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王丹丹
綜合管廊工程是城市賴以生存和發展的基礎設施，擔負著城市信息傳(chuan) 遞、能源輸送、排澇減災、廢物排棄等重要功能。作為(wei) “十三五"國家戰略百大工程以及“十四五"韌性城市建設發展的前沿陣地，綜合管廊建設在我國已進入規模化發展和創新階段，這條“城市生命線"安全、穩定運行，是未來城市建設發展需要著重關(guan) 注的問題。
全國25個(ge) 綜合管廊試點城市已經建設了6000餘(yu) 公裏，在運營過程中發現由於(yu) 管廊凝露嚴(yan) 重等原因，導致綜合管廊現場傳(chuan) 感器失效，觸發風機頻繁起停，有毒有害氣體(ti) 濃度監測不準確，環境與(yu) 設備監控係統可靠性變差等問題。在火災自動報警係統中出現火災誤報、漏報、錯報等情況。取得過的環境與(yu) 設備監控係統無法可靠地反映現場真實情況。
國家“十四五"規劃綱要中提出：圍繞強化數字轉型、智能升級、融合創新支撐，布局建設信息基礎設施、融合基礎設施、創新基礎設施等新型基礎設施。建設高速泛在、天地一體(ti) 、集成互聯、安全高效的信息基礎設施，增強數據感知、傳(chuan) 輸、存儲(chu) 和運算能力。加快交通、能源、市政等傳(chuan) 統基礎設施數字化改造，加強泛在感知、終端聯網、智能調度體(ti) 係建設，並將雲(yun) 計算、大數據、物聯網、工業(ye) 互聯網、區塊鏈、人工智能、虛擬現實和增強現實劃定為(wei) 7大數字經濟的重點產(chan) 業(ye) 。
物聯網（IoT）是指通過信息傳(chuan) 感設備、射頻識別技術、紅外感應等各種裝置與(yu) 技術，采集需要監控、連接和互動的信息，通過約定的協議實現物與(yu) 物、物與(yu) 人的泛在連接，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監管等功能。
—方麵，環境與(yu) 設備監控係統控製的對象主要是風機、水泵等，以閾值控製為(wei) 主，控製邏輯簡單，用物聯網方案隻要做個(ge) 配置即可，不需要編程就能滿足控製要求，大大降低了對運維人員的要求；另一方麵，由於(yu) 地下空間的工況環境不好，而綜合管廊作為(wei) 地下空間的“生命線"出現誤報、錯報的現象很高，物聯網具有的邊緣計算功能很好地解決(jue) 了這一問題，減輕了統一管理平台的壓力。即使統一管理平台宕機、通訊網絡癱瘓的情況下，依靠現場的物聯網邊緣計算係統也能正常運行；地下空間的安全隱患是不確定的，若需要增加監測點，隻需配個(ge) 邊緣接入設備就能接入係統，非常靈活。因此將具有窄帶、低延時及低功耗等特征的物聯網技術在綜合管廊中應用，可以有效地提高綜合管廊的智慧化功能，並降低建設和運維成本。
九星綜合管廊位於(yu) 上海市閔行區七寶九星地區，包括星北路綜合管廊、智聯路綜合管廊及監控中心，全長約2465ｍ，布局為(wei) “廠"字形，其中：星北路綜合管廊位於(yu) 星北路南側(ce) 人行道及綠化帶下，西起智聯路、東(dong) 至虹莘路，為(wei) 綜合艙和電力艙雙艙，長約715ｍ；智聯路綜合管廊位於(yu) 智聯路西側(ce) 人行道下，南起平延路，北至星北路，為(wei) 綜合艙單艙，長約1730ｍ；監控中心位於(yu) 東(dong) 蘭(lan) 路、智聯路路口北側(ce) 地塊地下一層空間，通過聯絡通道與(yu) 綜合管廊進行銜接，九星綜合管廊布局圖如圖１所示。
傳(chuan) 統的環境與(yu) 設備監控係統主要由工業(ye) 以太網交換機、可編程控製器、遠程I/O模塊及環境監測相關(guan) 檢測儀(yi) 表等組成。傳(chuan) 統環境與(yu) 設備監控係統構架如圖2所示；傳(chuan) 統環境與(yu) 設備監控係統布置圖如圖3所示。
傳(chuan) 統的環境與(yu) 設備監控係統從(cong) 上至下可分為(wei) 後台管理層、中間傳(chuan) 輸層及前端感知層。
中間傳(chuan) 輸層主要由可編程控製器、遠程I/O、接入交換機及線纜等組成。管廊內(nei) 在每個(ge) 分變電所設置可編程控製器，負責區域監控區間聯動控製及監控信息上傳(chuan) 。在每個(ge) 進/排風井設置一套遠程I/O模塊，負責基本監控區間內(nei) 所有防火分區內(nei) 的監控數據采集、上傳(chuan) 及聯動控製信號的發出。可編程控製器通過遠程I/O模塊反饋的管廊內(nei) 環境監測信息、設備監控信息及電力監控信息，完成設備的控製（聯動），並通過信息傳(chuan) 輸網絡實現與(yu) 監控中心後台管理係統的信息交互前端感知層位於(yu) 綜合管廊內(nei) ，主要由溫濕度檢測儀(yi) 、含氧量檢測儀(yi) 、風機控製箱及水泵控製箱等現場設備和現場設備控製箱組成。通過現場設備對綜合管廊內(nei) 的溫濕度、氧含量等環境參數進行檢測和采集，從(cong) 現場設備控製箱內(nei) 獲得風機、水泵等設備的狀態信息。
控製方式分為(wei) 中央級、就地級和現場級，可實現監控中心中央級遠程控製、可編程站就地自動/手動控製和現場控製箱自動/手動控製。
中心層主要包括物聯網管理平台及其硬件支撐設備，部署在監控中心，實現應用業(ye) 務統一部署與(yu) 定期更新、環境與(yu) 設備監控係統信息存儲(chu) 與(yu) 可視化展示等功能，並與(yu) 綜合管廊統一管理平台進行信息共享。
傳(chuan) 輸層主要包括由主幹光纖、交換機及物聯網網關(guan) 等，通過構建自愈型光纖幹線環網實現中心層與(yu) 接入層的信息上傳(chuan) 下達。
接入層主要包括物聯網無線網絡設備、物聯網邊緣接入設備、現場機電設備及環境監測儀(yi) 表等，物聯網無線網絡設備用於(yu) 構建現場網格網絡（Mesh），物聯網邊緣接入設備用於(yu) 現場機電設備及環境監測儀(yi) 表無線聯網、邊緣計算與(yu) 機器通信（M2M）等。
綜合管廊一般呈“群狀"分布，由同一規劃片區內(nei) 的若幹個(ge) 綜合管廊組成，具有狹長、艙室多、入廊管線種類複雜等特點，為(wei) 了保障良好的運行環境，需要配置通風、排水、照明等機電設備，並設置環境與(yu) 設備監控係統實現環境監測與(yu) 機電設備監控等功能。
傳(chuan) 統方案中，環境與(yu) 設備監控係統主要采用可編程邏輯控製器，一般以通風區間為(wei) 基本監控單元，每個(ge) 基本監控單元設置一套可編程邏輯控製器，可編程邏輯控製器通過有線方式與(yu) 基本監控單元內(nei) 各現場機電設備及傳(chuan) 感儀(yi) 表相連，實現對機電設備及傳(chuan) 感儀(yi) 表的集中控製與(yu) 統一管理。
物聯網作為(wei) 一種新型技術，主要采用邊緣計算、終端無線聯網、機器通信（M2M）等，物聯網方案與(yu) 傳(chuan) 統方案的比較如下表1所示。
綜合管廊機電設備眾(zhong) 多，環境比較潮濕，傳(chuan) 統方案容易出現接觸不良等線路故障，導致係統失效，並且檢修費時費力。物聯網提供的終端無線聯網可以使綜合布線大大減少，不僅(jin) 降低管線管材及安裝調試成本，也降低因為(wei) 線纜眾(zhong) 多造成的故障，提高係統穩定性。
綜合管廊入廊管線種類複雜，入廊時間不一，不同管線對管線監測內(nei) 容有不同的要求，而管線入廊往往滯後綜合管廊建設，傳(chuan) 統方案在綜合管廊建設之初一般會(hui) 為(wei) 管線監控接入預留接口[4]，但實際往往難以準確預留。預留的接口也對管線監控的內(nei) 容和監測點設置等有一定的限製。物聯網的終端無線聯網相比傳(chuan) 統方案可以很好的兼容未來入廊管線監控的接入和並網，節約後期管線入廊建設投資。
綜合管廊在建設之初會(hui) 部署一定的監控點位，但隨著管線的逐步入廊和運維時間的增加，會(hui) 產(chan) 生新的動態監測需求，可能需要動態增加新的監控點位或對原監控點進行位置調整等，物聯網的終端無線聯網相比傳(chuan) 統方案可以很好的滿足監控動態調整需求。
此外，物聯網采用邊緣計算及機器通信（Ｍ２Ｍ）等技術，在邊緣端部署相關(guan) 算法可以提高係統智慧化程度。
綜上，物聯網具有終端無線聯網、應用業(ye) 務部署靈活、終端聯網擴展容易、建設及維護成本低、智慧化程度高等優(you) 勢，相比傳(chuan) 統方案更適合具有環境差、廣連接、入廊管線種類複雜及建設時序不一等特征的綜合管廊。
網格網絡（Mesh）即無線網格網絡，是一種多跳網絡，是一個(ge) 動態的可以不斷擴展的網絡架構。無線Mesh網絡是去中心化的，當有中間節點設備離線時，可以重新計算新路由，滿足業(ye) 務交互，可以大大降低整體(ti) 故障率。任意的兩(liang) 個(ge) 設備均可以保持無線互聯，相比單跳網絡具有網絡更強壯、網絡擴展更靈活及網絡架構動態調整等優(you) 點。
網格網絡如圖6所示，以防火分隔為(wei) 基本通信單元，每個(ge) 基本通信單元包含電力艙防火分區和綜合艙防火分區。在每個(ge) 基本通信單元設置１套物聯網網關(guan) ，在每個(ge) 基本通信單元的每個(ge) 防火分區設置4套物聯網無線網絡設備實現支持多種物聯網協議的網格網絡組網。
物聯網網關(guan) 主要用於(yu) 網格網絡管理，包括網絡節點管理、網絡拓撲管理、協議轉換、分組交換、路由選擇、差錯校驗、流量控製、擁塞控製等功能，並采用軟件定義(yi) 網絡（SDN）架構，將網絡控製平麵和數據平麵分離、解耦。
環境與(yu) 設備監控係統主要功能包括環境監測、設備監控及電力監控等，為(wei) 綜合管廊穩定運行提供保障。環境監測內(nei) 容主要包括綜合管廊內(nei) 的溫濕度、氧含量及液位等；設備監控內(nei) 容主要包括綜合管廊內(nei) 排水設備、通風設備及照明設備的聯動控製及運行狀態等；電力監控內(nei) 容主要包括綜合管廊內(nei) 高低壓配電櫃、EPS裝置及UPS裝置的供電狀態等。
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。
物聯網作為(wei) 十四五規劃倡導的新型技術，是數字化轉型的重要基礎。物聯網在綜合管廊中應用具有顯著優(you) 勢，可以很好滿足管線逐步入廊而伴隨對監控需求的動態調整，並實現綜合管廊物與(yu) 物、物與(yu) 人的泛在連接，為(wei) 綜合管廊數字化轉型、數字賦能提供數據基礎，後期結合大數據分析及AI輔助決(jue) 策等技術，可以提供綜合管廊的運行監控與(yu) 運維管理智慧化程度。根據物聯網技術在綜合管廊應用的基礎，一方麵，可以將物聯網技術與(yu) 安全防範係統、火災自動報警係統、通信係統等進行結合；另一方麵可以進一步將物聯網技術在地下空間中進行推廣，解決(jue) 類似的環境惡劣造成的一係列問題。
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