城市綜合管廊弱電系統設計分析

 随着城市經(jīng)濟的快速發(fā)展，綜合管線建設規模不足、管理水平不高等問題凸現，一些城市相繼發(fā)生大雨内澇、管線洩漏爆炸、路面(miàn)塌陷等事(shì)件，嚴重影響着生命、财産安全和城市運行秩序。全國(guó)綜合管線事(shì)故平均每天高達5.6起(qǐ)，每年由于路面(miàn)開(kāi)挖造成(chéng)的直接經(jīng)濟損失高達2000億元。因此城市綜合管廊的建設已刻不容緩。 
　　然而伴随着城市綜合管廊工作開(kāi)展的不斷深入，其在形式與數量上也發(fā)生了巨大變化，特别是在設計工作上，受到技術水平、城市發(fā)展等各方面(miàn)的影響，進(jìn)而給城市綜合管廊的設計工作增加了很大的難度，要想城市綜合管廊設計工作在城市建設中發(fā)揮出應有的作用，那麼(me)就必須將(jiāng)城市綜合管廊設計工作的開(kāi)展與實際緊密相連，在此基礎上不斷地進(jìn)行完善和改進(jìn)，進(jìn)而使城市綜合管廊設計工作的實施變得更加準确、有效。 

1 城市地下綜合管廊系統概述及設計原則 
1.1 城市地下綜合管廊系統概述 
　　随着城市的迅速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，城區日益擴大，城市人口急劇增長(cháng)，所需的地下管線必將(jiāng)日益增多，争奪有限地下空間的戰鬥也日益加劇，這(zhè)些都(dōu)將(jiāng)給城市發(fā)展帶來諸多問題。根據發(fā)達國(guó)家的發(fā)展經(jīng)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、再生水、熱力等管線中兩(liǎng)種(zhǒng)以上集于一體，在城市道(dào)路的地下空間建造一個集約化的隧道(dào)。共同溝的出現已不僅是管線敷設方式的改進(jìn)，而是“集約化”發(fā)展城市，提高城市地下空間利用效率的體現，它給市政管線的建設帶來了全新的變化。 
1.2 城市地下綜合管廊設計的原則 
　　進(jìn)行城市綜合管廊設計應該堅持安全性和經(jīng)濟性的原則，要在設計中配合城市綜合管廊的設置目的綜合地進(jìn)行，綜合管廊設計前須事(shì)先建立管線系統網絡規劃。進(jìn)行城市綜合管廊設計時應該堅持專業化原則，從各專業角度進(jìn)行考慮，前期做好(hǎo)對(duì)相關各專業資料的調查研究。進(jìn)行城市綜合管廊設計應該堅持可行性原則，對(duì)地下現狀構築物情況要充分調研，做到對(duì)城市綜合管廊各種(zhǒng)情況的有效處理和預防。 
2 工程案例 
2.1 工程概況 
　　本項目爲紹興市鏡湖中心廣場綜合管廊工程，管廊全長(cháng)260m，位于鏡湖中心廣場西側；管廊分爲兩(liǎng)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，本工程控制管理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個專用設備機櫃（600*600*2000）和1台專用管理電腦。 　　

2.2 設計内容 
2.2.1 火災報警系統 
①本工程地下綜合管廊火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火災探測器主要采用感溫電纜、光線感溫探測器。 
③消防聯動控制。 
1）排風機、氣溶膠滅火裝置的控制：采用感溫光纜和感溫電纜作爲火災探測器，當任一防火分區内感溫光纜高溫報警或任一感溫電纜發(fā)生報警，開(kāi)啓相應防火分區内的警鈴、應急疏散指示和該防火分區防火門外的聲光報警器。 
2）非消防電源控制：在管廊各防火分區總配電箱的非消防用照明、電力開(kāi)關上設分勵脫扣器附件，火災确認後(hòu)，由火災報警控制器聯動控制切斷本防火分區非消防電源。 
3）應急照明系統控制：當确認火災後(hòu)，由發(fā)生火災的報警區域開(kāi)始，順序啓動全部疏散通道(dào)的消防應急照明和疏散指示系統。 
4）火災警報裝置和消防應急廣播：在确認火災後(hòu)啓動各防火分區的所有火災聲光報警器、消防應急廣播。 
5）消防應急專用電話：本工程内設置有緊急電話網絡，爲獨立的消防通信系統。 
④電氣火災監控系統：本工程屬于電氣火災危險性較大的場所，除綜合艙所有動力電纜層架設置有線型感溫電纜外，對(duì)自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災監控探測器組成(chéng)。探測漏電電流、過(guò)電流、出線端溫度等信号，發(fā)出聲光信号報警，準确報出故障線路地址，監視故障點的變化。 
⑤防火門監控系統： 本工程管廊防火分區防火門均爲常閉型防火門，防火門監控器設置在消防控中心，在管廊内設置防火門監控分機，防火門監控器用于顯示并控制防火門開(kāi)啓、關閉狀态，對(duì)防火門處于非正常打開(kāi)的狀态給出報警提示，使其恢複到正常工作狀态，确保防火門功能(néng)完好(hǎo)，并上傳防火門狀态信息至消防聯動控制器。 
⑥消防設備電源監控系統： 本工程管廊應急照明配電箱，風機控制箱進(jìn)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機。現場傳感器采用不影響被監測電源回路的方式采集電壓和電流信号及開(kāi)關狀态。 
⑦系統電源及接地： 
1）火災自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動切換裝置，并設置UPS不間斷電源作爲備用電源。 
2）消防系統接地利用基礎接地裝置作爲接地極，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設置于鏡湖中心廣場地下一層消控室的專業設備機櫃内，機櫃内設監控工作站、服務器、網絡通信設備等，對(duì)各監控設備進(jìn)行統一監測控制和管理，并完成(chéng)系統設置、數據處理、能(néng)耗統計管理等工作，管理主機采用标準通信接口和協議并集成(chéng)，能(néng)將(jiāng)信号送至上一級管理中心。管廊内弱電設備區設置區域控制單元（含交換機、PLC、擴展模塊等設備；亦可采用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(néng)獨立脫離主機，獨立工作。 
②管理中心監控工作站與區域控制單元（交換機、PLC）之間通過(guò)12芯光纖以環網方式連接，區域控制單元（交換機、PLC）與現場探測器以及監控設備之間通過(guò)屏蔽電纜連接；區域控制單元的i/o控制模塊可方便擴展，使得管廊其它專業管線所需的監控信号可以方便接入。 
③環境與設備監控系統主要功能(néng)：設備的手/自動狀态，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動控制，以及實現各種(zhǒng)相關的邏輯控制關系、統計分析、能(néng)耗計量、電力監控等，确保管道(dào)内各類設備系統運行穩定、安全、可靠和高效，并達到節能(néng)和環保的管理要求。 
④主要監控對(duì)象如表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：通風設備：包含風機手動/自動狀态、風機高速運行狀态、風機低速運行狀态、風機故障、風機高速運行驅動、風機低速運行驅動； 
C：排水泵：包含手動/自動控制、運行狀态、故障狀态、集水井超高液位檢測和啓停控制； 
D：照明：包含手動/自動控制、開(kāi)關狀态、開(kāi)關控制； 
E：環境監測：對(duì)管廊内環境參數進(jìn)行監測與報警，環境參數檢測内容詳下表，氣體報警設定值要求符合現行相關國(guó)家标準、規範。 
　　說明：1）CH4氣體探測器設置于管廊人員出入口和通風口處；2）每個防火分區的中部設置氧氣探測器、溫濕度探測器一台；3）當防火分區内氧含量（19%）過(guò)低，或溫濕度過(guò)高（溫度40℃、濕度90%）時，CH4含量過(guò)高（不應大于其爆炸限制，即體積分數的20%）時，發(fā)出報警信号，同時區域控制單元自動啓動該區的通風設備。強制換氣，保障工作人員和綜合管廊内設施的安全。 
⑤管道(dào)内電力電纜、污水、給水、燃氣管道(dào)等各類工藝管線應自帶專業監控系統，并可通過(guò)标準接口實現與綜合管道(dào)監控與報警系統統一管理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(chéng)在一個平台下統一管理，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；本工程前端攝像機設在設備集中安裝處、人員出入口，并在每個防火分區中間位置内設置2台攝像機（背對(duì)背安裝）；進(jìn)行全天候監視、錄像。 
　　攝像機采用紅外固定槍式攝像機。 
②入侵報警系統。 
　　本工程在管廊人員出入口、通風口設置紅外/微波雙鑒入侵報警探測器，并在現場設置聲光報警器，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，當有非工作人員進(jìn)入時，入侵探測器將(jiāng)探測并報警，同時開(kāi)啓照明燈、聲光報警器；并在監控畫面(miàn)上強制顯示當前防區監控畫面(miàn)，便于控制室工作人員确認現場情況。 　　③電子巡更系統。 
　　本系統采用離線式電子巡更系統，在人員出入口、通風口及管廊内設置無線巡更地址鈕，工作人員必須定時、定點、定線路的對(duì)各區域進(jìn)行巡視。 
④出入口控制系統。 
　　本工程在人員出入口設置門禁系統，采用刷卡進(jìn)入、出門按鈕方式；門禁系統與消防系統聯動，有火災發(fā)生時各區域内門禁系統自動開(kāi)門，符合消防疏散要求。 
2.2.4 通信系統 
　　本工程設置獨立的通信系統，通信接入機房設置在鏡湖中心廣場消控室内，爲管廊提供所需的固話、對(duì)講、數據等各類通信、信息業務。 
①固定式電話系統。由于管廊内爲密閉的屏蔽空間，無線通訊可能(néng)會受到限制，爲了便于巡檢維護、線路的施工調試和緊急事(shì)故的報警聯絡，在管廊内配置獨立的電話系統。本工程在水電信艙其中一個防火分區防火門位置（即設備安裝處）設一台IP電話主機，通過(guò)光纖環形以太網及安防/通信系統工作站上的軟交換系統可實現各點之間的通話。另外在其餘人員出入口位置設置電話副機。 
②無線對(duì)講系統。在水電信艙内設置無線對(duì)講系統，爲管廊内作業人員使用；系統采用450MHz雙向(xiàng)異頻半雙工調度無線對(duì)講系統，系統由調度基地台、數字錄音單元、分合路器光端機、無線通信綜合處理單元、無線通信擴展單元、無線通信遠端單元、天線、對(duì)講機組成(chéng)，所有設備均采用450MHz設備；除無線通信擴展單元、無線通信遠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 可燃氣體報警探測系統 
　　天然氣管道(dào)艙設置可燃氣體探測器，接入可燃氣體報警控制器，可燃氣體報警控制器采用通訊接口接入環境與設備監控系統主機，事(shì)故時由環境與設備監控系統主機聯動相關設備。 
　　系統由可燃氣體報警控制器、可燃氣體探測器和聲光報警控制器等組成(chéng)。可燃氣體探測器每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，天然氣報警控制器將(jiāng)産生聲光源報警信号，同時通過(guò)消防聯動控制器啓動相應區域的防爆事(shì)故通風機強制通風；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(hòu)，通過(guò)消防聯動控制器控制燃氣管道(dào)上相應區域的緊急自動切斷閥切斷燃氣回路。 
2.2.6 UPS不間斷供電系統 
　　本工程各弱電設備（消防設備除外），包含消控室内管理主機、監控設備和管廊内PLC控制器、交換機、探測器、攝像機等均由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關設備供電容量不小于2kW，後(hòu)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（後(hòu)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本工程保護接地、功能(néng)性接地和防雷接地、防靜電接地等，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鍍鋅扁鋼做可靠連接，接地電阻≤1Ω。 
②進(jìn)出管廊的各種(zhǒng)金屬管及光纜金屬加強芯均采用BVR6與等電位聯結裝置做可靠連接。 
③監控與報警系統室外電纜引入機房處均安裝過(guò)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、機櫃、支架、金屬管、屏蔽線纜外層、信息設備防靜電接地、安全保護接地浪湧、保護器接地等均以最短的距離與等電位聯絡網作可靠連接，本部分由鏡湖中心廣場設計方設計。 
2.2.8 管廊統一管理平台系統 
　　爲使管廊内各個智能(néng)化系統之間實現資源共享、聯動控制、統一管理，需對(duì)各智能(néng)化系統進(jìn)行集成(chéng)。系統集成(chéng)主機設在鏡湖中心廣場消防監控室，并通過(guò)設備網將(jiāng)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、門禁系統、電子巡更系統）、可燃氣體探測系統、通信系統等聯網，實現物理上、邏輯上、功能(néng)上的集成(chéng)；各個系統之間應能(néng)實現數據、圖像等資源的共享。 
　　本系統需系統集成(chéng)商針對(duì)本項目做軟件開(kāi)發(fā)，將(jiāng)個功能(néng)集成(chéng)到一個統一平台上，并提供可視化操作界面(miàn)；需各智能(néng)化系統開(kāi)放相應的軟件接口。 
2.3 效益分析 
　　綜合管廊和城市地下管線一樣作爲城市公用事(shì)業建設的重要組成(chéng)部分，可以明顯地改善城市環境和城市生活質量，這(zhè)種(zhǒng)效益將(jiāng)主要由有城市居民獲得，也就是說城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(zhǒng)外部費用因素的條件下，城市地下綜合管廊在其聲明周期中總體效果是肯定的。此外綜合管廊還(hái)有不容忽視的經(jīng)濟和社會效益。 
　　經(jīng)濟效益：考慮 100 年使用期，地下綜合管廊較直埋管線總建設和維護成(chéng)本降低 11%； 如結合其他效益對(duì)比，則綜合管廊較直埋管線總的成(chéng)本降低 23%。 
　　社會效益：綜合管廊建成(chéng)後(hòu)，有效地保障城市管道(dào)安全，降低城市道(dào)路的翻修破壞，減少了交通擁堵，節省了地下空間，空餘出了大量“幹淨土地”，促進(jìn)周邊土地升值，提高了人民生活質量和效率。地下綜合管廊建設消除了地上架空線，解決了道(dào)路上方線路蛛網密布情況，有利于道(dào)路沿線景觀，可防止以後(hòu)反複開(kāi)挖路面(miàn)。地下管廊將(jiāng)管線置于地下，利于管線單位經(jīng)常巡視和維護，管廊本身也具有較強的抗震防護功能(néng)，防止自然災害破壞管線，提高了公共事(shì)業保障的可靠性。 
3 結束語 
　　城市地下管線是城市運行的生命線，實現管線信息共享、實時監測、集中控制是地下管線管理的基本要求，對(duì)于城市安全和管線運行起(qǐ)到重要的作用，在城市化建設中起(qǐ)到推進(jìn)作用。