智慧管廊基本概况

       地下综合管廊就是“城市市政地下管线综合体”，即在城市沿道路或管线走廊带建造一个地下连续结构物，将以往直埋的市政管线，例如给水、雨水、污水、供热、电力、通信、燃气、工业等各种管线集中放入其中，并设置专门的配套系统，按照实际需求组织的规划、设计、建设和后期运营管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。

       综合管廊设施主体位于地下、空间相对狭小、线性分布、距离较长，存在照度、氧气、湿度、粉尘、可吸入颗粒物、微生物、动植物干扰等因素。其潜在的运营风险包括灾害类风险（如：火灾、水灾、恐怖袭击、自然和人为地质环境变化导致管廊结构体发生变化）；环境类风险（如：高温、高湿、管廊建设材料和入廊管线挥发的部分有毒气体、附着或漂浮在管廊中的各类细菌和病毒、小动物、粉尘和可吸入颗粒物）；设备类风险（如：电源故障、通信故障、照明故障、传感器故障、控制器、阀门、开关、风机、排水泵等可动作的设备产生故障）；人员类风险（如：不合格的人员的使用、资格合格的人员未按照相关规范和标准进行操作、相关人员未尽职守、不同主体和部门间沟通不畅等）。

       智慧管廊是智慧城市的应用实例。智慧管廊综合管理平台应基于公共云和私有云的智能化信息集成管理，通过先进的云计算、大数据、物联网等计算机技术、网络技术、通信技术和管理技术，将三维地理信息、设备运行信息、环境信息、安全防范信息、视频图像、预警报警信号、管理信息等内容进行融合，应用、网络、专业子系统、物联网设备等资源通过有效的系统集成方式，形成一个能够在互连互通中，实现子系统优势互补，协同作用的管廊运营监控整合平台。

智慧管廊国内外发展历程

国内情况

北京：我国第一条综合管廊设置在天安门广场。天安门广场是我国政治活动中心。1958年在天安门广场敷设了1076m综合管廊。1977年配合《毛主席纪念堂》施工，又敷设了500多米。

上海：1978年12月23日，宝钢在上海动工兴建。被称之为宝钢生命线的电缆干线和支干管线大部分采用了综合管廊方式敷设，埋设在地面以下5～13ｍ。。

济南：2001年在济南市泉城路改建工程中，在道路南北两侧各建一条综合管廊，全长1450米，沟高2.75米，沟顶距地面1.5至2米，采用混凝土浇筑。对供电、供水、供暖、电信、交通指挥、有线电视等各类管线及设施制定了统一的系统方案，并充分考虑了与周边道路管线的衔接和辐射。

沈阳：浑南新城市政综合管廊（干线型）2011年开工，2012年竣工，管廊工程总长度约11.6公里，成井字形布局，主要纳入电力、电信管线。

总体来看，国内综合管廊技术起步晚，建成规模小，管线种类少。据不完全统计，目前全国建成并投运的综合管廊在1000公里左右。

国外情况

法国：综合管沟已有170余年的发展历史。法国巴黎1832年就开始兴建世界上第一条综合管廊，综合管廊内容纳了自来水、通讯、电力、压缩空气。

英国：伦敦1861年开始兴建，综合管廊内容纳了自来水、通讯、电力、燃气管道、污水管道。

德国：汉堡1893年开始兴建综合管廊，综合管沟内容纳了自来水、通讯、电力、燃气管道、污水管道、热力管道等市政公用管道。

日本：是目前世界上综合管廊建设最先进的国家。目前，日本综合管廊建设已经处于国际领先水平，实现了大规模综合管廊建设。其国内管线管理以综合管廊管理为主。

总体来看，国外的技术发展早，建成规模大，管线种类综合。

智慧管廊政策要求

       国家标准GB 50838-2012《城市综合管廊工程技术规范》中规定综合管廊应配备具有专业资质的维护单位并建立管理维护档案。

       2013年9月，国务院办公厅下发了《关于加强城市基础设施建设的意见》（国办发（2013〕36号），该文件中指出，开展城市地下综合管试点，用3年左右时间，在全国36个大中域市全面启动地下综合管廊试点工程∶中小城市因地制宜建设一批综合管廊项目。新建道路、城市新区和各类园区地下管网应按照综合管廊模式进行开发建设。

       2014年6月关于《国务远办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》（国办发〔2014〕27号）指出稳步推进地下综合管廊建设，加强科学技术和体制机制创新。

       住房城乡建设部部长陈政高出席培训班座谈会指出∶ 要统一认识，统一思想。事实证明，城市地下综合管廊建设在国际上是一条成功的道路。综合管廊建设的意义在于充分地利用地下空间，节省投资，对拉动经济发展、改变城市面貌、保障城市安全都具有不可估量的重要作用。

智慧管廊建设目标

       建设智慧管廊综合管理平台，通过智能传感器、物联网、自动化控制、GIS地理信息、三维可视化等技术，促进综合管廊由“二维”到“多维”、“自动化”到“智慧化”的转型，以信息平台为支撑，智能控制为手段，实现对综合管廊的基础数据及动态信息共享、资源整合、精准管控及智能决策等，实现综合管廊综合管控、智慧运维等的空间化、智能化、自动化、智慧化和可视化，提高综合管廊建设和运营管理的效率和质量。

       城市管廊建设从过去的探索阶段正式步入政府调控、多方融资、统一规划和总体运营的平稳发展道路上来。城市地下综合管廊建设实现了包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等多个城市重要管线的有序入廊，解决了以往多政府部门、多辖区、多使用单位的管理混乱难处，也最大程度改善了城市内涝、“马路拉链”式工程和地下空间资源利用率低等问题。

智慧管廊管理界面

智慧管廊监控系统

       智慧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、门禁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。

       物联网研发的基于物联网的监控与报警系统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，成为锆创综合管廊监控系统未来的发展方向，从而使信息孤岛难题成为历史。

系统设计原则

       根据用户现状和需求分析，技安综合管廊监控系统依据以下原则设计：

       （1）可靠性原则 

 建立严格的质量控制和数据校核机制，准确真实地各类管廊线状，提升管廊管理的全面性，保障管廊数据获取、融合、传输等过程安全可靠。

       （2）可扩展性原则

系统采用动态调节，为不同网络应用提供可扩展性，与专业管线系统及其它系统平台的对接提供接口，提供管廊及相关数据、管廊元数据访问接口，便于数据的交换与共享；

       （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

监控与报警系统采用可控的软件和设备，确保管廊及相关数据的逻辑安全和物理安全，避免数据存储设备的物理损坏，并保证网络环境下数据的安全，防止病毒入侵、非法访问、恶意更改毁坏，采取完备的数据保护和备份机制，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。

       （5）共享性原则

管廊的断面线状、舱位数量等信息和管线主管部门之间建立良好的数据交换和共享机制，将管廊数据利用率最大化；

       （6）开放性原则

       管廊综合信息管理的体系、方法及平台应该具有复用性和可扩展性，在平台建设过程中需要采用灵活的架构，低耦合的功能模块设计，形成通用化、系列化、模块化的开放平台，便于系统功能扩展、升级、维护等，并可按不同的业务需求封装成各类功能服务包，从而提高代码的重用率以及研发的效率。

从安全的角度出发

       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。

       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。

从物联网的角度出发

       本系统利用先进的物联网技术，通过感、传、知、用四层架构，实现对地下管廊的属性信息和状态信息运行透彻的感知和度量，通过感知实时获取人员、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。

       井下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）Wi-Fi电话的语音信息和广播信息；

       （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。

系统组成

       智慧云综合管廊监控系统由环境与设备监控系统、安全防范系统、通信系统、预警与报警系统、地理信息系统和统一管理信息平台六部分组成。

       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。

智慧管廊3D展示

系统功能

       综合管廊采用二三维一体化的设计方式，平面视图管廊表现为二维方式，转换视角，管线表现为三维方式，可以直观查看管廊内部入廊管线的分布情况、管廊各出口的位置和安装在管廊内部附属设施的位置。同时反映综合管廊本体与周围地形、地物、建构筑物的关系。该系统参照CAD三视图的展示方式，通过主视角度查看管线在管廊内部的空间分布情况，通过侧剖面观察管廊内各里程的实际情况。

系统价值

       通过管廊地理信息系统，我们通过三个角度直观的看到管廊内部的实际情况，为后续管理各运维管理提供了方便。同时系统将前端采集到的设备状态数据以实际的位置映射到管廊三维空间上。为制定决策提供客观的依据。

智慧管廊预警与报警系统

系统简介

       预警与报警系统的功能是实现对综合管廊的全程监测，系统将预警和报警信息通过多功能基站及时、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，保证人身安全等功能。

系统组成

       预警与报警系统由火灾报警系统和可燃气体探测报警系统两部分组成

火灾报警系统

       在每段防火分区内设置智能烟感探测器、分布式测温光纤、手动报警按钮、火灾电话、多功能广播基站和声光报警器等设备。烟感探测器设置间距为10m，手动报警按钮设置在卸料口、两边的防火门处。基站与基站之间采用可插拔光纤连接。光纤测温主机连接多条线性测温光缆，测温光缆主要监测管廊内电力电缆的温度是否在正常的范围内运行，对于管廊内110kv的电力电缆，每根配置一条测温光缆监测其温度的变化；对于10kv的电力电缆，每层桥架上敷设如正弦波般走向的测温光缆。该系统温度监测精度为1℃，可任意设置多级温度报警值，光纤测温主机可提供一组继电器输出报警信号。在监控中心设置火灾报警屏，通过总线回路巡检、接收、显示每个报警点的工作情况。当火灾发生时，启动整个管廊内声光讯响器。

智慧管廊C/S及B/S两种界面模式

       综合管廊除了支持传统的GUI用户显示界面外，还支持基于Internet的WEB技术，管理者可以浏览器方式在Internet／Intranet环境中浏览综合管廊所集成各种信息。这样，远程用户可以拨号等方式通过Internet来对酒店内的各子系统进行远程监视、控制和管理，实现与酒店内的GUI面界相同的管理功能。可方便地实现对一个大的楼群或小区进行综合集成管理。

       综合管廊系统是一个开放式的、广泛兼容的智能建筑综合管理平台。系统中的所有子系统主机采用分布式管理技术，通过系统的控制总线与中央主机联接，构成总线型网络拓扑结构。

       综合管廊系统采用三层软件体系结构，采用分布式Client／Medias／Server与Browser／Server两种程序架构。数据层采用大型关系数据库作为后台数据库；中间层为逻辑处理层即应用服务层，主要负责实时数据的处理、转发、存贮管理和数据库访问服务；表现层即客户端，采用专用客户端软件和浏览器的方式（浏览器IE6.0或以上）。采用这种软件架构的好处是：

       保证系统稳定可靠：系统逻辑层次分明，结构稳定可靠，系统性能得到均衡配置，并且容易实现功能扩展，特别适合大型应用。

       加强系统的性能：大量的逻辑处理在减少数据库的并发用户，减少网络负载，提高实时数据保证实时数据的响应速度。

       提高系统安全性：由于用户操作不直接对数据库进行操作，用户端只能通过逻辑层来访问数据层，减少了入口点，把很多危险的系统功能都屏蔽了。因此可以提高系统的安全性。

软件实现技术

       开发工具：界面及中间层应用程序采用C#+ASP.NET语言进行开发，底层接口程序采用VC进行开发。

       由于HTML语言的固有局限性——数据流的关闭，使得客户端的浏览器页面不能实时更新，对监控系统，在实时性方面不是很理想。因此我们采用ActiveX控件技术，浏览器下载ActiveX控件运行，ActiveX控件直接与应用服务器连接取数据，所以在能保证监控的实时性，同时，能提供比纯HTML页面更友好的用户界面。ActiveX控件对网络传输速度要求比较高，而基于Intranet方式可保证高速的传输。

方案亮点

● 空间化 

       系统基于空间可视化等技术，集合二维地理信息、三维建模、卫星影像、室内地图等，以“一张图”模式以组件的方式向上层应用提供可视化的基于位置的服务，可直观的展示综合管廊整体情况、预警告警位置及报警状态、以及查看对应地面上的情况。支持二维地图和管廊内部结构图的综合展示，满足大范围地下综合管廊的监控和管理的需要。同时支持VR展示，具有丰富的地图展示效果。

● 智能化 

       系统可在同一平台上实现数据采集、管理、控制、分析、应急等所有应用。能够为综合管廊环境数据监测、设备管控、应急通讯、火灾报警、入侵安防、资源管理、风险跟踪、联动预警、应急指挥等智能化管理。

当地下管廊发生火灾时，指挥调度中心可基于综合管理平台和应急预案，进行灾情推演，预测事故影响范围和发展趋势，辅助规划警戒区、集合点、疏

散路径和救援陆续等。支持事故现场与指挥调度中心同步通讯，实现多方远程会商和协同救援指挥。

系统还可以通过移动终端（IPAD 或智能手机）进行巡检，将巡检结果实时传回指挥调度中心，以及通过VR技术，在地面上进行巡检。如发现有问题，可在系统上直接生产工单上报给指挥调度中心，由指挥调度中心派遣给相关单位处理。 

● 自动化 

       系统通过有线、无线网络将管廊内各传感器、设施联网，并对其运行数据监测，当出现问题报警时，通过自动控制平台（ACU）和智慧管廊综合管理平台处理，形成报警或状态信息，联动控制综合管廊内通风、照明、排水、消防、监控等系统，并经过自动控制程序或应急预案处理，形成自动处理流程或人工响应流程，对信息进行显示、响应和处置，确保综合管廊和各专业管线的运行安全

       （1） 传感器检测到管廊某区段温度超过阀值，控制单元自动启动语音报警装置，并启动风机快速换风，同时后台大屏幕自动显示报警信号。

       （2） 感温光纤或温感/烟感检测到管廊某区段温度异常、烟雾异常，控制单元自动向后台传送报警信息，后台智慧管廊综合管理平台控制该区域监控探头实时信号上大屏幕，管理人员评估火灾情况，启动自动灭火装置，并指挥调度应急人员赴现场扑救或救援。 

● 智慧化 

       系统通过采集、处理、存储各类监测数据，利用大数据分析工具进行建模分析，实现综合研判、预警，若发现异常，提前告警，做到事前预测预判。系统可以应用事故仿真等模型进行事故模拟评估，灾情推演，预测事故影响范围和发展趋势，辅助规划警戒区、集合点、疏散路径等，为应急指挥提供支撑和辅助决策

系统基于大数据分析技术，通过对日常运维数据分析，实现管廊设施寿命分析，对管廊设施进行全寿命管理。

系统通过对通风、排水、照明等设备能耗监测，统计分析，以及结合大数据分析技术，智能化控制技术，选用节能产品等，通过分别分析各个舱、各个分区、各类设备等能耗，以及日常运维的数据（如故障、开启时间、频率）等，实现能耗管理和节能控制。

● 可视化 

       将智慧管廊个采集、运行的数据、分析处理的数据通过丰富多样的图形显示上大屏展示。

系统提供基于LBS、可穿戴设备相结合的交互式管理服务，通过VR技术还原现实，实现综合管廊穿透式的数据查询与展现，使得城市地上地下信息一体化。