地下综合管廊监控与报警实训系统探讨与实践
——以浙江建设职业技术学院为例

胡力勤,赵和平

HU Liqin，ZHAO Heping

(1.浙江建设职业技术学院,浙江 杭州 311231；2.浙大网新电气技术有限公司,浙江 杭州 310027)

近年来,我国综合管廊建设在全国各地如火如荼开展,GIS、BIM、智能化控制系统等新技术应用于管廊建设。为推动地方经济发展,培养大量社会急需的建设人才,根据《国务院关于加快发展现代职业教育的决定》《浙江省人民政府关于加快发展现代职业教育的实施意见》文件指示,浙江建设职业技术学院积极探索改革人才培养方案,依托浙江省高职优质校、优势专业、特色专业项目建设,创新建设先进综合管廊实训基地,为人才培养打下坚实的基础。综合管廊实训基地如何建？建哪些内容？如何发挥实训基地的最大优势？面对这些新课题,教师团队通过充分调研,以“来源于真实工程,演变于真实工程,高于实际工程技术”为建设目标,把综合管廊实训基地建设成为融教学、科研、工程研发、岗位培训于一体的多功能平台,既满足实践教学要求,又充分反映现代综合管廊主流技术,在全面反映综合管廊土建结构施工细节的基础上,集成展示各项最新智能化技术应用与研究,着力打造综合管廊监控与报警实训系统。

1　综合管廊监控与报警实训系统建设定位

综合管廊监控与报警实训系统以综合管廊为监测对象,基于各类智能化信息的综合应用,集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体,具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力,运行在统一平台下,集成展示智能化巡检、运维操作。

首先,应满足教学需要,使学生能够在“教、学、做”的教学模式下,学习综合管廊监控与报警控制系统的相关知识,了解综合管廊监控与报警控制系统的内容,及其包含的子系统，如：环境监控、安防等子系统,了解该控制系统的工作过程,并进行系统安装和调试的训练,增强学生的动手能力,满足工作技能的需求,提高核心竞争力。其次,应成为教师进行科学研究的场所,以项目研究提升教师的科研水平,产学研相结合,间接提升教师实践能力,提升教学质量。最后,应成为行业协会最新技术展示、人员交流、岗位培训、技能比武的好场所。

2　综合管廊监控与报警实训系统建设方案

综合管廊监控与报警实训系统以计算机、通讯、电子等技术为基础,以集中管理、分散控制、统一管理平台开展安全控制系统实训。安全控制系统实训包括五方面：

1)管廊本体的健康与沉降、渗水监测与报警联动；

2)火灾监测与报警联动；

3)非法入侵监测与报警联动；

4)有毒气体泄露监测与报警联动；

5)电源监测与报警。

监控与报警实训系统具有范围广、内容多、技术变化快的特点。监控与报警实训系统从控制设备安装、系统调试、智能巡检运行入手,开展实践教学活动。实践教学平台还需模拟仿真为上级平台预留数据上传接口、接受上级平台调度指令,对内实现各子系统统一的监控和管理,便于监控、运维和抢修；对外实现区域或地域级的监控、调度、管理。监控与管理实训系统统一管理平台尚需预留与各管线单位互联互通需求的传输接口。综合管廊与管理平台见图1。

2.1　监控与报警实训系统控制模块配置

2.1.1环境与设备监控模块

具有对综合管廊内部环境参数采集、监测、报警联动。环境参数采集包括各舱温湿度、O2含量、H2S浓度、CH4浓度、污水温度、集水坑水位等。监控中心将实时采集到的数据存储、分析,设定阈值；当环境参数超标时,发出报警信号,并启动风机进行通风或者启动排水泵排水；当燃气仓CH4浓度超标时,监控中心需第一时间将报警信号传输给燃气公司通讯界面,由燃气公司关闭泄漏点就近阀门。

设备监控功能。通过ACU对管廊实训基地内附属设施供配电系统、通风系统、照明系统、排水系统等进行监测和控制，并达到降低能源消耗、节省人力、提高管理水平的目的。设备控制方式采用就地手动、自动和远程控制。[1]在满足管廊内人员安全或环境控制要求的前提下,以节能和方便运行管理为目标,实现最大限度的节能和优化控制。

1)照明控制：综合管廊内人行通道上一般照明的平均照度不应小于15 lx,最小照度不应小于5 1x,在人员出入口和设备操作处的局部照度应提高到100 lx。综合管廊采用光导管系统,实施自然、绿色照明,共在50 m内设置 8个光导井,照度传感器采

图1　综合管廊监控与管理平台示意图

集照度与规定参数比较,对管廊室内照明采用智能化运行模式,并对各区域进行独立的自动化控制,实现人到灯亮,人走灯灭的节能管理目标,最大限度降低运营成本。

2)爆管监测：在水仓各种管道上安装压力传感器,系统实时采集管道压力数据,便于及时发现、及时处理故障。在每个区段最低处安装液位开关,水管爆管事故发生时,沟内水位上升报警,用于监测爆管事故。

3)排水控制：在积水坑内设置液位传感装置,系统根据采集的液位数据,自动启、停排水泵,对坑内水位进行控制。

4)通风控制：根据设定参数自动启动风机,进行降温、换气,保证管廊空气环境达到健康标准。当接收到火灾报警信息时,综合管廊实训基地内通风系统停止运行。

5)配电间内的配电控制柜进线运行三相电压、电流、功率、电能、无功功率信号采集；变压器的温度、断路器闭合、断开状态采集。

6)沿线人员出入口电控井盖状态采集与控制。

7)管廊健康采集与控制：管廊健康检测系统重点关注基础重点部位，进行实时在线的沉降监测,防止管廊沿线下沉或下沉不均匀导致廊内管线破损。对于预制拼装方式的综合管廊,应在接缝处设置 2 个沉降监测点。每个沉降监测点选用1台静力水准仪,适用于测量综合管廊多点的相对沉降。

2.1.2安全防范模块

安全防范模块包括入侵报警系统、门禁控制系统、视频监控系统、电子巡查系统、安防集成平台。在安防集成平台的技术上,综合处理有人非法闯入信息。

根据国家标准要求,在综合管廊内的投料口、通风口、出入口、电子井盖布设红外探测器,当非巡查维护时段之内有人员进入管廊时,向监控中心报警信息。门禁报警系统对综合管廊3个主要出入口布设,管理人员的进出,并实时记录出入信息。三维人脸识别网络型视频监控系统,主动识别管廊三个主要出入口出入人员,并将网络视频信号传输至监控中心时记录,图像记录保存时长大于30 d。设置巡查系统,由监控中心按计划实施巡查计划,设备定位,巡查维护人员定位。安防集成平台将以上信息集成处理,降低误报,实施入侵系统与视频联动、门禁系统与视频监控联动、电子巡查系统结合GIS技术与视频监控系统联动,在安防系统集成平台上实现基于网络可视化平台集成与设备管理。

2.1.3GIS模块

综合管廊设置地理信息系统,且具有综合管廊和内部各专业管线基础数据管理、图档管理、管线拓扑维护、数据离线维护、维修与改造管理、基础数据共享等功能。[2]通过蓝牙和WIFI技术实现定位,具有丰富的图形展示效果,为综合管廊统一管理信息平台提供人机交互界面。在综合管廊内主要设备上安装蓝牙巡更设备,配合基于移动端APP,完成从实训统一平台上派出巡检任务单,按任务单巡检主要设备,检修替换,完成巡检。管廊数据采集见表1。

2.1.4统一实训平台模块

统一实训平台模块安装在监控中心的电脑上,支持众多的标准通讯协议和各种网络架构,提供人机交互界面,实现信息采集、数据存储、数据分析、数据处理、应急管理、联动控制等进行综合处理。统一实训平台对各子系统进行系统集成,并为上级平台预留数据上传接口、接受上级平台调度指令,对内实现各子系统统一的监控和管理,便于监控、运维和抢修,对外实现区域或地域级的监控、调度、管理[3]。

统一实训平台具有演示教学功能,按照教学的要求,设计数十个演示场景,以便管廊内进行演示内容展示,在监控中心有全部实训教学流程与说明,配合GIS系统,能在监控中心接收到动态位置信息、图像信息、每台设备的参数、运行状态等。

统一实训平台承担综合管廊运维的状态评估与预测、安全预警、维修与养护决策等任务仿真,能处理安全事故等应急突发事件,联动控制。根据安全事故等监测数据,自动实现设备的启动和关闭。对数据分类整理,运用数据挖掘技术，实施运维统计和报表管理,建设资料数据查询与管理,用户权限管理,操作日志存储与检索管理,数据规范化管理。通过按既定策略的深层次分析,从全局角度对数据进行处理与判断,得出管廊实时结构健康评分,提出相应的维修和保养措施[4]。

表1　管廊数据采集表

2.1.5火灾自动报警及联动模块

设置防火门监控系统、自动灭火系统、智能疏散系统、声光报警装置与消防应急广播等。在燃气仓布设可燃气探测报警装置,在电力仓内,运用光纤感温探测器对电力电缆温度进行时时监测；在舱室顶部设置感烟火灾探测器、手动报警按钮等传感器,侦测火灾报警信息。光纤测温主机对火灾地点进行精确定位,向监控中心发送火灾信息,包括火灾发生位置、温度信息、报警信息等。无论是感烟火灾探测器或者可燃气探测器、光纤感温探测器,当各类型传感器采集到火警,联动防火分区内控制防火门、风机切断非消防电源,门禁释放,自动打开,应急照明系统启动,智能疏散系统配合消防广播播放逃生信息,导引逃生最佳路径,保证人员快速撤离,自动灭火设备选用气溶胶自动灭火系统进行灭火。

2.2　主要实训项目

学生采用小组教学模式,共分成16组,每组3人,可进行控制系统主要设备安装、编程、调试训练,掌握所需的基本技能。见表2。

表2　实训项目一览表

3　结　语

通过综合管廊监控与报警实训系统建设,创新设计一个以统一的实训平台技术,集成联动控制,防水、防火、防盗；借助GIS系统进行管线管理的信息化建设和管线运营的预警分析、事故处理,满足为社会培养大量急需建设人才的需求。依托该基地教师建设团队获得浙江省公益项目2项,建设厅项目一项,教师较好开展产学研活动,推进教学质量的提高,为建立综合管廊日常和应急状态下的安全保障技术,使综合管廊成为安全、节能空间,配合浙江省地方经济技术发展的要求做出应有的贡献。