1.综合管廊概述

1.1 行业背景

随着城市经济的快速发展，综合管线建设规模不足、管理水平不高等问题凸现，一些城市相继发生大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件，严重影响着生命、财产安全和城市运行秩序。面对当前现状及存在的问题，最科学的方法就是建设城市地下综合管廊。

1.2综合管廊简介

综合管廊就是地下城市管道综合走廊。即在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通讯，燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。?综 合管廊避免了“拉链式作业”并预留充分空间，后续管线的铺设、运作、维修、 检查、管理等等都可以在综合管廊中进行，节省成本，节约城市建设用地，美化 城市景观。

2.需求分析

综合管廊可纳入给水、雨水、污水、再生水、天然气、热力、电力、通信等城市工程管线，应按照统一规划、设计、施工和维护，并满足管线的使用和运营维护要求。综合管廊应同步建设消防、供电、照明、监控与报警、通风、排水、标识等设施。

2.1 系统现状

城市综合管廊监控系统，由于依靠环境与设备监控、安全防范、通信、预警与报警子、智能巡检及管控一体化信息平台等多个不同功能的系统，或者由于产品提供来自不同的厂商，在数据交换中没有一个统一的标准，因此造成接口众多、访问性差，容易形成一个个的“信息孤岛”：

（1）传统监控采用人工管理模式，运营管理成本高，管理水平与管理质量也无法得到有力保障：

（2）政府多头管理、分散操作易产生各种问题；

（3）解决紧急事故发生时易相互推诿、扯皮；

（4）市政设施管理的运维监测监控能力、应急调度指挥能力、综合业务能力很难提高；

（5）管廊监控视频、监控数据类别不一，各系统间信息孤岛导致相关部门决策困难。

2.2 综合监控系统对管廊运维的意义

管廊综合监控系统设计包括环境与设备监控子系统、消防子系统、通风子系统、供电子系统、照明子系统、排水子系统、安全防范子系统、通信子系统等。综合监控系统对管廊运维的意义：

（1）智能化模拟显示屏可直观地显示管廊内各种设备的运转情况，及时了解灾情和非法入侵的发生及其位置。监控中心的显示内容有：管廊内各区段的位置和建筑模拟图，各防火分区排水泵的状态、通风装置状态、照明的状态、火灾检测的状态、环境温度/湿度和氧含量和非法入侵等各种报警信号等。

（2）综合管廊监控中心主要任务为确保管廊内管线及操控设备能正常运转，并在发生事故时能迅速反应处理，因此管廊监控中心就是整个管廊安全管控系统的神经中枢，通过自动化监视与侦测设备，将管廊内任一角落的状况资料迅速传递收集于监控中心中，使管理人员可以随时轻易的掌握所有情况。

（3）建立完善的预警、报警机制，解决城市管廊设施遭受人为破坏的地下隐患，保障管廊内的通风、照明、排水、防火、通信等设备的正常运转。

3.系统设计思路

3.1方案概述

综合管廊监控系统是一个综合性非常强的管控系统。各系统之间由于技术体系不一，采用的标准各异，导致难以兼容互通，这不仅需要兼顾环境与设备监控、通信联络、地理信息等需求，而且还要兼顾灾难事故预警、安全防范等方面对图像监控的需求，同时还需要考虑报警、身份识别等配套系统的集成以及与广播系统的联动，因此在这些系统的互联过程中必然会出现系统异构的信息孤岛问题。

要打破信息孤岛的局面，复杂异构方式的监控报警系统需要解决不同厂商、不同产品的兼容和多个系统相互集成的问题，需要考虑到平台的网络接入和资源的开发方式，还需要立足大型联网用户的角度去设计，把握好互利与共享的原则。

城市综合管廊监控系统：是基于管控一体化技术成功地解决了众多品牌相互兼容、各系统集成与融合、协议与接口标准不统一的难题，成为综合管廊监控监控系统未来的发展方向。

3.2 系统设计原则

根据用户现状和需求分析，综合管廊监控系统依据以下原则设计：

（1）可靠性 系统应确保管廊数据获取、融合、传输等过程的可靠性。其中，采集数据是管廊各项应用的基础和判别依据，可靠的数据获取、融合和传输是保证管廊功能正常运行的基础。

（2）可扩展性 系统应能够动态调节，为不同网络应用提供可扩展性，包括网络拓扑结构可扩展、服务内容可扩展等。

（3）兼容性、开放性和易维护性 系统的软、硬件采用模块化、组态化设计，可以方便地进行容量的扩充和功能的维护升级。同时，系统建设基于Web、B/S结构，软件设置开放性网络接口，可实现将监测信息上传至监控中心和各级主管部门、单位。

（4）安全性 监控与报警系统的安全标准要特别保护用户的信息隐私，为各政府部门、单位提供不同安全级别的网络应用。

3.3系统设计依据

本设计方案依据国家相关规定，符合下列规范要求：

《国务院办公厅关于加强城市综合管线建设管理的指导意见》（2014）27号

《城市市政综合管廊技术规范》GB50838

《线型感温火灾探测器》GB16280

《密闭空间作业职业危害防护规范》GBZ/T205

《可燃性气体探测用电气设备》GB 20936-2009

《安全防范工程技术规范》GB50348

《入侵报警系统工程设计规范》GB50394

《入侵报警系统技术要求》 GA/T368

《视频安防监控系统工程设计规范》GB50395

《出入口控制系统工程设计规范》GB50396

《火灾自动报警系统设计规范》GB50116

《供配电系统设计规范》GB50052-2009

《城镇燃气设计规范》GB50028

《爆炸危险环境电力装置设计规范》GB50058

《电子信息系统机房设计规范》GB50174

《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343

《火灾自动报警系统施工及验收规范》GB 50166

《自动化仪表工程施工及质量验收规范》 GB 50093

《密闭空间作业职业危害防护规范》GBZ/T205

其它相关现行的国家和行业标准规范。

3.4 设计思路

3.4.1 从安全的角度考虑

目前，综合管廊主要存在以下四大问题： 一是人的不安全行为（违章）造成的人员安全问题，二是物的不安全状态（隐患）导致的设备安全问题，三是环境的不安全条件（隐患）诱发的环境安全问题，四是组织的不安全因素（管理漏洞）导致的管廊安全问题。

以上四大核心因素共同诱发能量的不正常传递，从而造成管廊事故。因此，系统必须对这四个核心因素进行管控，以实现对人的不安全行为、物的不安全状态和环境的不安全因素等迅速、灵活、正确地理解（预测）和解决（启动安全设备或报警），从而实现地下管廊的本质安全。

（1）针对人员安全：通过人员标识卡、便携式巡检仪、人员探测计数器等管控人的不安全行为，使巡检人员达到可视化管理、无关人员实现防范入侵管理。

（2）针对环境安全：通过多功能监测基站和智能传感器对管廊温度、湿度、水位、氧气、H2S、CH4等环境要素实时监控，实现危险源管理、辨识、评估和控制，从而消除环境的不安全因素。

（3）针对设备安全：通过智能传感器、仪表和多功能监测基站对监控设备、排水设备、通风设备、通信设备、消防设备、照明设备、电缆温度等进行实时在线感知、报警联动、远程控制和指挥调度，使之始终处于安全状态。

（4）针对管理安全：通过建立安全机制和预警管理体系，实现现场可视化、问题可视化和隐患的可视化，达到管理无失误、指挥无失误、操作无失误，在此基础上实现未雨绸缪、超前预报，防患于未然。

城市综合管廊的建设目标是在信息化管理的基础上，逐步实现自动化，用智慧覆盖整个管廊运行管理的全过程，实现高效、节能、安全、环保的“管、控、营”一体化智慧型管廊。

3.4.2 从物联网的角度考虑

本系统利用先进的物联网技术，通过数据采集、数据传输、数据分析实现对地下管廊的属性信息和状态信息运行透彻的显示，通过实时采集获取人员、设备、环境、流程制度等在内的一切数据，实现地下管廊管理的可视化，提高管廊安全性和用户满意度。

管廊内所有的信息都要通过设备数据标准化传到平台监控中心，而监控中心的各种控制命令则要传输到各段管廊的各种设备上。这些信息主要有：

（1）监控摄像机的视频信号和控制信号；

（2）人员位置信息和人员报警信息；

（3）环境传感器和设备传感器的模拟量数据；

（4）风机、水泵等设备的开关量数据；

（5）IP 电话的语音信息和无线对讲信息；

（6）管廊的各种属性信息和状态信息；

（7）管理指令和流程信息等。

我们采用基于物联网的整体解决方案化解以上所有问题。系统基于物联网的标准接口，用户可以很顺利的处理来自不同设备及环境的数据，满足末端设备扩展需求。利用物联网对地下管廊进行感知和识别，通过网络互联，进行传输、计算、处理和数据挖掘，实现对地下管廊的实时控制、精确管理和科学决策。

3.5 系统流程设计

根据综合管廊的运营复杂情况及特点，建立基于物联网的监控与报警系统，是实现智慧管廊的必由之路。

综合管廊主要是通过来自电力、给水、通信、能源等系统的各种数据；由物联网通过区域控制单元提供无线、有线通信等可靠传输；“统一监控平台”集成环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、消防系统、地理信息系统五大中心模块实现系统的分布式应用和纵向深入，实现系统的安全、稳定运行，又要实现对供电、消防、照明、通风、排水等系统的“集中管理”。

4.系统组成

综合管廊监控系统是一个深度集成的自动化平台，它集成了设备和环境监控、安防、消防、通信、电力监控、电子巡更等子系统。通过集成和互联管廊内的自动化系统，为运营和维修人员提供一个完整的、统一的监控管理平台。

综合管廊监控系统分为三层五系统。三层包括管理层、网络传输层与现场采集控制层三部分组成。管理层是整个监控系统的核心，它联系、协调、控制和管理各子系统的工作。传输层包括名道口与监控中心之间网络通过光纤传送，实现视频数据、音频数据、TCP\IP 控制数据和RS-485 数据的通信。现场检测控制层主要由接入层交换机、网络摄像头、现场区域控制器PLC等组成。其中PLC负责采集管廊内的检测信号、逻辑运算分析并对根据信号对管廊内设备进行自动和手动控制。五系统包括由环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、消防系统、地理信息系统。

系统建立基于物联网的“管、控、营”一体化的智能管控系统，从数据采集、通信网络、系统架构、智能联动和综合数据服务等方面的设计，解决了管廊监控与报警建设中存在着内部干扰性强、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、环境和设备的恢复效率，进而实现了监控中心应用“五大系统，一个平台，一根光纤，一组基站”即能对管廊内部设备的远程管理与联动控制。

4.1 环境与设备监控系统

环境与设备监控系统的功能是实现对综合管廊全域内环境和设备的参数和状态实施全程监控，将实时监控信息通过现场各分区控制箱ACU准确、及时地传输到监控中心的系统平台，便于值班人员及时发现现场环境和设备问题，排除故障以及对警情的及时处理，保证管廊正常运行。

环境与设备监控系统主要由智能传感器（环境监控、设备监控）、数据采集装置等设备组成。

4.1.1 环境监控

根据国家标准GBZ/T205《密闭空间作业职业危害防护规范》的有关要求，沿管廊纵长每隔200米应设置人员逃生安全孔、投料口、通风口、防火门和人员进出口各一个。通过在每个防火分区内出入口和通风口包括给水管道、再生水管道、雨水管道、污水、管道、天然气管道、热力管道、电力电缆、通信线缆等安装气体（O2、CH4、H2S）、温度、湿度、烟雾、水位、水浸等监测传感器，可实现与风机、水泵的自动化控制与对接，检测信号就近送附属设备监控系统现场的分区控制箱ACU，并通过以太网送到监控中心计算机。在监控中心控制室显示屏上，以数字形式显示每个防火分区的氧气百分比含量和温度/湿度。此时，一旦探测器检测到危险气体，危险区域周边的作业人员会第一时间看到以数字形式显示每个防火分区的气体百分比含量和温度/湿度等报警提示信息，并获知报警位置。

4.1.2 设备监控

对布置在每个防火分区内的排水泵、照明、风机、风道阀门、红外入侵报警装置、环境温度/湿度/氧检测仪表等仪表和设备进行数据采集，监测集水井内液位上限报警信号，通过相应的数据采集装置向监控中心平台传送，通过分区控制箱ACU同时并接受监控中心的命令，实现远程控制风机的开停及相应防火分区内照明设备总开关的分合。

4.2 身份识别系统

身份识别系统为有效防止未经许可人员进入，并可对综合管廊出入情况做实时记录。身份识别系统是采用现代电子设备与软件信息技术，在出入口对人或物的进、出、进行放行或拒绝，记录和报警等操作的控制系统，系统同时对出入人员编号，出入时间，出入门编号等情况进行登录与存储，从而成为确保区域的安全，实现智能化管理的有效措施。通过对指纹/人脸识别及ID刷卡等方式，并配合视频监控；为巡检、维修人员出、入管廊情况提供安全确认数据记录，能够有效防止未经许可人员进入。

4.3 电子巡查管理系统

电子巡查管理系统是一种基于物联网的巡检系统，它将视频监控技术与电子巡检技术有机结合起来，既保证了现场巡检工作有效进行，又充分利用现有的成熟网络，使移动监控成为可能。便携式巡检仪实时传输沿路巡检画面、巡检员对设备的检查画面、设备的运行画面到控制中心，图像清晰、位置信息精准、视频数据可备份、存储，由此实现现场巡检与移动视频监控的有效管理。电子巡查管理系统可以对重点部位巡检情况进行全程录像，并定时传输到监控中心，实现监控无死角。安全值班长、各级领导可以随时监察现场巡检人员的工作情况，以便及时、直接地掌握各部门、人员、设备的运行情况，及时对发生的情况做出反应，同时又有效提高了巡检人员的责任心。

4.4 通信系统

通信系统的功能是实现管理、巡检和施工人员的通信联络，管廊配备各区间工作人员之间、现场工作人员与监控中心之间保持信息通畅，确保前端巡检人员信息及时上报，监控中心命令及时下达。

4.5 应急电话系统

应急电话系统通过以太网实现现场各电话终端之间、电话终端与控制中心的相互呼叫以及应急调度、应急广播，通过无线信号覆盖和WIFI手机实现无线语音通话及人员定位，通过语音网关实现与公网之间的通信，提高了处置突发事件的能力。

4.6 无线对讲系统

无线对讲系统采用WIFI通讯模块提供WIFI无线接入，配合WIFI终端或类微信对讲的APP软件。对讲APP具有群组语音对讲、自由创建频道等功能，兼容2G/3G/4G及WIFI无线网络，并通过后台设置可以保持“一直在线”状态，更大程度上接近专业对讲系统的功能应用。对讲APP的应用不需要配置专业终端，只需要在现有的Android及iOS设备上下载对讲APP软件即可。无线对讲系统是为便利管廊内的人员的日常工作，在紧急或意外事件出现时可以及时对所有相关工作人员进行统一的调度和指挥，实现高效、即时的处理，最大的限度减少了可能造成的损失。

4.7 消防系统

消防系统在管廊现场每个防火分区设置探测器、报警装置、报警控制器、灭火控制器、灭火装置等设备。当发生火灾时，火灾的报警信号通过区域控制单元及时、准确地传输到监控中心，实现灾情预警、报警、处理及疏散，同时通过广播系统，向综合管廊内的工作人员广播，使他们及时撤离现场，保证人身安全。并远程控制或者本地按下紧急启停按钮，灭火控制器启动管廊内部的灭火装置，从而达到预报火警的目的。

4.8 地理信息系统

地理信息系统的功能是实现对综合管廊人员、设备和巡检车辆的位置坐标数据的采集、存储、管理、分析和表达，将信息通过区域控制箱及时、准确地传输到监控中心，实现对通风线路、避灾路线、监测设备、巡检人机坐标等信息的GIS浏览。

5.综合监控平台

5.1 平台概述

综合管廊监控系统将综合监控管理软件、组态监控管理软件和360度全景地图软件等有机地融为一体，内部以系统功能为导向，采用组件式模块化设计，各功能模块相互独立，拆组灵活，且便于后续升级和维护。同时，整个系统在独立的同时有实现融合互动，真实、全面、直观地展现综合管廊全貌，给客户带来全新的真实现场感和交互式感受。

5.2 平台功能

监控平台的主要任务是确保管廊内管线及操控设备能正常运转，并在发生事故时能迅速反应处理，是整个监控与报警系统的神经中枢，通过自动化监视与侦测设备，将管廊内任一角落的状况资料迅速传递收集于监控室中，使管理人员可以随时轻易的掌握所有情况。

监控平台是专门用户提供的一个人性化和智能化的操作平台，它覆盖人员、设备、环境、动力、安全、运营等诸多环节，应用于安全监控类的人员定位、监测监控、通信、有毒气体抽排、风机监测、防火监测、安全生产监测与综合预警，以及供电集中监控、排水通风监控、管廊输送监控等重要环节，以满足全过程实时监控的需要，避免了在重要调度指挥中因系统操作过于复杂，而造成难于控制的尴尬局面。

监控平台可直观地显示管廊内各种设备的运转情况，及时了解灾情和非法入侵的发生及其位置。显示内容有：管廊各区段的位置和建筑模拟图，各防火分区排水泵的状态、通风装置状态、照明的状态、火灾检测的状态、环境温度/湿度和氧含量和非法入侵等各种报警信号等。

同时，监控中心可以满足综合调度、应急指挥、参观交流等多项功能的要求，大屏幕显示各种图像画面具有灵活组合的特点，可以满足各种不同的需求。

5.3 综合监控软件

5.3.1软件概述管廊运维管理平台

综合监控软件是我司自主研发的一款专门针对智慧市政建设的综合管理软件，平台基于专业全面的智慧市政体系架构设计，具有高度的开放性和扩展性，在现场采集控制层实现了各类设备的物联互通、智慧传感；在网络传输层实现了各类数据的高速传输、海量存储；在管理层实现了跨部门之间、多平台之间的信息互通与共享，为城市综合管廊运维管理提供服务和 应用支撑。ACU控制柜

5.3.2软件功能

（1）系统配置管理 用户管理：包含角色划分、权限分配等功能，将综合管廊各系统权限无缝的集成在一起，实现统一的权限分配。通过综合调度分析平台，不同的人员就有不同的配置和权限，根据他们的权限进入系统后功能界面也不一样。模块化管理：包含个性化设置、软件扩展功能配置、功能模块配置（监测对象以及监测设备）等多种灵活配置，实现无需修改程序就能灵活的配置需要的功能，增加的功能模块会在菜单栏体现出来。

（2）实时监控 本系统将环境与设备监控、安全防范、通信、消防、地理信息和监控中心进行了有机融合成为一个整体，实时监测管廊运营现场状况，实现通风、人机、工作面等多种安全运营分析模型，管理人员可以及时地查看设备运行的现行状态和历史状态。

（3）数据分类 本系统能够将巡检工作面、管廊供电、通风、供排水、设备等工作情况实时监测信息在大屏幕上显示，实现集中监控，同时，上级单位指挥调度中心可以调阅管廊监控的相应信息。该模块要求将各系统单位的监测系统（环境监控、人员定位、通信、工业电视等）进行综合集成，同时实现各监控系统之间的数据融合，避免了各个系统之间的各自为政，有利于整个信息系统的管理和维护。

（4）历史数据存储 高效历史数据访问算法，趋势曲线、历史列表、历史回放及历史同比等的查询显示， 历史趋势组可灵活定义，根据测点情况灵活配置历史数据的计算方法和表达式，满足各种统计、 分析需要。 分析结果可导入EXCEL，定义历史数据收集测点、 时间间隔、 保存时间、 目 标数据库等。

（6）报表统计查询 实时/历史数据库中保存着大量的运行过程数据，根据预定的统计规则，自动采集及统计设备运行状况，记录设备变更、交接班情况等。

（5）报警功能 根据管廊内设置的温度、压力及水位等监控指标，定义报警条件，自动触发报警， 并把报警数据存入历史数据库中，方便后期查找问题原因，对可能引发到的事故进行分析和处理。平台同时支持图文报警、声光报警、短信报警、智能语音播报等多种报警方式。

（6）控制功能 平台具备数据综合分析决策功能，当监测数据异常报警时，可自动做出决策，自动控制设备，保证监测对象运营安全。如综合管廊内温湿度异常，自动联动风机通风换气，调节温湿度在正常范围，保障管廊运行安全。

（7）数据分析功能 平台提供数据分析功能，提供数据报表、历史曲线、柱状图等多种数据分析方式。综合管廊区域控制单元

5.3.3 软件特点

综合监控系统软件体现了综合监控系统智能化、信息化、自动化、集约化、精益化管理的思路。有如下特点：综合管廊运维管理系统

（1）系统软件采用跨平台设计，支持多种操作系统；

（2）数据存储采用磁盘阵列，支持双机备份，保证数据存储可靠性，同时采用压缩存储技术，极大地减少存储空间需求，支持至少5年以上的数据存储；

（3）采用插件式模块化设计，集成多个子系统于同一平台，统一监控，集中管理，实现监控一体化；系统具备高度的扩展性，可以根据业务发展要求进行灵活扩充，实现平滑升级；

（4）显示内容丰富：包括状态参数、测量数据、曲线图、影像画面、报警信息、地理位置信息等；

（5）采用先进的故障诊断算法，实现故障准确预判，故障精确定位；

（6）报警方式多样：有报警信息公布栏、声光报警、短消息报警等方式；

（7）平台拥有完善的运维管理工具，帮助管理人员及时发现设备故障，提高运维效率；

（8）平台提供多种数据接口，可横向、纵向与多个系统之间完成数据共享，实现数据的互联互通。方便实现与调度自动化系统，客户管理系统等多个系统的信息共享，提高综合管廊运行管理的服务水平和服务质量。