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系统设计和综合管廊论文范文

摘要：目前我国各大城市综合管廊建设快速发展,综合管廊的监控及报警系统设计多种多样,国标图集和部分地方标准做法也不尽相同,没有统一的原则.通过对综合管廊内设备及仪表的分析,并结合自动化管理运行因素和综合管廊设计案例,简要总结综合监控及报警系统设计要点.

关键词：综合管廊;维护站控制中心;网络通讯方案;监控与报警系统

引言：改革开放以来,随着城市人居环境、群众生活以及国家国力财力不断提升,城市功能日趋改善,对城市基础设施建设提出了更高的标准和要求,建设地下综合管廊是实现城市基础设施弹性化、集约化和可持续发展的重要措施,可以大幅度提高城市基础设施防灾防毁能力,保证水、电、暖、气等重要生命管线安全稳定的运行,同时还可以有效避免马路拉链、地下空间浪费等问题.国家相继出台了一系列推动综合管廊建设的意见和相关技术规范,国内越来越多的城市都在加快推进综合管廊的规划、建设.

综合管廊的功能相对明确单一,其作为城市主动脉,重要性不言而喻,监控与报警系统作为综合管廊最主要的附属工程,为管廊内消防、通风、排水、照明、监控、安防、通信等系统提供自动化运行保证,监控与报警系统的安全、可靠运行是设计的首要目标.

通过对多个综合管廊项目的分析,并结合笔者参与的综合管廊项目,对综合管廊的监控与报警系统设计方案进行简要介绍.

1、项目概况

西安市幸福林带综合管廊为西安市先期启动建设的管廊之一,幸福林带则是西安市老城区内规划保留时间最久、宽度最大的绿化走廊,管廊位于林带两侧机动车道及人行道下,主要包含了幸福路综合管廊、万寿路综合管廊（南北向）以及西影路、建工路等连接管廊（东西向）;建设管廊总长度约20.43km.

幸福林带综合管廊内的管线包含给水、热力、燃气（中压）、电力、通信共5类市政管线,设有综合舱、电力舱、天然气舱,采用钢筋混凝土结构,主要断面形式详见图1.

2、管廊等级及监控与报警系统设计原则

综合管廊做为城市重要的基础设施之一,中断供电将存在重大的安全隐患,根据幸福林带管廊断面规模确定为干线综合管廊.监控与报警系统需设置环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、火灾自动报警系统和统一管理平台等子系统.管廊监控与报警系统设置选择原则如表1所示.

3、维护站控制中心

控制中心作为城市地下综合管廊的重要配套设施,对于地下综合管廊的监控与报警、协调管理、应急指挥等都发挥着重要作用,建设意义十分重大.

根据综合管廊分布及建设时序,控制中心宜分层级进行设置,西安市综合管廊监控中心整体按架构设置,即市级总控中心、项目公司区域分控中心、维护站控制中心.幸福林带综合管廊需建设维护站控制中心,与管廊同期建设,同步建成投运,维护站控制中心设计在幸福林带商业体负一层内,办公面积不大800㎡,靠近幸福路人员出入口,步行距离约150米,方便工作人员进出.幸福林带维护站负责管理维护的管廊区域及长度详见图2.

4、网络通讯系统方案

幸福林带综合管廊监控与报警系统共设置三套不同的网络：自控网、通讯网及消防网.自控网包括环境与设备监控系统、安全防范系统;通讯网包括通信系统;消防网包括火灾自动报警系统、可燃气探测报警系统.

自控网采用1根室外12芯单模光缆,其中：自控网的设备监控系统占用2芯、安全防范系统分别占用2芯（根据带宽可调整为4或6芯）,其余为备用芯;通讯网采用1根室外4芯单模光缆,通讯网占用2芯,其余2芯为备用;消防网采用单独1根室外12芯单模光缆传输,不得与其他非消防类信号共用光缆传输.

网络架构采用三层网络架构：核心层、汇聚层和接入层.其中：核心层与汇聚层组成光纤万兆环网（大环）,汇聚层与接入层组成千兆光纤环网（小环）,整个网络形成大环套小环的网络传输方式.核心交换机设置于综合管廊控制中心内;汇聚层交换机设置于综合管廊的设备间内,每条管廊设置2套汇聚交换机（自控与视频共用一套、通讯一套）;接入层交换机设置于综合管廊的设备间控制柜内,控制柜内设置3套接入交换机（自控、视频、通讯分开）,负责接入相邻两个防火分区内的网络设备,幸福林带综合管廊网络架构详见图3.

5、监控与报警系统设计

1）环境与设备监控系统

在幸福林带综合管廊每个防火分区（或相应控制区段）内,对管廊环境参数进行监测与报警,含有两类及以上管线的舱室,按照最高类要求的管线设置,设计具体监测内容如下：

电力舱环境监测内容：含氧量、温/湿度、集水坑水位;

综合舱（不含污水管线）环境监测内容：含氧量、温/湿度、集水坑水位;

天然气舱环境监测内容：含氧量、温/湿度、集水坑水位、有毒气体（CH4）.

集水坑处设置用于启停泵控制及报警液位测量的水位检测装置,设计统一采用浮球液位开关,环境监控系统设备通讯采用现场总线或硬接线传输,并采用工业级产品,设备防护等级IP65,天然气舱采用防爆设备,防爆等级ExdIIBT4.

设备监控需对主要电气设备进行状态监测和控制,具体包括：照明、进/排风机、排水泵、进/排风阀、管线配套控制执行机构等电气设备.

2）安全防范系统

安全防范系统主要包含四套子系统：视频监控子系统、入侵报警子系统、出入口控制子系统、电子巡查子系统.

在综合管廊內沿线舱室、配电室、人员出入口、逃生通道等场所设置监控摄像机;在沿线舱室内每个防火分区设置两台摄像机（根据实际情况最多不超过3套）,不分防火分区的舱室,摄像机设置间距不大于100m.视频监控采用数字型网络监控摄像机,采用网线进行传输,距离超长点位（≥90m）时采用光纤收发器形式传输,信号均接入配电室控制柜内,通过控制柜内以太网交换机将视频信号上传至监控中心.

在综合管廊进风口、排风口、人员逃生口、人员出入口、配电室逃生口处设置入侵报警装置.当探测到有人进入时,可联动声光报警器发出声光报警、激活相应位置的摄像机进行视频监视,并将报警信号传输至配电室控制柜.

在综合管廊内的每个出入口均设置门禁读卡器,读卡出入,对强行闯入有报警功能,门禁控制器通过以太网连接方式接入控制站,可实现远程开启/关闭功能.

在综合管廊内设置云巡更电子巡查管理系统,天然气舱设置离线式电子巡查管理系统.在每个防火分区（或相应区段）内设置至少两个巡更点,间距不大于100m.巡查管理主机设置在监控中心,巡查管理主机具有设置、更改巡查路线的功能,对未巡查、未按规定线路巡查、未按时巡查等情况进行记录、警示等.

3）管廊专用通信系统

在综合管廊内设置固定通信系统,通过光纤环网及控制中心内电话程控交换机系统可实现各通讯点之间的通话.在管廊每个防火分区内至少设置两处电话通信点,不设防火分区的舱室,通讯点设置间距不大于100米.固定通信采用数字型IP网络电话机,采用网线进行传输,距离超长点位（≥90m）时采用光纤收发器形式传输,信号均接入配电室控制柜内,通过控制柜内以太网交换机将语音信号上传至监控中心.固定电话与消防电话合用,采用独立通信系统.

在综合管廊内,除天然气舱室外,设置无线AP通信基站,每个防火分区（或相应控制区段）内各安装两台无线基站（根据实际情况最多不超过3套）,每台无线基站覆盖范围100米,人员配置巡检设备可通过无线基站将巡检数据实时传输回中心,无线AP通信基站采用网线进行传输,距离超长点位（≥90m）时采用光纤收发器形式传输,信号均接入配电室控制柜内,通过控制柜内以太网交换机将语音信号上传至监控中心.

4）火灾自动报警系统

火灾自动报警系统设计采用监控中心报警系统,由监控中心火灾报警上位机、火灾报警联动控制柜、分配电室火灾报警控制柜、通讯网络等组成.

消防控制室内设置火灾报警控制主机（单台容量不应超过3200点）、消防联动控制台（柜）、图形显示装置、防火门监控器等设备或具有相应功能的组合设备组成,并设有直接报警的外线电话.消防控制室应能显示所有火灾报警信号和联动控制状态信号,并应能控制重要的消防设备;各区域报警控制器（联动型）之间可互相传输、显示状态信息,但不应互相控制.控制室内设置火灾报警上位机,负责接收和处理管廊内的火灾报警信息和消防设备联动信息.

管廊设备间内火灾报警联动控制器通过单模光缆组成主干火灾报警通讯环网,完成所辖区域内的火灾监视、报警及消防联动,并将所有信号通过网络上传至控制中心,通过上位机与综合管廊监控系统通讯.

在电力舱全线设置智能感烟火灾探测器、线型感温火灾探测器（随入廊缆线安装时一并敷设）、手动火灾报警按钮及声光报警器.当火灾探测器或手动报警按钮发出火灾报警信号时,控制器联动开启相应防火分区及相邻分区内的声光报警器,并联动关闭着火防火分区及相邻分区内正在运行的排风机,进、排风阀,切断配电柜里的非消防回路,启动应急照明和灭火系统.电力舱各防火分区采用常闭防火门,在防火门门框安装门磁开关,用以探测防火门打开、关闭状态,进行状态信号反馈.

5）天然气体报警系统

天然气管道舱内设置可燃气体探测报警系统,系统由可天然氣体报警控制器、可燃气体探测器和声光报警器等组成.

在天然气舱室内顶部、人员出入口、通风口、投料口等舱室内最高点气体易于聚集处设置可燃气体探测器,探测器监测气体为天然气,报警阀值为监测天然气爆炸下限值的1%-20%可调.将探测器信号接入可燃气体报警控制器,报警控制器设置在综合管廊区间配电室内.可燃气体报警控制器将报警信号接入单模光缆组成的火灾报警通讯环网,完成所辖区域内的天然气报警联动及将所有信号通过网络上传至监控中心,通过天然气报警管理工作站与综合管廊监控系统通讯.

当任意探测器达到报警阀值的15%时,可燃气体报警控制器发出报警信号并启动声光报警器,同时联动启动事故段风机及相邻分区风机高速运行.任意探测器达到报警阀值的20%时,可燃气体报警控制器发出报警信号,联动切断进气总管电磁阀.

结语：

综合管廊作为重要的市政基础设施,随着现代化城市的发展,其重要性会愈加明显.作为大型的地下构筑物,综合管廊在设计阶段就应该充分考虑各种因素,对设计方案优化比选.监控与报警设计作为其中不可或缺的一项内容,更应在保证功能条件下,提高设计的可靠性、安全性和经济性.

综合管廊监控与报警系统需按管廊类型及断面高度进行设置,确保完整的监控报警系统架构,能显著提高管廊的智能化水平及运维管理效率,保证管廊本体及人员安全,同时还可降低管廊的能耗,具有良好的社会经济效益,以保障管廊项目的长期稳定发展.

参考文献

1、桂跃武.城市地下综合管廊智能化设计探讨[J].中国科技投资, 2018,17 （15）：20-21.

2、何玉龙,张德祥, 任宇宁.城市综合管廊环境与设备监控系统及视频监控与人员定位系统的设计与研究[J].公路, 2019, 64（02）：196-199.

3、 GB/T 51274-2017.城镇综合管廊监控报警系统工程技术标准[S].北京：中国计划出版社, 2017.

4、上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司, GB50838-2015 城市综合管廊工程技术规范[S]. 北京：中国计划出版社, 2015.

5、孙伟俊, 万杰.综合管廊火灾监控及报警技术探讨[J].消防科学与技术, 2017, 36（09）：1257-1258, 1261.

6、董欣刚.城市综合管廊基于物联网融合通信系统的应用[J].建筑技术开发, 2017, 44（22）：88-89.

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