鄭明雨，郭春爽

（吉林建筑大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)學(xué)院，吉林 長春 130118）

0 引言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，日益短缺的城市公共設(shè)施管道資源與城市居民生活所需水、電、氣等公共資源基礎(chǔ)設(shè)施的矛盾日益突出。如運(yùn)行管理設(shè)備故障，可能會(huì)帶來管道廊道功能失效的風(fēng)險(xiǎn)。因此，安全規(guī)范城市管道建設(shè)尤為重要。越來越多的城市開始修建地下公共管道走廊。管道廊道不僅可以整合水、氣、電、通訊等管道，維護(hù)城市功能，而且可以利用電力、照明、排水和其他設(shè)備來滿足自己的功能操作。所以，利用相關(guān)信息技術(shù)解決城市管道走廊管理中存在的問題具有十分重要的意義[1]。

2015年，我國制定并陸續(xù)組織修訂實(shí)施了《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》，規(guī)定了城市管廊建設(shè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工的要求，應(yīng)嚴(yán)格遵循“因地制宜”的原則綜合考慮，此規(guī)范確定了管道走廊及支撐元件包括項(xiàng)目部系統(tǒng)工程，如通風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)等,以及排水系統(tǒng)、指示信號識(shí)別系統(tǒng)等?！氨O(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)”技術(shù)占整體走廊建設(shè)的一小部分，但技術(shù)含量較高。在管道走廊的日常使用、維護(hù)及安全性管理中起著舉足輕重的作用，是一項(xiàng)集監(jiān)測、管理、操作、維護(hù)于一體的重要系統(tǒng)工程[2]。

1 綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)置要求

綜合管道廊道的特點(diǎn)和功能在建設(shè)中應(yīng)被充分考慮，在許多城市，專業(yè)化的管道工程應(yīng)集中在一個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行檢查、修理和維護(hù)。綜合考慮管道廊道的基本要求，有必要進(jìn)一步改善管道環(huán)境，從而保證管道可以正常的運(yùn)行，保障城市安全，實(shí)現(xiàn)城市發(fā)展長期穩(wěn)定。定期對綜合管道廊道進(jìn)行檢查和維護(hù)，加強(qiáng)對綜合管道廊道的優(yōu)化，確保其安全運(yùn)行。管道廊道的施工應(yīng)以其他管道廊道中共存的管道類型集成為前提。一旦發(fā)生管道安全事故時(shí)，應(yīng)該及時(shí)地采取有效的安全應(yīng)急處理措施，嚴(yán)防管道危險(xiǎn)區(qū)域擴(kuò)大，確保其他管道的正常運(yùn)行。隨著我國綜合管線廊道建設(shè)規(guī)模的增加，其工作難度也越來越高。所以，必須建立一套完整的管理制度，以滿足管道廊道日常綜合管理的需要，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，有效預(yù)防管道故障，保證其正常運(yùn)行。根據(jù)上述要求，在建立監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對各類管道的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)警；統(tǒng)籌員工的監(jiān)控管理工作，及時(shí)響應(yīng)管理需求，增強(qiáng)管理水平[3]。

2 綜合管廊的基本特征

綜合管道廊道屬于公共管道廊道，可在公共空間中形成多種專業(yè)管道共存。綜合管廊是一條位于地下，空間很大的隧道。這條地下隧道的空間環(huán)境相當(dāng)復(fù)雜，除了充滿各種氣體外，還容易產(chǎn)生火災(zāi)、有害氣體泄露等問題。對管道廊道的安全運(yùn)行提出了嚴(yán)格的要求。綜合管道廊道工程專業(yè)種類繁多，主干管占很大比例，在主干管中，除了自來水來自主干管外，還有屬于不同專業(yè)的高壓輸電線，所以，必須加強(qiáng)管道廊道監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的管理。綜合管道廊道通常位于不易接觸到的位置，必須由經(jīng)驗(yàn)豐富專業(yè)人員進(jìn)行管理。因此，必須考慮到工作人員的安全。應(yīng)了解綜合管道廊道的各種情況，及時(shí)預(yù)防有可能發(fā)生的危險(xiǎn)。配置自動(dòng)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，確保其能協(xié)助主管人員工作，充分保證管道的安全運(yùn)行[4]。

3 綜合管廊監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)的服務(wù)對象

在綜合管道廊道上安裝監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)確保監(jiān)控報(bào)警范圍涵蓋管道廊道的所有位置。考慮服務(wù)對象是否包括專業(yè)管道工程。為了確定服務(wù)對象，必須考慮管道系統(tǒng)、施工方法和管理方法。專業(yè)的管道系統(tǒng)工程應(yīng)有一個(gè)起點(diǎn)和相關(guān)設(shè)施，為用戶建造一個(gè)管道系統(tǒng)[5]。管道類型有不同使用類型，例如，水處理廠和發(fā)電廠使用不同類型的管道作為綜合管道廊道，在設(shè)計(jì)中無法考慮到所有的連接，因此，在實(shí)踐中管道廊道施工僅包括管道工程的一部分。從對管道的施工技術(shù)和方法的角度分析來看，由于各種管道建筑工程具有各自特殊性，所以對其進(jìn)行施工的技術(shù)和方法也不一樣。其中有些是架空管道，應(yīng)根據(jù)具體情況確定在綜合管道廊道內(nèi)鋪設(shè)專業(yè)管道的方法。從管道管理的角度看，管道專業(yè)體系有待進(jìn)一步完善。

因此，必須完善對管道系統(tǒng)的統(tǒng)一管理，統(tǒng)一調(diào)度。專業(yè)化、集成化、智能化的管道工程監(jiān)測應(yīng)納入管道工程的管理范圍。綜合管道廊道中包含多種管道，要做到對公共管道空間管理的多樣化。運(yùn)行單位在對綜合管道廊道進(jìn)行管理時(shí)，應(yīng)不斷完善監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的功能,明確服務(wù)。因此，管道工程走廊綜合地下監(jiān)測工程報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是有效改善城市綜合地下管道工程走廊的環(huán)境，解決現(xiàn)有地下管道走廊工程的相關(guān)問題，2015年《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進(jìn)城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》中強(qiáng)調(diào)了地下綜合走廊及其配套設(shè)施的安全,明確了城市地下綜合走廊負(fù)責(zé)設(shè)施維護(hù)和管理的人員應(yīng)對管道泄漏等安全事故監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行完善。管道廊道監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)仔細(xì)分析專業(yè)管道的狀態(tài)信號，以確定這些信號是否會(huì)影響管道廊道的功能[6]。

4 綜合監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)的信息化技術(shù)運(yùn)用

城市地下綜合管廊的監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)具有高度自動(dòng)化的管理控制系統(tǒng)。由于各系統(tǒng)之間所需的技術(shù)不統(tǒng)一，所需要的標(biāo)準(zhǔn)也存在差異，因此存在不能兼容等問題。不僅要考慮環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、通信與信息管理等方面的要求，同時(shí)也對地下管道實(shí)時(shí)監(jiān)控的可靠性及報(bào)警與控制系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合提出更高的要求。因此，在綜合管廊監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)互聯(lián)的過程中，可能會(huì)產(chǎn)生信息孤島問題[7]。為了解決目前信息孤島的狀態(tài)，復(fù)雜多樣化的監(jiān)測系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)有必要考慮訪問網(wǎng)絡(luò)信息資源及其開發(fā)模式平臺(tái)等問題。從廣大網(wǎng)民的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，理解互聯(lián)網(wǎng)和共享的原則，解決各個(gè)廠家和產(chǎn)品之間的兼容性及多址接入系統(tǒng)的集成問題[8]。

4.1 整體架構(gòu)與方案

整個(gè)管道工程以完整的管道運(yùn)營管理為主，是對設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營安全負(fù)責(zé)的特殊場所。綜合管道監(jiān)控警報(bào)系統(tǒng)大致分為4個(gè)層面：應(yīng)用層（包括綜合管廊及其結(jié)構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)、安全隱患預(yù)防系統(tǒng)等、環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)和設(shè)備、綜合監(jiān)控平臺(tái)和系統(tǒng)、通信監(jiān)控系統(tǒng)、入侵監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)警報(bào)系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)之間的有效鏈接），業(yè)務(wù)邏輯層（確認(rèn)警報(bào)產(chǎn)品的生成、生成通知信息、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和生成）、數(shù)據(jù)訪問層（數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫操作）、設(shè)備層（對應(yīng)各子系統(tǒng)的具體設(shè)備）[9]。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)見表1、圖1。

表1 綜合管廊監(jiān)控運(yùn)營一體化平臺(tái)整體架構(gòu)

圖1 綜合管理監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

4.2 綜合監(jiān)控運(yùn)營一體化平臺(tái)

綜合公共隧道平臺(tái)的運(yùn)行監(jiān)測是公共隧道監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)、安全系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)合檢測系統(tǒng)和監(jiān)控平臺(tái)的信息連接控制，實(shí)現(xiàn)公共隧道內(nèi)部設(shè)備的遠(yuǎn)程管理和控制，平臺(tái)集成設(shè)備覆蓋自動(dòng)化和智能的各個(gè)領(lǐng)域，無連接地通過各種結(jié)構(gòu)多元系統(tǒng)合并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。通過監(jiān)視平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警、信息傳輸?shù)裙δ堋９艿婪植紭?biāo)識(shí)是以GIS/BIM的顯示和管理為基礎(chǔ)，是管道隧道的設(shè)備、安裝、出口位置和管道內(nèi)的輔助結(jié)構(gòu)。BIM技術(shù)適用于公共工程隧道的設(shè)計(jì)、施工運(yùn)營的全過程，通過建立管道與附屬設(shè)備管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)量、類型信息管理，實(shí)現(xiàn)隧道管道設(shè)備的所有權(quán)；施工單位通過管理企業(yè)明確各方責(zé)任,提高經(jīng)濟(jì)管理效率。本平臺(tái)主要通過以下三方面進(jìn)行管理：安全管理：消除用戶身份和權(quán)限管理的重復(fù)麻煩，促進(jìn)用戶身份和權(quán)限管理的制度化、標(biāo)準(zhǔn)化，簡化不同系統(tǒng)的重復(fù)登錄；數(shù)據(jù)管理：統(tǒng)一儲(chǔ)存各種結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)提取，支持其他應(yīng)用；運(yùn)營管理：確保管道安全運(yùn)行，減少人員檢查次數(shù)，進(jìn)行有目的的檢查和管理。通過收集分析，可以提前預(yù)測和維護(hù)現(xiàn)場設(shè)備和管道的運(yùn)行狀態(tài)，迅速更換，避免發(fā)生嚴(yán)重事故[10]。綜合監(jiān)控運(yùn)行模式如圖2所示。

圖2 綜合監(jiān)控運(yùn)營一體化模式圖

4.3 設(shè)備聯(lián)動(dòng)與報(bào)警

走廊發(fā)生緊急情況時(shí)，走廊內(nèi)設(shè)備應(yīng)及時(shí)響應(yīng)，確保走廊內(nèi)管道活動(dòng)的安全。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行消防連接，探測器發(fā)送檢測信號，將報(bào)警裝置與視頻系統(tǒng)連接；連接有害氣體/空氣的排氣系統(tǒng)：每個(gè)防火區(qū)設(shè)置可燃?xì)怏w/空氣系統(tǒng)，主要用于有害氣體防護(hù)。當(dāng)檢測到可燃?xì)怏w時(shí)，監(jiān)控平臺(tái)通過多功能基站發(fā)出指示。當(dāng)溫度達(dá)到火災(zāi)強(qiáng)制滅火要求時(shí)，監(jiān)控平臺(tái)可通過多功能基站和非消防鏈路傳輸系統(tǒng)發(fā)送命令，確認(rèn)火災(zāi)檢測信息后，監(jiān)測平臺(tái)啟動(dòng)傳輸轉(zhuǎn)換模塊，傳輸火災(zāi)信息，特別是發(fā)送火災(zāi)確認(rèn)區(qū)域及鄰近區(qū)域；電話連接系統(tǒng)：監(jiān)控平臺(tái)可啟動(dòng)專用模塊與任何基站通信，所有基站或現(xiàn)場電話均可通過監(jiān)控平臺(tái)確認(rèn)，如與主機(jī)錄制通話。設(shè)備運(yùn)行如圖3所示。

圖3 設(shè)備運(yùn)行圖

4.4 智慧運(yùn)維

在傳感器的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，以及現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用過程中，綜合性工業(yè)管廊正在逐步深入實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工程智慧運(yùn)維。當(dāng)一個(gè)設(shè)備需要進(jìn)行自動(dòng)巡檢時(shí)，無需手動(dòng)進(jìn)行查看，可以通過系統(tǒng)自動(dòng)檢測每個(gè)設(shè)備的所在位置，及時(shí)做好設(shè)備庫存、出入庫的自動(dòng)管理,設(shè)備轉(zhuǎn)置自動(dòng)進(jìn)行注冊。基于RFID的運(yùn)維物聯(lián)網(wǎng)管理技術(shù)，可以直接自動(dòng)進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)高精度的實(shí)時(shí)管理，形成了一個(gè)完整的運(yùn)維設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫，記錄了設(shè)備的近期故障發(fā)生次數(shù)、更換時(shí)間、使用壽命頻率、使用壽命期限等，對不同使用類型設(shè)備的故障，歷史數(shù)據(jù)情況進(jìn)行跟蹤分析和統(tǒng)計(jì)歸納，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提前向用戶手機(jī)發(fā)出相關(guān)設(shè)備使用壽命即將到期的相關(guān)設(shè)備更換情況提示，設(shè)備的使用質(zhì)量狀況進(jìn)行跟蹤篩查。目前隨著智能巡檢技術(shù)的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，傳統(tǒng)的人工式巡檢幾乎己經(jīng)由基于AI的移動(dòng)式管廊巡檢管理方法完全代替了，常見的移動(dòng)式管廊巡檢多是作為一個(gè)后臺(tái)搭載多種移動(dòng)傳感檢測裝置的機(jī)器人式巡檢，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)管廊后臺(tái)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管廊運(yùn)維流程管理服務(wù)平臺(tái)之間的多種無縫互動(dòng)接軌，準(zhǔn)確、客觀地反映了其在管廊內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)的日常運(yùn)行管理情況，7×24 h連續(xù)自動(dòng)執(zhí)行巡檢，低電量自動(dòng)進(jìn)行充電，避免了管廊巡檢工作人員在惡劣的工作環(huán)境中會(huì)遭遇的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)它的自動(dòng)化學(xué)習(xí)巡檢功能也有效解決了其在管廊內(nèi)部的巡檢線路及傳感裝置之間的執(zhí)行巡檢管理服務(wù)上的差異化，對管廊內(nèi)部進(jìn)行更智慧化的公共交通管理運(yùn)維。智慧運(yùn)維流程如圖4所示，系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖5所示。

圖4 智慧運(yùn)維流程圖

圖5 系統(tǒng)運(yùn)行界面圖

5 結(jié)語

綜合管道廊道的信息化建設(shè)是綜合管道廊道安全運(yùn)行和應(yīng)急處置的保證，是綜合管道廊道管理和運(yùn)行的有效手段，會(huì)使整體經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。為了綜合管道廊道的安全運(yùn)行，本文在總結(jié)以往工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出建立管道廊道綜合監(jiān)控平臺(tái)，通過信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備與響應(yīng)的聯(lián)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)對管道廊道的實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對管道廊道的安全和自身狀態(tài)的智能檢測。系統(tǒng)已在多個(gè)項(xiàng)目中運(yùn)行，為先進(jìn)的信息生命周期管理提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。該系統(tǒng)在某實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測綜合管廊，發(fā)生火災(zāi)可自動(dòng)報(bào)警，可應(yīng)用于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警程序中。