周王飛，謝旭峰，王如，湯川川，尚應(yīng)帥

（中鐵四局集團第一工程有限公司，安徽 合肥 230000）

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對于大中城市的規(guī)劃建設(shè)愈發(fā)密集，甚至部分城市患上“城市病”，受到了地上電網(wǎng)、電桿的彌補形成以及地下管線更新、故障等因素的影響，需反復(fù)挖開地面，不僅影響城市建設(shè)用地與市容市貌，同時也帶來了高昂的施工成本與巨大的施工隱患。綜合管廊是以集約化設(shè)計作為規(guī)劃理念，可對于市政管線進行統(tǒng)一化管理，城市規(guī)劃中地下綜合管廊建設(shè)可滿足城市對于新道路的功能要求，有利于市政管線的維護與保養(yǎng)，強化城市的綜合承載力，也大大提升城市的服務(wù)水平。一旦綜合管廊結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大變形無法及時修復(fù)時，將會影響內(nèi)部管網(wǎng)的正常應(yīng)用，導(dǎo)致管線出現(xiàn)損壞大大增加火災(zāi)、爆炸等安全事故的發(fā)生概率。城市綜合管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用，能夠大大提升管線安全運行效率，大大降低安全風(fēng)險發(fā)生概率。

1 項目概述

1.1 項目簡述

LP 地下綜合管廊工程項目全長供給3km，共分為三艙分別是電力艙、熱力水信艙以及天然氣艙。環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主機放置在分控中心，對于各個區(qū)域進行管控的設(shè)備放置在風(fēng)機房內(nèi)。LP 地下綜合管廊工程內(nèi)所收容的管線種類相對較多，且大部分的管道具備危險性特征，在應(yīng)用期間極易出現(xiàn)觸電、有毒有害氣體泄漏以及爆炸性氣體泄漏的情況，影響綜合管廊的安全應(yīng)用，因此，環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的安全對于安全事故的預(yù)防有著重要的意義。

1.2 綜合管廊病害特征

地下綜合管廊作為城市生命線工程項目，對于整個城市發(fā)展均有著極大的影響，但LP 地下綜合管廊工程的管廊跨度大、軸向剛度低，在運行過程中極易受到地質(zhì)條件與外界環(huán)境的影響，因此極易引發(fā)次生災(zāi)害的出現(xiàn)，繼而給LP 地下綜合管廊工程項目帶來極大的利益損傷。

（1）不均性沉降。LP 地下綜合管廊工程修建于淺層地下，廊體狹長且采取分段拼接方法鋪設(shè)完成，極易受到水文地質(zhì)條件以及周邊人類活動的影響，繼而導(dǎo)致廊體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均性的沉降。

（2）裂縫。LP 地下綜合管廊工程主要采取多段管廊拼接的施工方法，一旦管廊出現(xiàn)廊體剛度分布不均勻，繼而產(chǎn)生裂縫。同時，在水體以及其他類型腐蝕性物質(zhì)的影響下，廊體也將會出現(xiàn)腐蝕裂縫。

（3）收斂變形。管廊隧道在開挖掘進期間，挖掘區(qū)域周邊土地將會出現(xiàn)地應(yīng)力重分布，隧道表面土地向隧道洞收攏變形，這一變形趨勢也被稱為管廊收斂。LP地下綜合管廊工程的收斂變形程度受到管廊尺寸、巖體成分以及挖掘方法等因素的影響。

2 環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)施工技術(shù)應(yīng)用

2.1 管廊環(huán)境監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用

管廊環(huán)境主要包含濕度、溫度、有害氣體、水泵、風(fēng)機等相關(guān)內(nèi)容，環(huán)境監(jiān)控主要是對以上內(nèi)容進行檢測。管廊內(nèi)部本身是相對封閉的空間，能夠設(shè)置的逃生出口有限，只有保證管廊內(nèi)部有害氣體、溫度以及濕度等內(nèi)容的安全性，才能允許檢查維護人員進入管廊內(nèi)部。監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用能給確保管廊環(huán)境的安全性，當(dāng)廊內(nèi)氧氣過低以及溫度濕度過高的情況下，監(jiān)測系統(tǒng)將會自動發(fā)出警報并開啟通風(fēng)設(shè)備，并強行進行換氣處理，讓積水坑的水位過高時也會發(fā)出警報，并立刻停止排水泵的運行。

2.2 火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用

火災(zāi)監(jiān)控技術(shù)主要應(yīng)用光纖測溫機以及感溫光纖等作為管廊的火災(zāi)檢測裝置。測溫光纖主要負責(zé)確定火災(zāi)發(fā)生的具體位置，并將相關(guān)信息直接傳輸給光纖測溫主機。測溫光纖主機設(shè)計應(yīng)用的任務(wù)主要是將火災(zāi)的發(fā)生位置、溫度以及報警型號直接傳輸給火災(zāi)報警裝置，而火災(zāi)報警系統(tǒng)再發(fā)動消防聯(lián)動信號。同時，在部分管廊內(nèi)部設(shè)置感溫光纖測溫的火災(zāi)監(jiān)測裝置，感溫裝置能夠感受阻燃與耐火的電力電纜。

2.3 傳輸主干網(wǎng)設(shè)計應(yīng)用

為了能夠構(gòu)建一個安全可靠的通信通道，可將管廊內(nèi)部的PLC 控制器、門禁監(jiān)控系統(tǒng)以及巡更管理系統(tǒng)等與監(jiān)控中心構(gòu)建傳輸主干網(wǎng)，充分結(jié)合綜合管廊的特點與走向，設(shè)置兩個千兆光纖環(huán)網(wǎng)的傳輸主干網(wǎng)，同時，需要設(shè)置兩臺S9700 的核心層交換機，在項目施工現(xiàn)場設(shè)置120 臺的S2700 接入層交換機，并創(chuàng)建安全可靠的通信通道。

2.4 安防技術(shù)應(yīng)用

在綜合管廊項目的投料口以及機械通風(fēng)口位置設(shè)置防入侵系統(tǒng)，借助傳感器技術(shù)以及電子信息技術(shù)進行探測，針對非法進入以及意圖非法進入設(shè)防區(qū)域行為進行指示，及時處理報警信息、發(fā)出警報。同時也可在投料口以及機械通風(fēng)口設(shè)置紅外對射探測器，幫助系統(tǒng)自動事兒別非法侵入的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過探測器的準(zhǔn)確判斷后，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息直接創(chuàng)術(shù)給報警控制系統(tǒng)，繼而發(fā)出相應(yīng)的報警信號。此外，入侵的片段也會直接傳送至指揮調(diào)度中心的模擬顯示器，詳細化記錄入侵時間與地點，而報警信息也能直接傳送至指揮調(diào)度中心，自動在中心顯示屏內(nèi)顯示入侵區(qū)域的視頻信號。

2.5 聯(lián)動控制技術(shù)應(yīng)用

排風(fēng)機自動系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用可根據(jù)市場溫度自行開啟通風(fēng)機，在24h 內(nèi)自動完成通風(fēng)工作。自控系統(tǒng)可在人員進入管廊內(nèi)部自動提前通風(fēng)換氣，最大程度保障技術(shù)人員的個人安全。與此同時，也能根據(jù)火災(zāi)報警系統(tǒng)以及燃氣探測報警系統(tǒng)的各項需求，自動化控制通風(fēng)排風(fēng)機的安全運行，如若發(fā)生排風(fēng)機系統(tǒng)與火災(zāi)報警系統(tǒng)同時作用的情況下，火災(zāi)報警系統(tǒng)將會優(yōu)先動作。

在進行集水坑位運行管控方面，消防系統(tǒng)設(shè)計可在集水坑內(nèi)安裝壓差液位計，集水坑位的具體水位信息、排水泵啟、停、故障等狀態(tài)可顯示在監(jiān)控中心的顯示屏中。排水泵自動系統(tǒng)也具備自動控制與現(xiàn)場手動控制能力，而照明開關(guān)與聲光報警信號的主要價值作用是在防火分區(qū)報警與其他報警裝置響起后，該裝置也會自動打開該區(qū)域的照明裝置，同時利用自控系統(tǒng)向監(jiān)控中心發(fā)出相應(yīng)的警報，借由遠程控制措施來開關(guān)電控井蓋。

2.6 燃氣探測報警技術(shù)應(yīng)用

綜合管廊項目中的燃氣探測報警技術(shù)主要設(shè)置在燃氣監(jiān)控工作站以及燃氣探測報警主機，管廊中的燃氣倉需要設(shè)計氣體報警系統(tǒng)、聲光報警系統(tǒng)、燃氣探測器等部分構(gòu)成。燃氣倉每個防火分區(qū)擁有一臺探測儀控制箱，在其中布置氣體報警控制器，收集現(xiàn)場燃氣探測器的信息充分顯示出現(xiàn)。每個探測器以及控制器均有自動報警裝置，在燃氣探測器檢測值燃氣濃度達到報警要求后，將會立即發(fā)出警報信號，監(jiān)控中心可收到報警信息與檢測燃氣濃度值。

氣體報警控制器運行流程，為天然氣管艙內(nèi)的天然氣濃度值達到可預(yù)報值時，管理系統(tǒng)將會啟動燃氣事故區(qū)域以及相鄰區(qū)域的排風(fēng)機以及送風(fēng)機，有效降低天然氣濃度，同時也可將報警信號直接傳輸至火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的控制器。燃氣探測器與聲光報警系統(tǒng)需要按照總線連接至分區(qū)氣體的報警控制器，同時，在燃氣管道的連接區(qū)域以及閥門區(qū)域等安裝燃氣探測器，每間隔15m安裝探測器。聲光探測器需要安裝防火分區(qū)，兩端的距離需要低于15m，且每間隔30m 安裝聲光報警器。

2.7 消防聯(lián)動技術(shù)應(yīng)用

自動狀態(tài)下所設(shè)計的消防安全系統(tǒng)，能夠借助火災(zāi)檢測裝置在檢測到火災(zāi)的第一時間內(nèi)啟動事先編制好的消防方案，積極開展消防設(shè)備的管理工作，如果切斷非消防電源時，需要先啟動排風(fēng)機進行排煙并開啟滅火裝置。在手動狀態(tài)下相關(guān)人員則需要在確定火災(zāi)具體情況后啟動消防員，有效管控消防設(shè)備，手動控制相關(guān)報警設(shè)備與消防設(shè)備的開關(guān)。

3 城市綜合管廊結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

城市綜合管廊結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用階段，施工人員需要在管廊結(jié)構(gòu)布設(shè)智能傳感器，對于結(jié)構(gòu)主體以及管廊主要構(gòu)件收斂變形、裂縫開展以及不均勻沉降等病害信息進行實時監(jiān)測，借助數(shù)據(jù)采集終端以及通信技術(shù)實時數(shù)據(jù)信息的自動化采集與傳輸。云端可結(jié)合管廊及其他監(jiān)測系統(tǒng)所采集的各類型信息數(shù)據(jù)進行整理，借助海量異構(gòu)數(shù)據(jù)信息實時綜合性的分析評估作業(yè)，實現(xiàn)管廊結(jié)構(gòu)全生命周期的安全監(jiān)測與監(jiān)測數(shù)據(jù)實時可視化，在綜合管廊發(fā)生破壞前及時發(fā)布報警預(yù)警信息。城市綜合管廊結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)包含數(shù)據(jù)感知、數(shù)據(jù)傳輸、云平臺以及數(shù)據(jù)管理應(yīng)用四個方面。

城市綜合管廊結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 城市綜合管廊結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 數(shù)據(jù)感知模塊設(shè)計

這一模塊設(shè)計主要通過各種類型智能傳感器以及檢測儀器設(shè)備，對于管廊主體結(jié)構(gòu)中可能存在的收斂變形、裂縫開展以及管片錯動等病害進行自動化測量，對于管廊結(jié)構(gòu)的變化情況進行實時感知。同時，需要結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中的智能巡檢模塊，而日常巡檢工作人員需要借助智能巡檢模塊，而日常巡檢工作人員則可以通過應(yīng)用工業(yè)智能機并借助智能巡檢APP 任務(wù)驅(qū)動式方法開展巡檢作業(yè)。對于施工現(xiàn)場中的管廊結(jié)構(gòu)信息、管線工作情況、廊內(nèi)運營以及周邊環(huán)境等情況進行無紙化記錄采集，借助照片直觀了解管廊結(jié)構(gòu)的主要損傷情況。與此同時，可通過定期利用三維激光掃描儀全面掃描管廊內(nèi)部的斷面情況，借助海量點云數(shù)據(jù)實現(xiàn)管廊結(jié)構(gòu)的三維重建。此外，需要將各種類型的數(shù)據(jù)信息匯集至綜合數(shù)據(jù)采集儀中，利用通信模塊將監(jiān)測到的信息直接上傳至互聯(lián)網(wǎng)平臺。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計

這一模塊設(shè)計是將感知模塊中的各類檢測數(shù)據(jù)信息實時傳送至互聯(lián)網(wǎng)平臺中，繼而實現(xiàn)施工現(xiàn)場與遠程監(jiān)控中心間數(shù)據(jù)信息的全時段互聯(lián)互通。現(xiàn)場傳感器主要采用Modbus 協(xié)議，將RS485 物理層與監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合采集儀的有效連接，通過DTU 將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為IP 數(shù)據(jù)實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)。從綜合管廊的工程特點來看，針對通信條件不佳的管段，是無法確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行耘c實效性，需要進一步加強數(shù)據(jù)傳輸模塊的通信能力。如可采取光纖光纜串聯(lián)信號中繼器的方法，將信號直接引至管廊檢測井、通風(fēng)口等地。

3.4 云平臺設(shè)計

利用海量的IT 資源池構(gòu)成的云平臺虛擬服務(wù)器，繼而實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的云上搭建運行。針對綜合管廊線路長以及覆蓋面積廣泛的特征，需要憑借云平臺彈性可擴展的應(yīng)用優(yōu)勢，充分滿足未來對于安全監(jiān)控系統(tǒng)中等各項功能增減的需求，實現(xiàn)與其他管廊監(jiān)測系統(tǒng)有效融合。與此同時，可利用云平臺強大的數(shù)據(jù)計算與處理能力，根據(jù)不同模型算法對各種類型的檢測數(shù)據(jù)進行自動化處理，繼而獲得直觀性、連續(xù)性的管廊結(jié)構(gòu)病害變化信息線圖，借助海量點云掃描數(shù)據(jù)可生成管廊全斷面三維模型。此外，云平臺系統(tǒng)設(shè)計包含項目管理、測點控制、預(yù)報警值設(shè)置以及巡檢記錄等功能子模塊以及自動預(yù)報警功能。所設(shè)計的云平臺能夠?qū)Ａ繖z測數(shù)據(jù)進行存儲與歸檔，大數(shù)據(jù)信息檔案不僅能夠滿足管廊安全運維日常監(jiān)控需求，幫助監(jiān)控工作人員全面性分析與評估管廊結(jié)構(gòu)。

3.5 數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用模塊設(shè)計

這一模塊設(shè)計包含管廊安全可視化監(jiān)控、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)下載、信息查詢以及預(yù)報警信息等子系統(tǒng)。監(jiān)控人員可利用各種客戶端來登錄云平臺，隨時隨地了解管廊結(jié)構(gòu)的最新安全動態(tài)，滿足管理人員快速查詢以及下載管廊安全評估所需數(shù)據(jù)信息的需求，繼而一鍵獲取圖文并茂的檢測報告。與此同時，管理人員也可在管廊結(jié)構(gòu)發(fā)生異常的第一時間內(nèi)獲取相關(guān)的預(yù)警信息，及時采取相應(yīng)的管理措施，有效防止安全事故的產(chǎn)生。此外，監(jiān)控人員也可基于項目檢測需求以及可能出現(xiàn)的突發(fā)狀況，繼而滿足現(xiàn)場感知模塊以及巡檢人員的交互需求。

4 結(jié)語

總而言之，城市綜合管廊是城市建設(shè)發(fā)展的生命線，城市綜合管廊環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計可充分滿足綠色化與智能化發(fā)展趨勢，全面提升對于管廊環(huán)境、設(shè)備以及結(jié)構(gòu)的監(jiān)管效率，實現(xiàn)對城市綜合管廊的智能化管理。