基于物联网技术的智慧综合管廊配电能效平台建设

摘要：随着现代物联网技术的快速发展，基于物联网技术的地下综合管廊智能化建设正在成为智慧管廊重要的建设方式。借鉴地下综合管廊的建设经验，应当充分发挥现代物联网技术的优势，引进智慧管廊内涵和支撑技术，提高地下综合管廊智能化建设效果，有利于提升新型城市基础设施水平，完善城市数字化管理功能，实现地下综合管廊全生命周期的智慧化运营和管理。

关键词：物联网技术；地下综合管廊；智慧化建设

0 引言

地下综合管廊是城市基础设施的重要组成部分，在建设过程中依托物联网技术能够提高地下综合管廊的建设效果，实现智慧化建设的目标。在地下综合管廊建设过程中采用现代物联网技术，为地下综合管廊全生命周期的运营提供有力支持，保证地下综合管廊在建设目标方面能够达到精细化、智慧化的要求。

1 地下综合管廊建设概述

地下综合管廊主要是指建于城市地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施，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可纳人综合管廊。围绕地下综合管廊的建设要求，在地下综合管廊的建设方面需要采取多种先进的智能化技术提高建设效果，目前地下综合管廊智慧化建设尚停留在子系统实施以及系统集成状态，与要达到的智慧管廊目标还存在较大差距。

2 地下综合管廊智能化建设

2.1做好全面规划

在地下综合管廊建设过程中，智慧化建设是重要的发展目标。要提高智慧化建设的效果，应当在地下综合管廊建设前进行充分论证，做到全面规划、科学实施，从而使地下综合管廊在建设方法、建设内容和以及智能化技术的应用都能做到提前规划和提前筹备，解决地下综合管廊建设中存在的诸多问题。目前智慧管廊建设需要多方面协同才能保证地下综合管廊建设取得智慧化的效果。

2.2引进智慧管廊内涵和支撑技术

在地下综合管廊智慧化建设过程中引进现代物联网技术至关重要，智慧管廊建设包含的内容多，通过采用物联网技术实现管廊的数据收集、管线监控、管廊安全防范、安全机器人巡检、廊内环境与设备监控等功能，实现地下综合管廊管理的智慧化，提高地下综合管廊的管理效率，更好地融入智慧城市管理和服务体系。智慧管廊利用物联网技术，通过信息传感设备，按约定的协议，将管廊内设备与网络相连接，设备通过物联网进行信息交换和通信，实现对廊内设备智慧化识别、定位、跟踪、监管等功能。

2.3地下综合管廊智能化系统构成

地下综合管廊智能化建设的总体架构分为设备层、网络层、支撑层、应用层。设备层主要由走廊内部署的各种监控设备实现。网络层使用物联网进行数据传输，并将数据信息上传到支撑层。支撑层由一系列数据库和服务平台组成，是智慧管廊的数据基础，也是应用层进行信息处理的数据来源。应用层由根据智慧管廊运维管理平台需求制定的相关功能模块或系统组成，包括综合监控、综合数据服务、运营管理、应急管理等。

3 基于物联网技术的地下综合管廊智慧化建设要点

3.1安全机器人巡检系统

安全机器人巡检系统采用物联网进行控制和数据传输，对地下管廊的管线进行全面的巡检，既解决了管线的巡查问题，同时也提高了巡检质量，规避地下

图1巡检机器人安装横断面图

图2(静力水准系统结构图)

管线的泄露风险，快速发现地下管线的安全隐患并予以有效解决，使地下管线在运行过程中具备更强的安全性。采取安全机器人巡检的方式针对性强，巡检效果好，在巡检过程中能够满足巡检要求，对解决地下综合管廊的管线巡检问题具有重要影响，在具体实施过程中需要根据地下综合管廊的建设位置，管线类型以及管线的走向情况合理设置安全机器人的巡检路线。

3.2结构安全监测系统

地下综合管廊结构安全监测系统可实现对多点相对沉降、结构倾斜、管廊振动、伸缩缝相对位移的监测，提升检测的便利性，提高管廊养护维修的管理水平，降低潜在危险性事件的发生概率。因此对地下综合管廊的结构沉降及位移、振动加速度进行实时监测是非常必要的。

结构安全监测系统通过在管廊结构内布置沉降(静力水准仪)、相对位移(位移计)等监测传感器，监测管廊在运营阶段的结构变形变位，通过光纤光栅调制解调器采集管廊内静力水准仪、位移计数据，利用物联网进行数据传输，监控中心服务器采用光纤光栅测量系统客户端软件对采集的解调仪各通道数据进行数据处理和分析。振动加速度监测采用高精度、频振动加速度传感器实时监测结构动力状态，通过物联网实现远程在线实时监测，后台处理监控管廊上部人为活动(振动扰动)。任何接入互联网的客户端都可在服务器上观测各监控点的变形信息。

3.3利用安全防范系统对管廊进行监控

地下综合管廊在运行过程中需要掌握管廊内的安全状况，利用安全防范系统能够对地下综合管廊进行生命周期的监控，提高地下综合管廊的建设效果，解决了地下综合管廊的安全防范问题。安全防范系统包括视频安防监控系统、非法入侵报警系统、出入口控制系统、廊内人员实时定位系统及离线式电子巡查系统五大部分。管廊安全防范系统采用新一代传感技术、视频识别技术和物联网技术，可以实现以下建设目标:

1)实现人侵防范监控管理，监控中心管理人员可以实时接收人侵报警信号、实时查看管廊内相关图像。

2)实现运维巡更记录和廊内人员定位，提高运维管理的安全管理水平。

3)通过综合监控平台实现安全防范各个系统之间联动以及与其他系统联动，提高管廊的安全防范能力和智能化程度。

视频安防监控系统通过在管廊舱内设置一体化低照度网络高清摄像机，在通风口、投料口、管廊内人员出入口等处设置网络高清摄像机。监控中心值班人员能够按照预先设定顺序或地点显示实时图像画面，当某地点有报警信号时，监控中心能自动显示相应地点的图像画面。监控中心值班人员通过调阅浏览现场的视频图像进行分析和判断，能够清晰地了解地下综合管廊的运行情况，同时还能分析地下综合管廊的运行风险，并提前预防不良事件的发生，保障管廊安全运行。

入侵报警系统在综合管廊人员出入口、通风口、投料口等外部人员容易入侵的位置设置入侵报警探测装置和声光报警器。外部人员进入时，通过分区ACU，及时向监控中心报警，并联动监控中心安防工作站、监控大屏的相应区间和位置的图像元素闪烁，产生语音报警信号，以便控制中心采取相应措施。

出入口控制系统主要由识读部分、传输部分、管理／控制部分和执行部分以及相应的系统软件组成。在管廊人员出入口对人或物的进、出进行放行或拒绝，同时具有实现井盖开启状态监控、位置定位、非法拆除警告和报警等控制功能。电动液压井盖自带控制器，状态信号接入ACU箱，可通过远程和专用工具开启井盖进入管廊。出入口控制系统能接入消防报警信号，当发生火灾，接收到报警信号后，发送火灾的区间及相邻区间的各个出入口电控锁均自动打开。

廊内人员实时定位系统在管廊舱内每隔60米左右设置一个无线路由器,吸顶安装,路由器有效范围不小于30m；每个舱内路由器采用级联方式通信，由一条主通信光纤串接该舱内每个监控区间的所有无线路由。管廊内安装无线全覆盖网络通讯系统后，通过手机、IPAD将实时位置信息传送至监控中心平台。人员进入管廊后，监控中心可根据地理信息实时跟踪廊内人员所处位置，0~20米范围对定位标识等目标进行识别和监控。

离线式电子巡查系统在管廊每个防火分区中部、人员出入口各设置离线电子巡查点一个。人员参与巡查时，使用手持设备即可进行位置信息实时上传，实现巡检功能。

3.4不断完善设备及环境监控

地下综合管廊在运营管理过程中需要监控廊内各种设备的运行状况，并对廊内环境进行监测，了解廊内设备和环境的基本情况，提供廊内各种设备监控方式，为监控中心提供管廊日常运行状态数据，从而有效保障管廊安全运行和运维人员的人身安全。设备与环境监控系统由监控模块、控制设备、物联网设备组成。环境监控模块实现廊内环境参数数据显示、报警定位、告警通知功能。设备监控模块实现通风、排水、照明等设备监测与管控。系统设计应遵循集散管控系统集中管理、分散控制的建设原则，采用管理层、自动控制层和现场控制层三层结构。各层设备应具有标准、开放的通信协议与接口。

设备与环境监控系统包括廊内环境参数检测、通风、排水、照明等设备监测与管控。环境检测参数包括廊内温湿度、氧气浓度、排水泵水位、污水舱内硫化氢和燃气舱内甲烷等。系统采集管廊内环境参数、通风、排水、照明等状态数据，通过可编程控制器控制风机、排水泵、照明系统等设备的运行，同时监控中心也可通过综合监控平台实现系统的远程监控功能，当有环境参数超阙值时触发报警并启动应对控制。系统可根据实际需要对风机、水泵、照明灯附属设备进行远程监控和管理，提供环境监测数据、系统设备状态等历史数据。

3.5优化地下综合管廊运营平台

地下综合管廊在运营过程中既要了解其特点和运行要求，同时也要在运营方面充分发挥基于物联网技术的智慧管廊的优势，将管廊智慧运营服务运用其中，并根据地下综合管廊的智慧运营特点制定科学的运营方式，保证地下综合管廊在运营过程中能够达到运营目标，降低运营难度。智慧管廊的目标是实现智慧化运营、管理，并为管线单位提供高效、优质的服务，确保管廊全生命周期的安全运维。

地下综合管廊智慧运维管理平台由基础网络设施、软件、硬件等构成。功能子平台包括设备设施运维平台、监控与报警平台、运营管理平台、综合数据服务平台、BIM、GIS应用服务平台、应急指挥平台等。智慧运维管理平台具有以下功能：

基于GIS(地理信息系统)和BIM(建筑信息模型)技术，可以进行管廊的精细化模型创建以及大场景地理信息的管理和分析，实现了分析、管理从微观到宏观的海量数据，同时又能更全面地展示可视化信息。

实时数据采集和推送，实时动态监测综合管廊运行状况，通过异常报警和风险评估，掌控风险分布。数据共享和交换，通过使用大数据分析技术对实时数据和海量历史数据进行分析和处理，对可能发生的安全事件进行预警，提前采取应对措施，保障综合管廊整体安全，助力运维单位履行安全职责。

管廊本体与入廊管线一体化监测，使运维单位与管线权属单位形成协同机制，辅助综合管廊各相关方履职履责。

对廊体、管线、附属设施设备进行全生命周期管理，实现巡检、养护、维修、报废业务流程化、精细化管理。提供二次开发接口，实现智慧综合管廊运营平台的各项专业功能。

4、AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台

4.1平台概述

AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体，为建立可靠、安全、高效的综合管廊管理体系提供数据支持，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计，解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、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、环境和设备的使用和恢复效率。

4.2平台组成

安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台，它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度，同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、高效、有序的要求。

4.3平台拓扑

4.4平台子系统

4.4.1电力监控

电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。

4.4.2环境监测

环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警，同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。

4.4.3电气安全

AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器，消防设备电源传感器、防火门状态传感器，接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示，并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视，发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。

4.5相关平台部署硬件选型清单

4.5.1电力监控及配电室环境监控系统

5 结语

通过对地下综合管廊建设的理解，在建设过程中引入物联网技术和智能化技术，提升了地下综合管廊的智慧性，对地下综合管廊的运营效果具有重要意义，即能够切实解决地下综合管廊的运行、维护问题，同时将管廊的管理从监控、运维层面提升到运营、服务层面，实现地下综合管廊全生命周期内监控、运维、管理、运营、服务的智慧化。