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綜合管廊,起源於(yu) 法國巴黎,別稱共同溝,共同管道,是容納兩(liang) 種及以上工程管線的重要基礎設施在國外,英國、德國、日本、俄羅斯、西班牙等國家都在開展綜合管廊的建設。在我國,1958年的北京天安門就已經建設有1000多米的綜合管廊。目前,我國取得過的地下管線係統大多形成於(yu) 20世紀初期,隨著城市的發展、居民生活水平的提高,逐漸老化的管線已經無法滿足需求,但滯後於(yu) 道路建設的管線增擴容導致了反複開挖線路、管線事故頻發等現象,傳(chuan) 統的單一管線建設已經無法適應社會(hui) 的發展。為(wei) 解決(jue) 管線建設的用地、施工問題以及“拉鏈路"、城市內(nei) 澇等社會(hui) 問題,我國正大力推進綜合管廊建設.綜合管廊包含熱力,天然氣以及電力等管道,在實際運行中,確保各管道的安全運行是工程的重中之重,其中電氣設計包含了電力電纜、供電係統、照明係統、監控與(yu) 報警係統與(yu) 防雷接地係統，直接關(guan) 係著綜合管廊的日常運維筆者根據自身在福州市新店外環路道路綜合管廊電氣設計的經驗.結合行業(ye) 標準與(yu) 工程實例，簡述現今綜合管廊電氣設計的技術要求,為(wei) 相似工程設計人員提供參考。
在綜合管廊的設計過程中,電力電纜設計依據除了電壓等級、絕緣性能、電力容量等一般電力設計要求外,還需考慮到電力電纜對其他管線的影響。根據統計顯示,綜合管廊的電力電纜是火災的大隱患。根據電壓等級將電力電纜分為(wei) 不大於(yu) 1000V的低壓電纜.35kV及以下的中壓電纜和大於(yu) 35kV的高壓電纜。以取得過工程實例及國家標準來看,在中低壓電纜的設計過程中，隻要采用支架形式、選擇符合標準的阻燃或不燃電纜,並設有電氣火災監控係統及自動滅火裝置,其餘(yu) 參照現行的《電力工程電纜設計規範》即可。但由於(yu) 高壓電纜在運行過程中發熱從(cong) 而引起的火災以及幹擾弱電信號的可能,其在設計過程中就有較多的限製,如:不能與(yu) 通信電纜同艙設置。基於(yu) 上述要求並根據項目實際需要,在新店外環路項目中,電力電纜的設置如圖1所示。
在設計過程中,高壓電纜布置在單獨的艙中,電壓電纜設有阻燃線槽。為(wei) 保證隨著經濟發展帶來的電力需求變大,在綜合艙與(yu) 高壓艙中都設有電力電纜備用支架,避免後續電力擴容帶來的綜合管廊擴建問題,違背綜合管廊設計初衷。
此外.雖然根據目前國內(nei) 外綜合管廊的實際工程設計來看,電力電纜與(yu) 熱力電纜存在同艙敷設的現象[8],但新修訂的GB50838-2015《城市綜合管廊工程技術規範》中,為(wei) 確保綜合管廊內(nei) 各工程管線的安全運行,都明確規定熱力管道不能與(yu) 電力電纜同艙敷設[9]因此,在新項目的設計過程中,應以規範為(wei) 依據。
正常穩定的電力供應,是確保綜合管廊內(nei) 各附屬配套設備安全可靠運行的重要前提。根據負荷對綜合管廊安全運行的重要性,將綜合管廊中的用電負荷分為(wei) 二級負荷和三級負荷。其中,二級負荷主要包括消防設備、監控報警設備、應急照明設備、天然氣管道艙的管道緊急切斷閥、事故風機,其餘(yu) 用電負荷為(wei) 三級負荷。根據二級負荷的供電要求,應采用雙回路供電。當雙回路無法實現時,應設置備用電源。新店外環路項目中供電係統設計如圖2所示。
該項目采用公用電網提供的兩(liang) 路10kV電源供電，兩(liang) 路電源接自不同變電站或同一變電站的不同母線。供電方式采用單母線不分段的方式,各供電線路的備用回路引自另一母線。采用不間斷電源(Unin-terruptiblePowerSystem,UPS)作為(wei) 備用電源。
為(wei) 保證運維中的用電需求，根據GB508382015,應設置間隔不大於(yu) 60m且安裝位置不低於(yu) 0.5m的交流220V/380V分區檢修插座箱,在該項目中,管廊內(nei) 每間隔50m進行敷設。為(wei) 保證供電質量項目設計中還設有無功補償(chang) 裝置,確保高壓側(ce) 功率因素大於(yu) 0.9。
綜合管廊是位於(yu) 地下的城市管道,缺少自然光源,照明係統依靠人工敷設。綜合管廊的照明係統總的可為(wei) 一般照明與(yu) 應急照明兩(liang) 部分.根據用途與(yu) 場合可再細分為(wei) 綜合管廊一般照明、綜合管廊應急照明、綜合管廊疏散照明、設備房一般照明與(yu) 設備房應急照明等5類。為(wei) 兼顧能源的節約與(yu) 運維人員在日常檢修中的安全和工作,需要以及應對緊急突發情況時的疏散需求,新店外環路綜合管廊項目照明係統的照度設計略高於(yu) GB50838-2015中要求的低值，其主要照明係統設置如表1所示
在設計中,針對出人口、設備操作處以及控製室等關(guan) 鍵位置進行照度的增強。表1中高壓配電室設計值略低於(yu) 標準值,是由於(yu) 根據功率密度的要求，應低於(yu) 7W/m,當高壓配電室照度選取185lx時,其功率密度為(wei) 6.8W/m’。因此,不宜選取更高的照度,否則功率密度會(hui) 超出標準值。
由於(yu) 綜合管廊處於(yu) 地底,工況相對複雜,特別是對防水、防塵的要求較高,因此照明係統所用燈具采用防護等級大於(yu) 等於(yu) IP54的熒光燈,且在防觸電、防外力衝(chong) 撞上都應設置相應的保護措施，如將能觸及的導電部分與(yu) 固定線路的PE線相連接,設置燈具外殼接地專(zhuan) 用線等,而用於(yu) 應急照明的熒光燈還需帶有。供電時間為(wei) 90min的蓄電池。此外,在重要出人口,綜合管廊內(nei) 還設有疏散指示燈、安全出口燈。
監控與(yu) 報警係統是對綜合管廊在運行過程中的管理與(yu) 保護,在發現故障隱患、限製故障範圍、保護工作人員與(yu) 設備的安全等方麵發揮著重要作用,通常包括環境與(yu) 設備監控係統、安全防範係統、通信係統、預警與(yu) 報警係統、地理信息係統與(yu) 統一管理信息平台等。在新店外環路綜合管廊的項目中,根據綜合管廊內(nei) 實際情況與(yu) 實際工程需求,將於(yu) 火災防護部分獨立出來進行加強設計。在設計中主要將監控與(yu) 報警係統分為(wei) 火災自動報警及聯動控製係統與(yu) 監控係統兩(liang) 大部分。
由於(yu) 綜合管廊內(nei) 工程管線種類多,工況複雜,在各管道的工作過程中存在漏氣、漏電的可能性,各附屬設備在運行過程中存在著局部放電、短路電弧等產(chan) 生明火的可能,這些都是誘發火災的潛在因素。為(wei) 保障綜合管廊內(nei) 工作人員的安全與(yu) 各工程管線的正常運行,除在管廊建設過程中設置的防火區以及設備材料選型中選用阻燃、不燃的材質外.還需針對火災可能發生的關(guan) 鍵位置安裝火災監控裝置,以及設計假設火災發生後的快速滅火方案。從(cong) 火災發生前、發生時、發生後采取的針對措施。
根據新店外環路綜合管廊項目的實際需要，項目中火災自動報警及聯動係統由一台放置於(yu) 弱電控製室的火災報警聯動主機和各防火分區內(nei) 的區域火災報警控製器與(yu) 氣體(ti) 滅火控製器組成。主機與(yu) 控製器通過1000Mbps快速以太環網相連接。在弱電控製室即可監測所有火災報警信號和聯動控製信號，並控製重要消防設備。係統具體(ti) 的設備包括:火災探測器、手動報警按鈕、火災聲光報警器、消防專(zhuan) 用電話、火災報警控製器、感溫探測主機、感溫光纖、消防聯動控製器、應急照明控製器、氣體(ti) 滅火控製器、防火門監控係統、消防電源監控係統、直流備用電源、弱電控製室圖形顯示裝置等。以火災發生到滅火為(wei) 例,係統的主要工作原理如圖3所示。
當探測器或工作人員發現火災險情時,發送命令氣體(ti) 滅火控製器,隨後啟動設備聯動、火警顯示、釋放門燈顯示以及火災發生區域的滅火裝置。除滅火外,當發生火災時,係統應將火災發生區域進行隔離,保護工作人員以及其他防火分區的設備並引導工作人員脫離火災區域。工程中為(wei) 實現此目的專(zhuan) 門設計了防火門,但根據近年來事故的分析報告,火災發生時,有較多的防火門出現門體(ti) 損壞、關(guan) 閉不嚴(yan) 等隱患,沒能發揮預期的效果,導致火災造成的損失變大。基於(yu) 此,需采用相應的防火門監控係統對防火門的運行狀態,保證防火門在火災中能發揮作用。
根據防火門的日常工作狀態.將防火門分為(wei) 常閉型與(yu) 常開型。通常情況下采用常閉型防火門,在人員出入頻繁的場合,為(wei) 避免使用上的不便以及頻繁使用導致的設備損壞、關(guan) 閉不嚴(yan) 等問題,宜采用常開型防火門。對兩(liang) 類防火門來說,都需設置相應的防火門控製器,能將防火門的故障信息、狀態信息傳(chuan) 送至控製主機,並實現聯動控製。根據實際場合的需要,針對常閉型防火門,由於(yu) 火災發生時不需要改變運行狀態，因此在設計中保留聯動信號接口，但不接入聯動係統;而常開型防火門需接入聯動係統中,當在關(guan) 閉後,工作人員可通過手動開關(guan) 開啟,隨後再次關(guan) 閉。火災發生時,關(guan) 閉重要設備、引導疏散人員、滅火等多方麵同步進行,力爭(zheng) 將火災造成的損失降到較低。
根據GB50838-2015的規範要求,在綜合管廊內(nei) 應對環境參數、通風設備、排水泵、電氣設備以及各類管線設置環境與(yu) 設備監控係統,並監控報警統一管理平台。
與(yu) 火災自動報警及聯動係統相類似,同樣在弱電控製室中設置一監控主機並通過千兆工業(ye) 以太環網與(yu) 各分區監控係統進行通信。各分區監控係統包括:現場檢測儀(yi) 表係統、防入侵報警係統、視頻監控係統、出入口控製係統、電子巡查係統以及環境參數監測係統。主要監控風機運行工況、照明係統運行工況、排水泵運行工況、配電櫃智能網絡儀(yi) 表、紅外對射裝置，H2S、CH，氣體(ti) 、氧氣濃度值、溫濕度探測器以及靜壓式液位計。其中環境監測指標如表2所示。
各監控設備的敷設主要依據規範要求,敷設在諸如投料口、通風不利處、出入口、電力電纜接頭處電氣設備間、送排風口以及管道閥門處等關(guan) 鍵節點。監控係統的運行控製原理為(wei) :當分區監控係統監測到溫度高於(yu) 40C,濕度高於(yu) 或氧氣濃度低於(yu) 設定值時，控製器啟動該分區的通風機,強製換氣,保障綜合管廊內(nei) 設施和工作人員的安全;當防入侵係統監測到發生入侵時,發出警報並打開相關(guan) 區域的照明,將報警現場畫麵切換圖像顯示設備；當給水管、溫泉管出現爆管時,監控分區櫃將信號傳(chuan) 送至主機,遠程控製電動閥門關(guan) 閉。
雖然綜合管廊位於(yu) 地下,但與(yu) 地上的設備間、變電站以及輸電線路仍有連接。當雷直擊所連接的設備或雷落在輸電線路旁時,會(hui) 在金屬導體(ti) 或線路上產(chan) 生/感應出高電壓、大電流,對地下設備產(chan) 生衝(chong) 擊.導致設備損壞,甚至引發火災等嚴(yan) 重事故。綜合管廊作為(wei) 城市生命線,關(guan) 係著城市居民與(yu) 企業(ye) 的日常生活生產(chan) ,為(wei) 避免雷擊帶來的危害,結合項目實際,新店外環路綜合管廊項目,將工程電子信息係統防雷按B級設置,並對各配電箱和控製箱裝設電源浪湧防護器弱電控製室按三類防雷建築設計:接地係統采用TN-S接地係統，工作接地、防雷接地、保護接地以及弱電接地共用一接地體(ti) 。
在防直接雷方麵,利用屋麵四周敷設直徑12mm的熱鍍鋅圓鋼.使屋麵形成網格不大於(yu) 20mx20m或24mx16m的避雷網;將屋頂上所有凸起的物體(ti) 沿其頂部四周裝設避雷帶，所有金屬構築物和金屬管道均與(yu) 避雷帶焊接;利用結構柱內(nei) 2根直徑大於(yu) 16mm的對角主筋通長焊接作為(wei) 避雷引下線，上端與(yu) 避雷帶焊接、下端與(yu) 地梁底2根主筋焊接。在接地體(ti) 方麵.將綜合管廊結構主鋼筋及預埋鋼板可靠焊接在一起作為(wei) 自然接地體(ti) ,並將其與(yu) 弱電室接地體(ti) 和管廊接地體(ti) 焊接形成接地網,在接地網中預留人工接地體(ti) 點,當接地網接地電阻大於(yu) 12時,加人人工接地極。在防雷電波侵入上,在進出綜合管廊的金屬管道在入戶處就近與(yu) 防雷接地裝置連通。
在項目設計過程中,除嚴(yan) 格按照規範要求進行設計,還需綜合項目整體(ti) 與(yu) 實際情況進行通盤考慮.在細節的把控上實現更合理的設計。現根據筆者在設計過程中遇到的實際情況進行分析討論。
通風機的作用是正常情況下保持管廊內(nei) 空氣的流通,事故時將管廊內(nei) 由於(yu) 火災而產(chan) 生的煙霧排出。在GB50016-2014《建築設計防火規範》中.將防、排煙設施歸人消防設施的目錄中[川],因此在綜合管廊的早期設計中,部分設計者將通風機納入在消防類的設計中[12]。但在綜合管廊的項目中其消防理念與(yu) 其餘(yu) 項目不同之處在於(yu) ,當采用氣體(ti) 滅火時,其通風機在火災發生時應處於(yu) 關(guan) 閉狀態,在滅火後才開啟,將煙氣排出。若將通風機納入消防類設計,依據供電係統與(yu) 火災自動報警及聯動係統的設計,在火災發生時.切斷非消防類電源,仍保留消防類電源。如此一來,便與(yu) 通風機的工作要求相衝(chong) 突。
對於(yu) 火災的發現越早,便能將其造成的損失降至越低。選擇合適的火災探測器正是實現這一目標大前提。
AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平台集電力監控、能源管理、電氣安全、照明控製、環境監測於(yu) 一體(ti) ，為(wei) 建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體(ti) 係提供數據支持，從(cong) 數據采集、通信網絡、係統架構、聯動控製和綜合數據服務等方麵的設計，解決(jue) 了綜合管廊在管理過程中存在內(nei) 部幹擾性強、使用單位多及協調複雜的根本問題，大大提高了係統運行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎設施、環境和設備的使用和恢複效率。
安科瑞城市地下綜合管廊能效管理係統是一個(ge) 深度集成的自動化平台，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監控係統、變電所環境監控係統、智能馬達監控係統、電氣火災監控係統、消防設備電源係統、防火門監控係統、智能照明係統、消防應急照明和疏散指示係統。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數據，通過一個(ge) 平台即可全局、整體(ti) 的對管廊用電和用電安全進行進行集中監控、統一管理、統一調度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩定、高效、有序的要求。
電力監控主要針對10/0.4kV地麵或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀(yi) 表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀(yi) 表，用於(yu) 測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電係統開關(guan) 櫃、變壓器微機保護測控裝置、發電機控製櫃、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。
環境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體(ti) 濃度、門禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內(nei) 的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方係統完成管廊環境綜合監控。
AcrelEMS-UT能效管理係統針對配電係統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳(chuan) 感器、溫度傳(chuan) 感器，消防設備電源傳(chuan) 感器、防火門狀態傳(chuan) 感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，並且對UPS的蓄電池溫度、內(nei) 阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。
結合綜合管廊的設計規範、工程應用實例以及在新店外環路綜合管廊項目電氣設計中的經驗，主要有如下的結論:
(1)綜合管廊工況更複雜,設計規範更嚴(yan) 。綜合管廊與(yu) 以往的電氣設計的主要區別在於(yu) :管廊中工程管線眾(zhong) 多.設計中應考慮各類管線共同運行帶來的影響,針對不良影響在設計中應加以規避;管廊位於(yu) 地下,在日常運維上的工作量遠遠大於(yu) 單一的管線運維.應在地下創造出保證工作人員安全的施工環境需要更高的安全防範係數,設計過程中應兼顧工作人員的工作體(ti) 驗、工作安全;此外,在遠程控製管理上也需要更嚴(yan) 謹的監控係統,將監管觸角延伸到綜合管廊各個(ge) 部分。
(2)綜合管廊意義(yi) 更重大,設計需求更多。綜合管廊建設不僅(jin) 要改善提高城市的交通環境、人居環境,且其作為(wei) 城市的生命線,是社會(hui) 經濟發展的重要保障。因此,在設計過程中,不僅(jin) 秉持建設百年工程的基本理念,還要考慮工程項目的安全性可擴展性,安全穩定可靠的運行是根本的要求，在確保取得過城市發展需求的基礎上,應預留今後城市擴容帶來的管線擴容、智慧城市發展帶來的管理升級確保在城市發展的進程中,已有的綜合管廊不會(hui) 被淘汰。
目前,我國綜合管廊的建設正在快速的推進中從(cong) 設計、建設到管理等過程的經驗仍有待完善,綜合管廊設計經驗不能照搬照抄,在個(ge) 別環境下的設計要求應遠遠高於(yu) 國家標準。在設計過程中,應結合項目落地區域的地理環境、結合各相關(guan) 規範要求、秉持可持續發展理念,製定合理、合適的設計思路。
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