城(chéng)市綜合管廊弱電系統設計(jì)分(fēn)析

 随着城(chéng)市經濟的快(kuài)速發展，綜合管線建設規模不足、管理(lǐ)水平不高等問(wèn)題凸現，一些城(chéng)市相(xiàng)繼發生(shēng)大(dà)雨(yǔ)内澇、管線洩漏爆炸、路(lù)面塌陷等事(shì)件(jiàn)，嚴重影(yǐng)響着生(shēng)命、财産安全和城(chéng)市運行秩序。全國(guó)綜合管線事(shì)故平均每天高達5.6起，每年(nián)由于路(lù)面開挖造成的直接經濟損失高達2000億元。因此城(chéng)市綜合管廊的建設已刻不容緩。 
　　然而伴随着城(chéng)市綜合管廊工(gōng)作(zuò)開展的不斷深入，其在形式與數量上也發生(shēng)了巨大(dà)變化，特别是在設計(jì)工(gōng)作(zuò)上，受到技術(shù)水平、城(chéng)市發展等各方面的影(yǐng)響，進而給城(chéng)市綜合管廊的設計(jì)工(gōng)作(zuò)增加了很大(dà)的難度，要想城(chéng)市綜合管廊設計(jì)工(gōng)作(zuò)在城(chéng)市建設中發揮出應有的作(zuò)用，那麽就(jiù)必須将城(chéng)市綜合管廊設計(jì)工(gōng)作(zuò)的開展與實際緊密相(xiàng)連，在此基礎上不斷地進行完善和改進，進而使城(chéng)市綜合管廊設計(jì)工(gōng)作(zuò)的實施變得(de)更加準确、有效。 

1 城(chéng)市地下綜合管廊系統概述及設計(jì)原則 
1.1 城(chéng)市地下綜合管廊系統概述 
　　随着城(chéng)市的迅速發展和人(rén)民(mín)生(shēng)活水平的不斷提高，城(chéng)區日(rì)益擴大(dà)，城(chéng)市人(rén)口急劇(jù)增長，所需的地下管線必将日(rì)益增多，争奪有限地下空間的戰鬥也日(rì)益加劇(jù)，這些都(dōu)将給城(chéng)市發展帶來(lái)諸多問(wèn)題。根據發達國(guó)家的發展經驗，建設地下綜合管廊是解決上述難題的有效途徑，即把市政管線中的電力、電信、給水、再生(shēng)水、熱(rè)力等管線中兩種以上集于一體(tǐ)，在城(chéng)市道路(lù)的地下空間建造一個集約化的隧道。共同溝的出現已不僅是管線敷設方式的改進，而是“集約化”發展城(chéng)市，提高城(chéng)市地下空間利用效率的體(tǐ)現，它給市政管線的建設帶來(lái)了全新的變化。 
1.2 城(chéng)市地下綜合管廊設計(jì)的原則 
　　進行城(chéng)市綜合管廊設計(jì)應該堅持安全性和經濟性的原則，要在設計(jì)中配合城(chéng)市綜合管廊的設置目的綜合地進行，綜合管廊設計(jì)前須事(shì)先建立管線系統網絡規劃。進行城(chéng)市綜合管廊設計(jì)時應該堅持專業化原則，從(cóng)各專業角度進行考慮，前期做好對相(xiàng)關各專業資料的調查研究。進行城(chéng)市綜合管廊設計(jì)應該堅持可(kě)行性原則，對地下現狀構築物情況要充分(fēn)調研，做到對城(chéng)市綜合管廊各種情況的有效處理(lǐ)和預防。 
2 工(gōng)程案例 
2.1 工(gōng)程概況 
　　本項目爲紹興市鏡湖中心廣場綜合管廊工(gōng)程，管廊全長260m，位于鏡湖中心廣場西側；管廊分(fēn)爲兩艙，即水電信艙（2.6m寬）和燃氣艙（1.75m寬）；各艙淨高2.4m。另外因本管廊屬于紹興地區第一條試驗性質的綜合管廊，未設專用的控制中心，本工(gōng)程控制管理(lǐ)設備設置于鏡湖中心廣場地下一層消控室内，消控室内設置2個專用設備機(jī)櫃（600*600*2000）和1台專用管理(lǐ)電腦。 　　

2.2 設計(jì)内容 
2.2.1 火(huǒ)災報警系統 
①本工(gōng)程地下綜合管廊火(huǒ)災報警系統采用集中報警系統型式，消控室設在鏡湖中心廣場地下室下沉廣場。 
②火(huǒ)災探測器主要采用感溫電纜、光(guāng)線感溫探測器。 
③消防聯動控制。 
1）排風(fēng)機(jī)、氣溶膠滅火(huǒ)裝置的控制：采用感溫光(guāng)纜和感溫電纜作(zuò)爲火(huǒ)災探測器，當任一防火(huǒ)分(fēn)區内感溫光(guāng)纜高溫報警或任一感溫電纜發生(shēng)報警，開啓相(xiàng)應防火(huǒ)分(fēn)區内的警鈴、應急疏散指示和該防火(huǒ)分(fēn)區防火(huǒ)門(mén)外的聲光(guāng)報警器。 
2）非消防電源控制：在管廊各防火(huǒ)分(fēn)區總配電箱的非消防用照(zhào)明、電力開關上設分(fēn)勵脫扣器附件(jiàn)，火(huǒ)災确認後，由火(huǒ)災報警控制器聯動控制切斷本防火(huǒ)分(fēn)區非消防電源。 
3）應急照(zhào)明系統控制：當确認火(huǒ)災後，由發生(shēng)火(huǒ)災的報警區域開始，順序啓動全部疏散通道的消防應急照(zhào)明和疏散指示系統。 
4）火(huǒ)災警報裝置和消防應急廣播：在确認火(huǒ)災後啓動各防火(huǒ)分(fēn)區的所有火(huǒ)災聲光(guāng)報警器、消防應急廣播。 
5）消防應急專用電話(huà)：本工(gōng)程内設置有緊急電話(huà)網絡，爲獨立的消防通信系統。 
④電氣火(huǒ)災監控系統：本工(gōng)程屬于電氣火(huǒ)災危險性較大(dà)的場所，除綜合艙所有動力電纜層架設置有線型感溫電纜外，對自(zì)用動力電纜設置電氣災監控系統，系統由獨立式剩餘電流火(huǒ)災監控探測器組成。探測漏電電流、過電流、出線端溫度等信号，發出聲光(guāng)信号報警，準确報出故障線路(lù)地址，監視故障點的變化。 
⑤防火(huǒ)門(mén)監控系統： 本工(gōng)程管廊防火(huǒ)分(fēn)區防火(huǒ)門(mén)均爲常閉型防火(huǒ)門(mén)，防火(huǒ)門(mén)監控器設置在消防控中心，在管廊内設置防火(huǒ)門(mén)監控分(fēn)機(jī)，防火(huǒ)門(mén)監控器用于顯示并控制防火(huǒ)門(mén)開啓、關閉狀态，對防火(huǒ)門(mén)處于非正常打開的狀态給出報警提示，使其恢複到正常工(gōng)作(zuò)狀态，确保防火(huǒ)門(mén)功能完好，并上傳防火(huǒ)門(mén)狀态信息至消防聯動控制器。 
⑥消防設備電源監控系統： 本工(gōng)程管廊應急照(zhào)明配電箱，風(fēng)機(jī)控制箱進線電源處設置消防設備電源監控系統，消防設備電源監控器設置在消防控制中心，在管廊内設置消防設備電源監控分(fēn)機(jī)。現場傳感器采用不影(yǐng)響被監測電源回路(lù)的方式采集電壓和電流信号及開關狀态。 
⑦系統電源及接地： 
1）火(huǒ)災自(zì)動報警系統設有交流電源和蓄電池備用電源，采用雙電源供電并在末端設自(zì)動切換裝置，并設置UPS不間斷電源作(zuò)爲備用電源。 
2）消防系統接地利用基礎接地裝置作(zuò)爲接地極，要求其綜合接地電阻小于1歐姆。 
2.2.2 環境與設備監控系統 
①環境與設備監控系統主機(jī)設置于鏡湖中心廣場地下一層消控室的專業設備機(jī)櫃内，機(jī)櫃内設監控工(gōng)作(zuò)站(zhàn)、服務器、網絡通信設備等，對各監控設備進行統一監測控制和管理(lǐ)，并完成系統設置、數據處理(lǐ)、能耗統計(jì)管理(lǐ)等工(gōng)作(zuò)，管理(lǐ)主機(jī)采用标準通信接口和協議(yì)并集成，能将信号送至上一級管理(lǐ)中心。管廊内弱電設備區設置區域控制單元（含交換機(jī)、PLC、擴展模塊等設備；亦可(kě)采用ACU設備），負責本管廊數據采集與設備監控，且控制單元設備能獨立脫離(lí)主機(jī)，獨立工(gōng)作(zuò)。 
②管理(lǐ)中心監控工(gōng)作(zuò)站(zhàn)與區域控制單元（交換機(jī)、PLC）之間通過12芯光(guāng)纖以環網方式連接，區域控制單元（交換機(jī)、PLC）與現場探測器以及監控設備之間通過屏蔽電纜連接；區域控制單元的i/o控制模塊可(kě)方便擴展，使得(de)管廊其它專業管線所需的監控信号可(kě)以方便接入。 
③環境與設備監控系統主要功能：設備的手/自(zì)動狀态，啓停控制、運行狀态顯示、運行記錄、故障報警、溫濕度等環境參數監測及自(zì)動控制，以及實現各種相(xiàng)關的邏輯控制關系、統計(jì)分(fēn)析、能耗計(jì)量、電力監控等，确保管道内各類設備系統運行穩定、安全、可(kě)靠和高效，并達到節能和環保的管理(lǐ)要求。 
④主要監控對象如(rú)表1所示： 
A：電力監控：包含電壓、電流、有功功率、功率因數、電量； 
B：通風(fēng)設備：包含風(fēng)機(jī)手動/自(zì)動狀态、風(fēng)機(jī)高速運行狀态、風(fēng)機(jī)低速運行狀态、風(fēng)機(jī)故障、風(fēng)機(jī)高速運行驅動、風(fēng)機(jī)低速運行驅動； 
C：排水泵：包含手動/自(zì)動控制、運行狀态、故障狀态、集水井超高液位檢測和啓停控制； 
D：照(zhào)明：包含手動/自(zì)動控制、開關狀态、開關控制； 
E：環境監測：對管廊内環境參數進行監測與報警，環境參數檢測内容詳下表，氣體(tǐ)報警設定值要求符合現行相(xiàng)關國(guó)家标準、規範。 
　　說(shuō)明：1）CH4氣體(tǐ)探測器設置于管廊人(rén)員(yuán)出入口和通風(fēng)口處；2）每個防火(huǒ)分(fēn)區的中部設置氧氣探測器、溫濕度探測器一台；3）當防火(huǒ)分(fēn)區内氧含量（19%）過低，或溫濕度過高（溫度40℃、濕度90%）時，CH4含量過高（不應大(dà)于其爆炸限制，即體(tǐ)積分(fēn)數的20%）時，發出報警信号，同時區域控制單元自(zì)動啓動該區的通風(fēng)設備。強制換氣，保障工(gōng)作(zuò)人(rén)員(yuán)和綜合管廊内設施的安全。 
⑤管道内電力電纜、污水、給水、燃氣管道等各類工(gōng)藝管線應自(zì)帶專業監控系統，并可(kě)通過标準接口實現與綜合管道監控與報警系統統一管理(lǐ)平台的信息互通互聯。 
2.2.3 安全防範系統
　　本系統包含視頻監控系統、入侵報警系統、出入口控制系統和電子巡更系統；各系統集成在一個平台下統一管理(lǐ)，安保監控中心設備設置于鏡湖中心消控室綜合管廊專用設備機(jī)櫃内。 
①視頻監控系統。 
　　本系統采用網絡（與環境與設備監控系統共用）傳輸；本工(gōng)程前端攝像機(jī)設在設備集中安裝處、人(rén)員(yuán)出入口，并在每個防火(huǒ)分(fēn)區中間位置内設置2台攝像機(jī)（背對背安裝）；進行全天候監視、錄像。 
　　攝像機(jī)采用紅(hóng)外固定槍式攝像機(jī)。 
②入侵報警系統。 
　　本工(gōng)程在管廊人(rén)員(yuán)出入口、通風(fēng)口設置紅(hóng)外/微波雙鑒入侵報警探測器，并在現場設置聲光(guāng)報警器，控制室内設置電子地圖；入侵報警探測器輸入現場PLC控制箱，當有非工(gōng)作(zuò)人(rén)員(yuán)進入時，入侵探測器将探測并報警，同時開啓照(zhào)明燈、聲光(guāng)報警器；并在監控畫(huà)面上強制顯示當前防區監控畫(huà)面，便于控制室工(gōng)作(zuò)人(rén)員(yuán)确認現場情況。 　　③電子巡更系統。 
　　本系統采用離(lí)線式電子巡更系統，在人(rén)員(yuán)出入口、通風(fēng)口及管廊内設置無線巡更地址鈕，工(gōng)作(zuò)人(rén)員(yuán)必須定時、定點、定線路(lù)的對各區域進行巡視。 
④出入口控制系統。 
　　本工(gōng)程在人(rén)員(yuán)出入口設置門(mén)禁系統，采用刷卡進入、出門(mén)按鈕方式；門(mén)禁系統與消防系統聯動，有火(huǒ)災發生(shēng)時各區域内門(mén)禁系統自(zì)動開門(mén)，符合消防疏散要求。 
2.2.4 通信系統 
　　本工(gōng)程設置獨立的通信系統，通信接入機(jī)房(fáng)設置在鏡湖中心廣場消控室内，爲管廊提供所需的固話(huà)、對講、數據等各類通信、信息業務。 
①固定式電話(huà)系統。由于管廊内爲密閉的屏蔽空間，無線通訊可(kě)能會受到限制，爲了便于巡檢維護、線路(lù)的施工(gōng)調試和緊急事(shì)故的報警聯絡，在管廊内配置獨立的電話(huà)系統。本工(gōng)程在水電信艙其中一個防火(huǒ)分(fēn)區防火(huǒ)門(mén)位置（即設備安裝處）設一台IP電話(huà)主機(jī)，通過光(guāng)纖環形以太網及安防/通信系統工(gōng)作(zuò)站(zhàn)上的軟交換系統可(kě)實現各點之間的通話(huà)。另外在其餘人(rén)員(yuán)出入口位置設置電話(huà)副機(jī)。 
②無線對講系統。在水電信艙内設置無線對講系統，爲管廊内作(zuò)業人(rén)員(yuán)使用；系統采用450MHz雙向異頻半雙工(gōng)調度無線對講系統，系統由調度基地台、數字錄音單元、分(fēn)合路(lù)器光(guāng)端機(jī)、無線通信綜合處理(lǐ)單元、無線通信擴展單元、無線通信遠(yuǎn)端單元、天線、對講機(jī)組成，所有設備均采用450MHz設備；除無線通信擴展單元、無線通信遠(yuǎn)端單元和天線位于管廊内外，其餘設備均安裝于鏡湖中心廣場消控室内。 
2.2.5 可(kě)燃氣體(tǐ)報警探測系統 
　　天然氣管道艙設置可(kě)燃氣體(tǐ)探測器，接入可(kě)燃氣體(tǐ)報警控制器，可(kě)燃氣體(tǐ)報警控制器采用通訊接口接入環境與設備監控系統主機(jī)，事(shì)故時由環境與設備監控系統主機(jī)聯動相(xiàng)關設備。 
　　系統由可(kě)燃氣體(tǐ)報警控制器、可(kě)燃氣體(tǐ)探測器和聲光(guāng)報警控制器等組成。可(kě)燃氣體(tǐ)探測器每15米設置一個。 
　　當天然氣艙内洩露的天然氣濃度達到爆炸下限值的20%時，天然氣報警控制器将産生(shēng)聲光(guāng)源報警信号，同時通過消防聯動控制器啓動相(xiàng)應區域的防爆事(shì)故通風(fēng)機(jī)強制通風(fēng)；當天然氣艙内洩露的天然氣濃度達到爆炸下限值的25%，報警持續1min後，通過消防聯動控制器控制燃氣管道上相(xiàng)應區域的緊急自(zì)動切斷閥切斷燃氣回路(lù)。 
2.2.6 UPS不間斷供電系統 
　　本工(gōng)程各弱電設備（消防設備除外），包含消控室内管理(lǐ)主機(jī)、監控設備和管廊内PLC控制器、交換機(jī)、探測器、攝像機(jī)等均由UPS供電，其中消控室内UPS供電由鏡湖中心廣場UPS供電，要求消控室内管廊相(xiàng)關設備供電容量不小于2kW，後備時間不低于30min；另外管廊内弱電設備用電功率約1kW，其供電用UPS選用2kVA小型UPS主機(jī)（後備時間30min），管廊内弱電設備箱内設UPS插座，插座與UPS出線端連接；各弱電用電設備的220V端口與插座連接。 
2.2.7 防雷接地系統 
①本工(gōng)程保護接地、功能性接地和防雷接地、防靜(jìng)電接地等，采用共同接地裝置，各弱電間及設備間内設有局部等電位連接箱LEB（強電設置），LEB與接地幹線之間采用BVR16或40×4鍍鋅扁鋼做可(kě)靠連接，接地電阻≤1Ω。 
②進出管廊的各種金屬管及光(guāng)纜金屬加強芯均采用BVR6與等電位聯結裝置做可(kě)靠連接。 
③監控與報警系統室外電纜引入機(jī)房(fáng)處均安裝過電壓保護裝置。 
④監控與報警系統電源配電箱内均安裝浪湧保護器。 
⑤消控室内電氣和電子設備的金屬外殼、機(jī)櫃、支架、金屬管、屏蔽線纜外層、信息設備防靜(jìng)電接地、安全保護接地浪湧、保護器接地等均以最短(duǎn)的距離(lí)與等電位聯絡網作(zuò)可(kě)靠連接，本部分(fēn)由鏡湖中心廣場設計(jì)方設計(jì)。 
2.2.8 管廊統一管理(lǐ)平台系統 
　　爲使管廊内各個智能化系統之間實現資源共享、聯動控制、統一管理(lǐ)，需對各智能化系統進行集成。系統集成主機(jī)設在鏡湖中心廣場消防監控室，并通過設備網将消控系統、環境及設備監控系統、安防系統（含視頻監控系統、入侵報警系統、門(mén)禁系統、電子巡更系統）、可(kě)燃氣體(tǐ)探測系統、通信系統等聯網，實現物理(lǐ)上、邏輯上、功能上的集成；各個系統之間應能實現數據、圖像等資源的共享。 
　　本系統需系統集成商針對本項目做軟件(jiàn)開發，将個功能集成到一個統一平台上，并提供可(kě)視化操作(zuò)界面；需各智能化系統開放(fàng)相(xiàng)應的軟件(jiàn)接口。 
2.3 效益分(fēn)析 
　　綜合管廊和城(chéng)市地下管線一樣作(zuò)爲城(chéng)市公用事(shì)業建設的重要組成部分(fēn)，可(kě)以明顯地改善城(chéng)市環境和城(chéng)市生(shēng)活質量，這種效益将主要由有城(chéng)市居民(mín)獲得(de)，也就(jiù)是說(shuō)城(chéng)市地下綜合管廊具有明顯的利益外溢的外部效益。考慮了各種外部費用因素的條件(jiàn)下，城(chéng)市地下綜合管廊在其聲明周期中總體(tǐ)效果是肯定的。此外綜合管廊還(hái)有不容忽視的經濟和社會效益。 
　　經濟效益：考慮 100 年(nián)使用期，地下綜合管廊較直埋管線總建設和維護成本降低 11%； 如(rú)結合其他(tā)效益對比，則綜合管廊較直埋管線總的成本降低 23%。 
　　社會效益：綜合管廊建成後，有效地保障城(chéng)市管道安全，降低城(chéng)市道路(lù)的翻修破壞，減少了交通擁堵，節省了地下空間，空餘出了大(dà)量“幹淨土(tǔ)地”，促進周邊土(tǔ)地升值，提高了人(rén)民(mín)生(shēng)活質量和效率。地下綜合管廊建設消除了地上架空線，解決了道路(lù)上方線路(lù)蛛網密布情況，有利于道路(lù)沿線景觀，可(kě)防止以後反複開挖路(lù)面。地下管廊将管線置于地下，利于管線單位經常巡視和維護，管廊本身(shēn)也具有較強的抗震防護功能，防止自(zì)然災害破壞管線，提高了公共事(shì)業保障的可(kě)靠性。 
3 結束語 
　　城(chéng)市地下管線是城(chéng)市運行的生(shēng)命線，實現管線信息共享、實時監測、集中控制是地下管線管理(lǐ)的基本要求，對于城(chéng)市安全和管線運行起到重要的作(zuò)用，在城(chéng)市化建設中起到推進作(zuò)用。