監(jiān)控模塊的遠(yuǎn)程復(fù)位功能。

防火門監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)

4.2 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)：一是環(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。

針對(duì)排水設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備等監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可以配套使用安科瑞消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)及傳感器。選型如下：

消防電源監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的監(jiān)控功能：

1. 監(jiān)控器通過接收多臺(tái)傳感器的電壓、電流信息和開關(guān)狀態(tài)信息，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)消防設(shè)備電源工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視；

2. 當(dāng)被監(jiān)測(cè)回路報(bào)警時(shí)，可控制輸出繼電器閉合，用于控制被保護(hù)電路或其他設(shè)備，當(dāng)故障消除后，控制輸出繼電器釋放；

3. 系統(tǒng)故障報(bào)警：程序不能正常運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控設(shè)備發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)面板上的“系統(tǒng)”故障指示燈亮；

4. 當(dāng)發(fā)生過壓、欠壓、錯(cuò)相、過流故障報(bào)警或通訊、電源故障時(shí)，系統(tǒng)將故障報(bào)警部位、故障信息、故障報(bào)警時(shí)間等信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)故障報(bào)警解除、排除故障時(shí)，同樣予以記錄。

消防電源監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)

4.3 管廊風(fēng)機(jī)、水泵等穩(wěn)定運(yùn)行-電動(dòng)機(jī)保護(hù)器 

管廊運(yùn)行時(shí)，廊內(nèi)風(fēng)機(jī)、水泵、環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器、設(shè)備監(jiān)控傳感器等設(shè)備接入配控間的PLC 中，使用工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)組成數(shù)據(jù)環(huán)網(wǎng)，其中工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)與管廊內(nèi)配控間PLC 相連，通過環(huán)網(wǎng)接入到主控室核心交換機(jī)，與上位機(jī)進(jìn)行通訊，用于采集配控間PLC設(shè)備中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)發(fā)給管廊監(jiān)控運(yùn)維管理軟件平臺(tái)。

其中風(fēng)機(jī)、水泵的運(yùn)行監(jiān)控可加裝安科瑞電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，以下為產(chǎn)品選型方案：

			以滿足多種控制方式

ALP300 保護(hù)器，采用新的單片機(jī)技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、數(shù)字化、智能化等特點(diǎn)。保護(hù)器能對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的起動(dòng)超時(shí)、過壓、欠壓、過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、阻塞、短路、外部故障等多種情況進(jìn)行保護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員可通過數(shù)碼管顯示屏快速查找故障原因。本保護(hù)器具有 RS485 遠(yuǎn)程通訊接口，DC4～20mA 模擬量輸出，方便與 PLC、PC 等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

ARD2F 系列智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（以下簡(jiǎn)稱保護(hù)器）能對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的多種故障情況進(jìn)行保護(hù)，并設(shè)有 SOE 故障事件記錄功能，方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員查找故障原因。本保護(hù)器具有 RS485 遠(yuǎn)程通訊接口，DC4～20mA 模擬量 輸出，方便與 PLC、PC 等控制機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

ARD3M 智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器（以下簡(jiǎn)稱保護(hù)器）適用于額定電壓至 660V 的低壓電動(dòng)機(jī)回路，集保護(hù)、測(cè)量、控制、通訊、運(yùn)維于一體。其完善的保護(hù)功能確保電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，帶有邏輯可編程功能，可以滿足多種控制方式。可選配不同通訊模塊適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)通訊需求。 

功能特點(diǎn)：

u 輔助電源類型可選，AC220V 電源模塊支持電源范圍 AC85-265V/DC100-300V，AC380V 電源模塊支持電源范圍 AC/DC100-415V。 

u 支持基波和全波電力參數(shù)測(cè)量（U、I、P、Q、S、PF、F、EP、EQ），電壓及電流不平衡度，電壓、電流正序、負(fù)序、零序分量，三相電壓相角，剩余電流，電壓、電流 2-63 次分次諧波測(cè)量，分次諧波含有率及總諧波畸變率。 

u 保護(hù)功能包括過載反時(shí)限、過載定時(shí)限、接地、起動(dòng)超時(shí)、漏電、欠載、斷相、堵轉(zhuǎn)、阻塞、短路、溢出、不平衡(電流、電壓)、過功率、欠功率、過壓、欠壓、相序、溫度、tE時(shí)間、外部故障、起動(dòng)次數(shù)限制、運(yùn)行時(shí)間報(bào)警、故障次數(shù)報(bào)警。 

u 10 路可編程 DI 輸入，默認(rèn)采用內(nèi)置 DC24V 電源，也可選擇外部有源濕接點(diǎn)（詳見選型表格）。 

u 6 路可編程 DO 輸出，滿足直接起動(dòng)，星—三角起動(dòng)，自耦變壓器起動(dòng)，等多種起動(dòng)方式，可通過通訊總線實(shí)現(xiàn)主站對(duì)電動(dòng)機(jī)的“起/停”。 

u 可選抗晃電功能：支持晃電立即再啟動(dòng)、失壓重起動(dòng)。 

u 標(biāo)配 2 路 MODBUS_RTU 通訊，有 PROFIBUS DPV1、以太網(wǎng)、PROFINET 通訊模塊供選配。 

u 可選配 2 路 DC4-20mA 模擬量輸出接口，與 DCS 系統(tǒng)相接，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的監(jiān)控。 

u 具有故障記錄、起動(dòng)記錄、停車記錄、DI 變位記錄和再起動(dòng)記錄等各類事件記錄，可查看多項(xiàng)電機(jī)運(yùn)維信息，同時(shí)可記錄電機(jī)運(yùn)行 1-5 小時(shí)運(yùn)行記錄。 

u 顯示界面支持中/英文液晶顯示。 

u 支持 U 盤導(dǎo)出波形記錄與事件記錄數(shù)據(jù)，可使用 EXCEL 打開導(dǎo)出事件記錄文件。 

u 選配彩色液晶顯示時(shí)可加配 WIFI 功能，通過手機(jī)或電腦連接該 WIFI 查看、設(shè)置電機(jī)保護(hù)器相關(guān)數(shù)據(jù). 

5、結(jié)束語(yǔ)

為保障城市地下綜合管廊安全、可靠運(yùn)行，構(gòu)建可以提高綜合管廊運(yùn)營(yíng)維護(hù)水平并能提升應(yīng)急處理能力的智慧化管理平臺(tái)十分必要。本文主要介紹了管廊監(jiān)控運(yùn)維管理平臺(tái)的總體技術(shù)方案、運(yùn)維管理平臺(tái)的軟件系統(tǒng)架構(gòu)以及平臺(tái)的軟硬件的系統(tǒng)功能，平臺(tái)基于BIM 技術(shù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)、三維可視化、通信等多種先進(jìn)的技術(shù)手段，可開展高效、、合理、實(shí)用的綜合管廊信息化管理建設(shè)。  

參考文獻(xiàn) 

【1】金江軍. 郭英樓.智慧城市: 大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的城市治理( 第4 版) ［M］ 

【2】任國(guó)華. 姜川.淺談某項(xiàng)目綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用手冊(cè).2020.06版 

【4】吳恩遠(yuǎn),周中. 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用圖集  2012.8