摘要：地下综合管廊工程是解决“马路拉链”的有效手段。随着管廊工程逐渐普及，其智能监控系统逐步完善，能够做到更加智能化和节能环保的程度。以贵港市地下综合管廊为依托，对其智能监控系统的实现功能及技术进行总结和梳理，按照系统控制的内容进行划分，通过工程实例介绍了“智慧”管廊弱电各个子系统的设计及调试工作的内容和要点，可作为类似工程的设计及调试参考。
关键词：地下综合管廊；智能监控系统；智慧管廊；调试技术
目前住房和城乡建设部大力推广综合管廊的建设，这方面的建设在中国处于起步阶段，前期的设计没有具体标准，随意性较强，尤其是弱电系统，参差不齐。现结合贵港地下综合管廊的工程设计案例，简要分析综合管廊工程智能监控系统设计及调试要点。
1工程简介
贵港市位于广西壮族自治区的东南部，贵港市沿同济大道、迎宾大道、郁林路建设约10km地下综合管廊，以及监控中心、变电所等设施。工程包含的三条道路地下综合管廊具体如下：1）同济大道（江南大道～南环路）综合管廊呈南北走向，北起江南大道，南至南环路，长度为2470m；综合管廊位于道路中央绿化带下，管廊综合舱内壁距离道路中心线为2．9m；管廊为干线双舱形式，分为电力舱和综合舱；2）迎宾大道（桂林路～城北大道）综合管廊呈南北走向，南起桂林路，北至城北大道，长度为1050m；综合管廊位于道路中央绿化带下，管廊综合舱内壁距离道路中心线为2．65m；管廊为干线双舱形式，分为电力舱和综合舱；3）郁林路综合管廊呈东西走向，西起平安路，东至同济大道，长度为6785m；综合管廊位于道路北侧分侧绿化带下，管廊中心线正对绿化带中心线，距离道路中心线为12．5；管廊为干线双舱形式，分为电力舱和综合舱。主要承载主干道电力、通信、给水干线。并满足各路口管线连接和沿线地块用电、通信、给水的供需。根据需要综合管廊沿线设有各类管线出舱口、通风口、投料口及逃生口；综合管廊的环境与设备监控系统分为信息层、控制层、设备层三层结构；设备设就地、区域控制柜、监控中心三级控制。本工程设计及调试内容包括各管廊的环境与设备监控系统设备单体调试和系统联合功能的调试。
2工程设计内容
本工程设计内容为地下综合管廊附属设施的的供配电系统、照明、监控系统（环境监控子系统、安防监控子系统、通讯子系统）、网络系统、给排水系统、通风系统。（见图1）
2．1网络系统
网络设计总体方案为：综合管廊现场ACU柜（环控系统）、网络摄像头、门禁系统（安防监控系统）、固定电话（通信系统）等均需与监控中心建立快速、安全、可靠的数据通道，即网络系统。贵港管廊的监控主干网通过网络交换机构成一个光纤环网。在综合管廊监控中心设置核心层网络交换机（两台全千兆的核心交换机，分别处理安防和监控的数据）；在各分变电所设置汇聚层交换机（两台汇聚层交换机，分别汇聚转发各分区小环网内的安防和监控信息）；在每个防火分区设备间设置接入层交换机（每个防火分区的ACU柜内安装一台千兆安防工业以太网交换机、一台千兆监控工业以太网交换机）。核心层交换机、汇聚层交换机、接入层交换机通过光纤组成综合管廊的光纤环网。如图2为其中一条路的网络架构图：
2．2环境与附属设备监控系统
2．2．1设计总体方案
环境与附属设备监控系统主要对综合管廊内，各防火分区的温度、湿度及氧气含量进行监测；对各舱室内的通风设备、排水泵、照明灯具等进行手／自动启停控制。环境与附属设备监控系统主要由现场设备层、PLC控制层和中央监控层构成。1）现场设备层。现场设备层包括环境监测仪表（包括温度湿度检测仪、氧含量检测仪等）、集水坑排水泵、风机、照明回路、配电控制箱、逃生井盖等设备。所有设备状态信号和控制信号均通过总线或控制电缆接入就近PLC系统。2）PLC控制层。针对管廊内附属设备基本相同且相对独立这两个特点，结合本工程管廊各舱位置，在每个防火区段设置1套分段ACU柜，同一防火区段各舱室的附属设备监控和环境参数通过总线或I／O送至该ACU柜内的PLC系统，此PLC系统负责同一防火区段内附属设备监控和环境参数检测。每套ACU柜包括一套PLC系统、UPS电源以及交换机等设备。3）中央监控层。监控中心设置相关监控设施，实现综合管廊环境与附属设备的集中调度管理，数据记录、分析、报警以及监控对象的运行状态显示等功能。
2．2．2系统构成
环境与附属设备监控系统与无线AP共用一套监控网络，通过监控主干网接入监控中心核心层交换机，在监控中心由综合监控系统深度集成，由综合监控系统组建全线监控网络。如图3所示：区域控制器ACU（PLC系统）主要采集和控制参量：1）各区段温湿度信号、氧气检测信号（通过Modbus总线）；2）各出入口防入侵检测器；3）电子井盖信号；4）各区段集水坑水液位开关信号；5）各区段照明、风机、排水泵等机电设备的控制及状态信号；6）各区段配电系统的运行情况。
2．2．3系统主要监测内容
综合管廊需要监控的主要数据为各防火分区内的氧气浓度、温度、湿度等；各防火分区的集水坑水位报警信息；各防火分区的照明、通风设备、排水泵等机电设备的状态；各出入口的防入侵报警状态；各高低压配电设备开关状态及电量参数，电子井盖开启状态等。
2．2．4系统主要控制内容
管廊的被控对象是风机、水泵等各种机电设备，具有三种控制模式：现场手动模式、远程手动模式和自动模式。设备就地控制箱设有现场／远程转换开关，实现上述控制方式的转换。ACU实时采集温度、湿度、氧气含量、集水坑液位等仪表检测数据对风机和排水泵实现启停、状态监测、联动等操作，实现智能调节管廊环境工作。
2．3电力监控系统
管廊设置电力监控系统，对供电设备及负荷情况进行监测，通过采集智能各供电单元智能检测仪表的数据，经监控主干网，将数据上传至监控中心综合管理平台，对数据进行统一、集中管理，实现电力监控及能源管理。
2．4安防系统
2．4．1设计总体方案人员进出综合管廊的途径有三处：监控中心、投料口、出入口和机械通风口。巡检人员平时由监控中心或者出入口正常进出；外来人员可能通过投料口和机械通风口进行非法进入。安防系统由视频监视系统、防入侵报警系统、出入口控制系统、电子巡查系统组成，负责本工程综合管廊的所有安全防范功能。
2．4．2系统构成
2．4．2．1视频监控系统
采用网络传输模式，以控制中心作为整个系统的核心，综合管廊的逃生口、投料口、设备集中处、关键点布设数字高清摄像机，通过网线把图像传送到监控中心，监控中心配置相应的网络硬盘录像机，把前端所有的视频图像、音频编码为数字信号，通过TCP／IP网络架构传输到中控中心视频服务器中，由网络视频管理平台进行图像实时监控管理。
2．4．2．2门禁管理系统
综合管廊每个人员出入口及控制中心重要出入口处均设置门禁系统。门禁系统由门禁管理平台、门禁控制器、读卡器、发卡机、非接触式IC门卡、门磁、电控锁、通讯电缆等组成。门禁控制器采用网络信号传输方式，通过以太网主干网络接入监控中心。
2．4．2．3防入侵监控系统
1）在综合管廊逃生口，吊装口、人员出入口处设置入侵报警探测装置和声光警报器，对人员非法入侵进行探测和报警。2）入侵报警系统可通过管廊专用网络将数据传至监控中心统一管理平台。3）监控中心统一管理平台对入侵报警系统具有远程布防、远程撤防、远程报警复位等功能。
2．4．2．4离线式电子巡查系统
电子巡更系统采用离线方式，方便安装、增减、调整巡更点。在固定巡更点设置巡更信息钮，运营管理人员携带巡查采集器按预定路线按时巡逻。通过信息通讯器将数据上传至系统软件。系统软件将自动显示进入人员姓名、完成巡查点（按时和不按时，按次序和不按次序）、未完成巡查点等，同时系统可以按照日期、运营管理人员、巡查点进行查询，并可打印巡查报告。
2．4．2．5电子井盖监控系统
在管廊逃生口井盖处安装电子井盖探测器，通过井盖开合状态控制信号开关的开合状态，通过各个分区PLC将开关状态信息上传至监控中心。电子井盖具备电子开锁机构，可监控中心远程遥控开锁，也可机旁手动开锁，或机旁外部用手持开锁器开锁，安全可靠的同时兼顾安全逃生功能，并可及时发现井盖被盗或者有人从各投料口违规进入到管廊内部的情况。
2．5通讯系统
管廊通讯系统包括：固话语音系统及无线通话系统。每个防火分区设备夹层配置1台固话终端、交换机、语音网关，基本配置拖4～5部固话终端。采用语音网关带固话终端到交换机方式组网。光纤交换机通过光纤组成环网连接到监控中心的软交换主机从而智能监控平台对接控制。无线通讯是为巡检等人员与控制室管理人员之间建立灵活的通信联络而设计的，它可以通过控制中心的调度基地台对管廊内巡检人员传送信息、通知及命令等，对突发事件及时进行命令和人员调度。依托无线AP和Wi－Fi手机实现无线定位功能。
2．6通风系统
2．6．1设计总体方案
贵港市地下综合管廊包括电力舱和综合舱。各舱内按不大于200米间距设置机械送、排风系统，在各舱内为维修管理人员提供适宜的工作环境。综合管廊内电力舱和综合舱，各舱均设置独立的通风系统，具体的通风系统设计如下：1）电力舱、综合舱综合管廊采用机械进风与机械排风相结合的通风方式；2）电力舱、综合舱综合管廊在每个防火分区两端分别设置进风机、排风机进行机械通风。
2．6．2通风系统控制方式
1）电力舱、综合舱的综合管廊，当综合管廊内温度≥40℃时，或维护人员进入综合管廊内检修时，开启进、排风进行机械通风；平时，由控制中心机房不定时开启进、排风机进行机械通风，保证综合管廊室内温度在40℃下，同时保证综合管廊的空气质量。2）电力舱、综合舱综合管廊，发生火灾时，由烟（温）感器向控制中心机房消防系统发出报警信号，由控制中心机房消防系统关闭着火防火分区的进、排风总管上的80℃全自动防火阀，并联动关闭进、排风机。3）通风机在便于操作的地点设置开关。4）通风机操作方式采用手动近距离开启／自动远距离开启两种开启方式。5）防火阀与风机连锁。当烟气（气体）温度达到80℃时，防火阀熔断关闭，并连动关闭相应的风机，风机停止运转。
2．7给排水系统
2．7．1设计总体方案
综合管廊内设排水沟和集水坑，每个防火分区设置一个集水坑，分区内若有局部低点，低点位置增设一个集水坑，主要考虑收集和排除结构渗漏水、管道检修时的排水等。
2．7．2排水系统控制
排水系统设有就地控制箱，可根据液位自动启泵和停泵，排水坑内设有启泵液位和停泵液位，当水位到达启泵液位后，排水潜污泵自动启动，当水位下降到停泵液位后，排水潜污泵自动停止。排水泵也可机旁手动操作。
3系统调试
3．1调试步骤
1）环境与设备监控系统。为保证检测系统对监控点采集和控制的正确性。根据环境与设备监控系统输入输出信号一览表对设备进行数据采集和控制调试，确保满足系统功能要求（见图4）。2）有线及无线网络系统。根据设计原理图中各分区网络交换机及无线AP的布置，规划整个路段所有交换机和无线AP的IP地址，并提前对交换机J及无线AP进行地址和区域台标设置。3）视频监控系统。根据设计原理图中各分区的监控摄像机的点位布置，规划整个路段所有摄像机的IP地址，并提前对摄像机进行地址和区域台标设置。
3．2单体调试
3．2．1环境与设备监控系统
以管廊通风系统风机及温湿度传感器调试为例（见表1、表2）。（1）通风系统风机具体调试步骤1）用万用表检测供电开关进线端是否有正常380V电压供应；2）用万用表测试供电回路及控制回路的各点是否和原理图中对应的电位相同，若出现短路及断路情况及时整改线路；3）回路检查无误，闭合开关，现场操作风机控制箱手动／自动按钮，并进行启停，测试监控反馈信号是否与现场一致；4）操作盒：在防火分区各出入口设置专用按钮盒对排风机手动操作；5）远程手动操作：人机界面HMI：在监控中心工作站HMI上，手动控制风机启／停；6）现场模拟设备故障，测试监控反馈信号是否与现场一致；7）设备复位，恢复正常。（2）温湿度传感器，具体调试步骤1）用万用表检测供电开关进线端是否有正常24V电压供应；2）用万用表测试供电回路及控制回路的各点是否和原理图中对应的电位相同，若出现短路及断路情况及时整改线路；3）回路检查无误，闭合开关，用遥控器对传感器进行波特率及总线地址设置；4）通过PLC程序的编写，检测传感器的数据是否正常传送到PLC进行数据采集；5）在监控中心工作站HMI上，观测传感器数据是否在平台上正常显示；6）设备复位，恢复正常。
3．2．2网络系统
网络系统具体调试步骤如下：1）用万用表检测供电开关进线端是否有正常24V电压供应；2）用万用表测试供电回路及控制回路的各点是否和原理图中对应的电位相同，若出现短路及断路情况及时整改线路；3）回路检查无误，闭合开关；4）检查光纤熔接是否按正确的线序，用光功率计检测光纤通断是否正常；5）若光路正常，取光纤跳线将交换机上的光口与尾纤盒出线连接；6）取网线插入交换机网口，检查交换机的IP地址是否设置正确；7）将网络上所有交换机通过光纤连接到监控中心；8）在监控中心通过拓扑图检查各分区交换机的连接及设置情况；9）在监控中心对网络中的交换机进行三层路由设置，并进行VLAN划分。
3．2．3视频监控系统
视频监控系统具体调试步骤如下：1）用万用表检测供电开关进线端是否有正常220V电压供应；2）用万用表测试供电回路及控制回路的各点是否和原理图中对应的电位相同，若出现短路及断路情况及时整改线路；3）回路检查无误，闭合开关；4）检查交换机上的视频网线是否正常闪烁；5）若交换机上的网线不闪烁，需要复查网线的制作、供电电缆、电源适配器等；6）取网线插入交换机网口，检查摄像机的IP地址是否设置正确；7）在监控中心通过网络查看视频画面，并设置NVR存储；8）将所有视频画面导入视频管理平台。
3．3联动调试
通过单体调试和联动调试模拟系统功能实施，管廊内监控单元PLC系统将氧气含量、温湿度和集水井水位、入侵探测器、风机、照明等情况上传到监控中心，同时对管廊内通风设备、排水和照明设备、安防等进行状态监测和控制。根据PLC采集的数据，判断综合管廊的内部环境是否安全，对工作人员有示警作用，同时控制照明、风机、水泵、声光入侵探测器及声光报警器等设备，保障进入管廊的人员安全。满足以下情况描述：1）环境控制模式：根据温度、湿度、氧气含量等环境变量实时检测值，预设置固定指标，控制风机启停。如当温度＞40℃或湿度＞95％或氧含量＜19．5％时，监控系统报警并自动启动对应区域排风机，强制换气。2）时间表模式：不考虑环境变量的具体情况，按时间段（如检修时间、白天／黑夜、节日／平时、梅雨季／干燥季等）预编制和控制风机启停。3）根据安防系统的入侵探测器信号，自动打开相关区域的照明。4）系统实时监测管廊内集水井水位超限信号，并根据水位超限信息进行水泵控制操作，当水位超过设定标准时立刻启动或者停止水泵。5）系统具备环境参量超标自动告警功能，并通过监控平台以图形、语音、短信等方式报警并通知相关人员。6）当智能监控平台接收到监测系统报警，可远程开启管廊现场照明设备，并远程调用监控画面进行确认。
4结束语
目前城市综合管廊正处在全面发展建设的阶段，绿色化、智能化、工业化成为管廊建设的发展趋势。本文以贵港市地下综合管廊的工程实例，详细介绍了综合管廊智能监控系统的各个子系统，如：网络系统；通风、排水、照明控制系统；环境和设备监测系统；视频监控系统；入侵报警系统；电子巡查管理系统；语音通信系统的设计及调试要点，可作为类似工程设计参考。完善的智能监控系统为综合管廊的监测、控制、运营、安全提供了强有力的保证，是综合管廊设计中不可或缺的重要组成部分。
作者：秦燕 单位：中冶南方（武汉）自动化有限公司
