综合管廊智能监控报警与运维管理系统设计

综合管廊智能监控报警与运维管理系统设计

摘要：近年来，地下综合管廊已成为建设现代化“绿色城市”、“智慧城市”的重要

环节。在综合管廊运营过程中，由于管廊位于地下呈封闭性，不确定因素较多，

受工程地质和水文条件影响较大，且内部管线种类多、密度较高、口部设计复杂、维修费用高等，传统的人工运营管理常出现安全隐患多、检修不及时等问题，因

此借助BIM、物联网等信息化技术构建城市地下综合管廊智能互联运营监控系统，对实现管廊运营安全智能预警，及时排除运营风险，提升运营管理效率意义重大。

关键词：地下综合管廊；管理；运营监控系统

由于城市地下综合管廊是半封闭区域、空间狭长、潮湿、自然通风不良，在

施工过程中特别是机电安装阶段，焊接烟气量多、粉尘多、湿度大，施工作业环

境恶劣。秉承人文关怀、绿色施工、智慧施工的理念，为持续推动综合管廊领域

技术进步和科技创新，不断探索城市综合管廊施工技术的研究与应用，从智能方

向对“监控报警与运维管理系统”展开设计，为密闭空间的安全施工操作和职工人

身安全提供了保障，填补了国内空白。

1综合管廊运营监控系统的需求分析

为实现综合管廊运营过程中的信息融合与安全监控预警，需分析综合管廊建

设安全监控系统的需求。

（1）服务对象。根据管廊运营单位管理需求，建立智能监控系统，实现状态监控、事故预防与控制优化等。

（2）功能要求。综合管廊智能互联监控系统应以信息系统为核心，通过传感器采集管廊运营数据，并通过互联网的运程操作、计算及通信等，将数字化信息

与管廊环境、设备、安全等运营实体关联，实现传感器、智能控制面板、通信系

统和终端接收系统的互联互通，最终达到管廊自我感知、自我诊断、自我控制及

自我优化的智能化运营管理体系，更好地服务于运营单位。

（3）数据需求。为确保监控状态的及时、准确、有效，须在廊体内部安装不同功能的传感器进行数据的收集，并能及时传送到监控系统进行分析、预警，从

而实现动态智能监测。数据主要包括基础数据和监控数据，前者为管廊内部的结构、设备、管线等基础数据，后者为廊体内设置的各传感器所监测、采集、分析

的数据。

（4）非功能性需求。在管廊运营阶段，系统在信息搜集、分析、处理，安全隐患排查及风险预警执行过程中，硬件和软件应保证在运行过程中抵抗异常情况

的干扰及保证系统正常工作的可靠性能力。为此，系统应具有可扩展性和二次开

发性，保证先进性和持续性，以及良好的接口以保证系统数据不丢失从而维持正

常的运作。此外，系统中信息编码、采集、信息通信要具备一致性，设计规范应

完整、标准，保证输出成果能与其他系统相兼容或不同数据格式的转换，实现系

统间的数据共享。

2管廊监测技术

2.1粉尘监测技术

粉尘监测的技术主要有“粉尘浓度质量法监测技术”、“光散射法粉尘浓度监测”和“电荷感应法粉尘浓度监测技术”。电荷感应法是通过让尘埃粒子经过一个固定

探头，尘埃粒子与探头感应产生静电荷，通过测量静电荷感应量，进行信号放大

并传送进监测控制系统。静电荷的大小与尘埃粒子的流量成正比。通过电荷量与

粉尘浓度的关系计算出粉尘浓度的监测数值。

2.2温湿度监测技术

湿度监测技术，已经是很成熟的技术。根据管廊施工现场实际需要，选用低

成本的数模一体输出温湿度变送器即可获得环境温湿度的监测数据。

2.3气体监测技术

施工现场常用的气体监测方法是定电位电解式方法，即电化学传感器监测。

其中氧气监测可采用长寿命的进口电化学工业氧气专用传感器监测，在电路设计

上采用了智能微控制技术，器件采用SMD技术及工艺。适用于各种恶劣的工业

环境场合。挥发性有机化合物（VOC）监测方法主要有：气相色谱法、分光光度法、质谱法和可燃气体传感器等，其中可燃气体传感器适用于管廊施工现场。

一氧化碳监测采用电化学模组监测，具有经济、稳定、寿命长、监测范围广、分辨精度高，适用温度范围大，数字转换便捷等优点。

2.4施工环境综合监测技术

地下综合管廊施工过程中，各种环境因素影响是综合交叉的。对施工环境进

行综合监控非常必要。综合监测系统应满足监测功能丰富、移动便捷、量程广、

适用恶劣施工条件、小型化等要求。

综合监测系统，可以用电荷感应法监测粉尘、利用定电化学传感器来监测气体、利用温湿度变送器监测温湿度，并结合成熟的电子技术和网络通讯技术研制、开发出成套装置。仪器体积要小，以便于移动式监测。利用成套综合监测系统就

可以同时监测各种管廊环境参数，自动采样、自动分析，测量浓度可直接在显示

屏上显示。

3综合管廊智能互联监控系统架构设计

（1）感知层：通过传感器采集整个管廊气体、温湿度、水位、电力、通信数据，实现对整个管廊运行状态的感知，通过风机、水泵、配电、照明、消防实现

整个管廊的安全运行。

（2）接入层：提供统一的设备接入服务，提供多种通信终端产品及接入方案，采用统一的数据采集及控制接口模型，支持各种工业通信协议，可实现对各类环

境传感器和通风、配电、燃气及排水设备的快速接入。

（3）传输层：采用有线及无线通信网络，分布式消息中间件，实现安全可靠的双向数据交互，确保各类感知数据的实时采集以及远程控制命令实时到达和执行，并能连接大数据服务平台。

（4）数据层：由消息中间件、数据缓存服务、数据分析服务、实时数据流服务、NoSQL数据库平台，依托数据库集群、云计算及大数据技术，构建智慧管廊

大数据处理系统。提供从终端到头端、从设备到业务、从数据到运营决策的全业务、全数据、全覆盖的整体解决方案。

（5）展示层：依托GIS、GPS、BIM技术、三维展示技术、虚拟显示技术以及移动互联网技术为智慧管廊运营单位提供全方位的应用服务，实现环境及设备监控、安全防范管理、运行维护管理以及数据统计及效能分析。

4实现功能

该系统及装置的空气质量监测参数全面，将多个传感探测功能整合到装置内；空气质量探测参数主要有：氧气浓度监测、一氧化碳浓度监测、挥发性有机物含

量监测、粉尘浓度监测、温度监测和湿度监测等。集成度高，将探测与控制集于

一体，以实现安全防护的目的。

该监测系统通过以可编程逻辑控制器为控制核心的控制系统设计，具有可靠

性更高，编程容易，组态灵活的特点。通过触摸屏实时显示上述六种监测参数的