地下管廊可视化管理系统搭建

传统的市政管道采用直埋式施工，现代城市地下管线又多又密，而这些管线一般又都集中在马路底下，这不仅影响市容、影响交通、影响安全，亦影响城市运作的效率。因此，采用综合管廊替代传统的直埋式施工，避免了“拉链式作业”， 将电力、通信、热力、给水、中水和工业预留管道全部纳入综合管沟，地下管廊预留充分空间，以后管线的铺设、运作、维修、检查、管理等等都可以在综合管廊中进行，节省了反复开挖道路的成本，同时，采用综合管控系统进行实时监视和控制，有效预防大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等安全事件的发生，还能利用综合管控系统提高管理水平，实现动态调控，以及各系统的统一管理和联动。

按照《国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》中要求，从2015年起城市新区、各类园区、成片开发区域新建道路要同步建设地下综合管廊，老城区要结合旧城更新、道路改造、河道治理、地下空间开发等统筹安排管廊建设。

已建管廊区域，所有管线必须入廊，管廊以外位置不予许可审批新建管线。2017年，李克强总理作政府工作报告时提出，2017年将开工建设城市地下综合管廊2000公里以上。中央财政对入围地下综合管廊试点的城市给予专项资金补助，试点示范将为后续城市地下管廊建设提供案例和参照，带动全国建设地下综合管廊的积极性。

综合管廊建于地下，且管廊空间相对密封，成为事故易发带。因此，先进合理的综合管廊管理平台尤为重要。综观市场上的智慧管廊解决方案，一种是以BIM（建筑信息模型）为核心的，主要关注于从规划设计到施工，再到运营维护全过程中的项目预算资金计划、进度模拟与监控、信息管理、质量管理、运维管理等。另一种是以GIS（地理信息系统）为核心的，主要关注于建立管廊环境可视化，二三维模拟仿真，实现管廊内部设施设备的精确定位与查询、设施设备维护讯息查询等。

BIM、GIS等技术在综合管廊建设中大量应用值得肯定，但如何建立一个智能化智慧化平台，提升城市综合管廊运营服务能力还必须得以实现数据采集、数据管理、数据呈现、数据分析等一系列自动化过程为基础，打破信息孤岛，实现管廊内各个子系统的全面深度集成和联动，实现动态调控、应急预案等智能化过程，然后就是基于这些底层的自动化和业务的智能化，实现大数据分析、预警、辅助决策、规范管理等智慧化过程。

一、方案综述

在自动化监控软件（SCADA）基础上研发的面向大 型监控和信息化场合应用的软件平台。利用构建的智慧管廊综合管控 系统平台，主要内容包括：

对管廊各舱室、各分控室、变电所的所有电力、燃气、通信、环控等子系统的实时运行数据、设备和系统运行状态等的数据采集与集中监控，同时实现报警、趋势分析查询等功能，全面了解管廊内环境以及所有设备的运行情况。

实现与第三方系统的集成，主要包含地理信息系统（GIS）、安防系统、消防火灾系统、网络通讯系统、语音通信系统、网络监控、人员定位、移动巡检等系统，在一个统一集中平台上呈现所有监控内容，并实现各个子系统之间的深度集成和联动。

建立设备管养系统，对管廊内的设备进行基础的管理、维护，对管道进行安全监测、养护，等等。

对实施的电力、燃气、环控等监控系统以及集成的第三方系统进行综合监控管理，实现运行监控、应急抢险调度、动态调控、应急预案、操作规程、调度日志管理、文档管理等功能。

利用监控系统长期运行积累的大数据，进行大数据分析、预警、辅助决策、规范管理等智慧化过程。

建立中央控制室大屏幕系统、服务器与工作站系统等基础设施，提供多种远程监控方式，如手机、平板电脑等，便于实现管廊现场无人值守监控系统。提供开放的与外部系统的接口，包括后期系统平台规模扩充、与城市管理平台对接、与智慧城市接口，等等。

利用构建智慧管廊综合管控系统平台，主要优势在于：

快速实施：是通用自动化信息化软件平台，管廊综合管控平台各模块功能基本都属于标准应用，用户可以快速构建适合自己项目的应用。

1）高度集成：管廊是一个综合建筑体，综合管控平台监控对象包含众多子系统，例如电力、燃气、通信、安防、环控、安防系统、消防火灾系统、网络通讯系统、语音通信系统、人员定位、移动巡检等等。并且业务内容复杂，包括智能监控、管网运行、设备维修、应急作业、运维调度、隐患管理，等等，各个子系统和各种业务内容都可以统一整合到该管廊综合管控方案中。

2）稳定可靠：利用成熟平台技术和大量重量级规模应用，对数据通信速度和稳定性、功能运行稳定性以及大规模网络应用、冗余等功能拥有充分的现场考验。使用安全代码和垃圾自动回收技术，技术平台和编程模式的统一、基于组件和服务的优秀产品架构，基于代码的安全机制等一系列技术手段保障系统长期运行的稳定性。面向未来的架构，多个功能模块相对独立，模块之间的耦合性降到最低，使软件更加稳定且易于维护。

3）可视化：管廊综合监控系统中对环境的可视化、二三维仿真模拟要求非常高。除了拥有炫酷的图形和界面展示功能外，完美地集成了三维动画显示功能和GIS地理信息系统功能，在可视化方面完全满足该系统的高要求。

4）可扩展：管廊项目在某种程度上讲都面临规模扩充、与智慧城市接口等众多后续扩展需求。本综合管控系统具有非常优秀的可扩展性，能够动态调节，为不同网络应用提供可扩展性，包括网络拓扑结构可扩展、服务内容可扩展等。

5）智能化：管廊包含众多子系统，如何避免各个子系统形成信息孤岛，实现各个子系统的全面深度集成联动，实现动态调控、应急预案等智能化的过程是这个智慧管控平台的一大特色。

6）智慧化：该管廊综合管控方案是一个数据集成与智慧决策系统，包括大量的、多种类的数据集成，保证数据的完整性以及各系统之间的数据关联性，利用专家库实现知识挖掘，利用大量的预案实现智慧决策。

7）领先性：综合管控平台基于微软.NET4.0平台开发，采用最新的IT、通信和软件工程技术、理念和方法。，支持最新的Windows 10系列操作系统，对64位操作系统也能很好的支持。软件在设计时充分考虑软件在Unix、Linux、MasOS等操作系统上的运行，未来可轻松实现跨平台运行。

二、详细方案

依据城市综合管廊实施范围，并结合管理部门的运行管理需求，管廊综合管控平台构架为分布式架构设计，一般可以分为主控中心和区域分控中心两层。

分控中心管廊监控系统负责本路段管廊内各现场运行设备、在线检测设备的监控及报警等功能以及集成视频监控系统，并提供所有数据、视频等服务至主控中心。

主控中心根据地下综合管廊的整体实施计划，除负责管廊所有设备的运行、维护及管理等功能外，还包括与地理信息系统、火灾报警系统、安防系统及通讯系统、电力监控系统以及网络监控系统等系统集成，并与管线单位统一管理信息平台以及其他外部系统进行通讯。分控中心规模相对较小，功能相对简单，本案例主要以主控中心综合管控平台来阐述。

1、系统架构

智慧管廊综合管控平台典型业务结构图如下：

智慧管廊综合管控平台典型网络结构图如下：

综合管控平台设于监控中心中央控制室，主要硬件包括实时数据服务器、历史数据服务器、工程师站、操作员站、大屏显示器、视频服务器、UPS系统、打印机等；系统平台的主要核心设备（实时数据服务器、历史数据服务器）采用冗余配置，服务器实现自动冗余切换功能，确保系统稳定运行。系统网络结构采用双光纤环网，主干环网采用多台三层网管型交换机，每3到5个分区组成小环网，其与主环网采用双链路星型连接方式，确保网络的可靠性。

2、系统功能

2.1 基础监控系统

基础监控功能主要是对管廊各舱室（包含热力舱、天然气舱、高压舱、管线舱、管道舱、电力舱、综合舱）、各分控室、变电所的所有电力、燃气、通信、安防、环控等子系统的实时运行数据、设备和系统运行状态等的数据采集与集中监控，同时实现报警、趋势分析查询等功能，全面了解管廊内环境以及所有设备的运行情况。

2.1.1 设备和环境监控

管廊综合管控系统能够对管廊使用的设备进行监控，包括风机、水泵、气体检测仪等，还包括对管廊内一氧化碳浓度、可见度等环境参数进行监控。为保证进入综合管沟人员的安全，每个防火分区综合管沟内每隔1OOm均设有一套环境探测仪，监测参数包括CO (一氧化碳)、CH (甲烷)、0 (氧气)、温度和湿度。风机设备由沟内的温湿度、氧气浓度、有害气体浓度、火灾警情控制。各防火分区集水坑设置超声波液位传感器，液位信号传入PLC控制系统进行自动和远程排水泵控制。设备和环境监控还可以包括管线监控，管廊内管线的振动、泄露、阴极保护、管道沉降监测，等等。

监控系统能够获取所有设备的运行状态和参数并记录，在监控系统界面上能够展示与设备和环境有关的实时数据、历史数据、报警等，并可根据需要对设备进行控制，如风机的启停、排水泵的启停等，从而实现对设备和环境的全面监控。智慧管廊综合管控平台可以通过数据、动画、图表曲线、3D、GIS等多种方式来展示。

可以针对管廊内关键设备制作3D模型，并在监控系统画面上显示，支持鼠标的平移、缩放、旋转操作。可嵌入管廊GIS地理信息系统，并在GIS上面叠加监控对象和监控信息，实现数据采集系统和GIS系统的深度集成。

智慧管廊综合管控平台支持3D模型的显示以及模型各组件与动态数据的交互动画，如3D模型及组件的视角、材质、尺寸、角度、位置以及可见性动画，还可直接将变量值显示在3D模型中指定空间位置。

管廊GIS地理信息系统，包含：基本地理地图、管线单位、管线、增压站、配电站、闸门、泵站、进出户、管网监测点、地面附属设施、SCADA数据、报警标识等。

2.1.2 电力监控

管廊综合管控系统能够对管廊中的电力设备进行监控，如高低压柜、变压柜、UPS等，监控系统能够获取电力设备的运行状态和参数并记录，在监控系统界面上能够展示与电力设备有关的实时数据、历史数据、报警信息等，。包括输入/输出电压、输入频率、电池电压、环境温度、UPS类型、UPS故障等等设备具体信息。综合监控系统还可通过电力设备的关键参数监测（如高压侧的电量等）计算管廊的用电量，并根据需要定期出具管廊用电量报表。

2.1.3 照明系统

管廊内值班照度为10Lx，兼作火灾应急照明；管廊巡视或检修时照明灯全开启，设计照度为30Lx。可在分区照明配电箱现场控制、控制中心遥控实施照明方式的切换。

系统通过照明系统对各个照明节点和各个照明区域进行实时状态的监视和控制，并可自行设置照明节能的预案，自动化的进行开关灯光的控制来达到节能的效果，延长设备的使用寿命。

集成系统同时能根据协议接受智能照明控制系统的各种故障、异常等报警信息，并可与预先设置的相关相应动作进行联动。

3、与第三方系统集成

管廊建筑复杂，子系统众多，除了上述在综合管控平台中实现基础监控的子系统外，还有众多专业系统，主要包含地理信息系统（GIS）、安防系统、消防火灾系统、网络通讯系统、语音通信系统、网络监控、人员定位、移动巡检等系统，在智慧管廊综合管控方案中要求在一个统一集中平台上呈现所有监控内容，并实现各个子系统之间的深度集成和联动。

3.1 火灾报警监控

火灾报警监控系统用于管廊内发生火灾时，自动或人工发出报警信号，在综合管廊内部及监控中心进行声光报警，系统同时在监控中心进行声光报警，迅速通告管廊监控室，请求灭火、救援等活动，并完成相应的消防联动。发生火灾后，对火灾信号的处理可以有自动和人工两种方式，支持通过操作按钮启停相关报警设备和消防设备，通过监控平台进行消防联动，如启动风机进行排烟，启动气体灭火装置等。

3.2 消防系统

主要对各种消防器件进行监控。监视各类火灾报警探头、手动报警器的正常、报警、报警状态，以及火灾报警系统中硬联动设备的工作状态。

当出现消防报警时，报警情况直接反应在画面中的报警设备上，同时自动启动发生警报区的广播系统，进行消防广播，还可以联动视频系统采集消防区域图像信息，等等。该系统还包括大量的消防预案，例如：设备的启停控制、车辆和人员的疏散，等等。

3.3 GIS地理信息系统

管廊综合管控平台中都会有GIS地理信息系统，该系统与管廊综合监控管理功能深度集成。智慧管廊综合管控平台本身提供GIS功能，同时更具备轻松与第三方GIS系统集成的能力。

地理信息系统作为综合监控系统的一个子系统，提供空间地理信息功能服务具有独立的功能。系统以大比例尺地形图为基础，以管廊和管廊内各类管道、管线的空间属性数据为核心进行计算机集中管理和辅助决策。

3.4 语音通讯系统

语音通讯系统可以分为紧急电话系统、无线通信系统和广播系统。通过数字程控交换机系统的SDK（Software Development Kit）参与电话系统的监控。根据系统预案，将指定呼叫转移到相关的接警处，进行指挥调度等功能，当有紧急电话呼叫时，系统会自动切换到主叫电话所在区域，并且能够实时显示拨号、通话和挂机等状态，以及执行其他预案。

无线通信系统包括广播主机系统，广播直放站、调度直放站；广播系统可以选择需要进行广播播音的区域、选择各种不同声源、调节音量等。

无线通信，可以改变频率值，在不同波段广播信息。

3.5 安防系统

安防系统可以利用视频手段和其他入侵检测手段，包括红外入侵检测、门禁出入口控制、电子巡查等功能。

入侵检测实现重要位置的人员入侵检测和报警功能，在监控中心控制室机房布设入侵报警主机，在人员出入口、投料口、机械/自然通风口等重要位置布设红外入侵探测器，当产生人员入侵情况时，设备接收到的红外辐射电平变化，产生报警状态并上传，驱动报警响应。

本系统设计中可以将管廊环境数据提供给安防系统，便于在管廊入口处的门禁设备上显示管廊环境信息，为巡检、维修人员进入管廊提供安全确认数据。同时一旦安防系统产生报警，可在监控中心大屏幕上看到报警详细位置并引发声光报警，并联动视频系统，等等。

为保证综合管廊管理及运行安全，以及进入管廊的工作人员的安全，管廊采用网络视频监控系统。

管廊综合管控系统的视频监控功能能够对管廊的关键部位或关键设备进行视频监控，以便管廊运行维护人员更准确、直接的了解管廊的信息。监测范围覆盖管廊内所有重要节点，包括：人员出入口、投料口、通风口、引出段等。通过视频监控功能，能够查看关键部位和关键设备的实时视频画面，并可对视频进行截图、录像、回放、云台调整、调用预置点和巡航路径、布防/撤防等操作。

智慧管廊综合管控平台的视频功能能够与数据监控深度融合，通过OSD字幕能够将管廊内关键设备、部位的数据显示在视频画面中。此外，视频功能允许将视频设备的报警接入到系统中来，从而能够实现视频报警和自动化报警的联动。利用视频监控功能，可以实现多系统联动。

4、设备维护和管道养护

管廊中使用的设备种类多、数量大、且需要定期检修和维护，以保证管廊的正常运行。在管廊综合管控系统中能够记录管廊使用的所有设备的厂家、型号、采购日期、检修记录等信息，并对对设备运行时间、故障时间等信息进行记录和分析，结合对设备运行时的报警和故障进行分析，提醒管廊运行维护人员定期对设备检修或更换备品备件，实现统一的设备维护及管理。操作员也能够在管廊综合管控系统中根据需要查询到任何一个设备的相关信息。

管道养护包括：制定养护计划、现场巡查管理、养护报告收集、养护完成情况统计、历史资料汇总查询、养护统计上传、积水点管理、排放点管理，等等。

5、智能化管理

智能化管理是对实施的电力、燃气、环控等监控系统以及集成的第三方系统进行综合监控管理，实现运行监控、应急抢险调度、动态调控、应急预案、操作规程、调度日志管理、文档管理等功能。重点阐述预案管理。

本系统中的预案子系统为重要部分，当管廊事故时，它将调动所集成的所有子系统进行联动控制，包括设备监控、电力监控、火灾报警监控、消防系统、语音系统、安防系统、视频监控等等。

该系统中的预案子系统分为预案管理和预案触发两个模块。预案管理平台可由特定管理员进行系统预案编制与修订工作；预案触发则由监控系统工作站在事故发生时，自动根据事故类型弹出当前事故点可用预案，操作员根据现场实际情况，选择确认可用预案后，下发预案并执行。

预案管理可随时编辑事故报警点，以及报警点中可使用的预案，同时制定预案中的预案步骤和相应步骤中的具体联动动作等。

智慧管廊综合管控平台具有前所未有的二次编程能力，全面超越同类软件中的“脚本”编程功能和执行效率，而程序的开发却更为简单，无需编程经验。用户程序的编程语言直接采用C#高级语言，其功能、执行效率、开放性、扩展性都较传统的自定义脚本语言有革命性的提升。利用该功能可以轻松实现复杂的预案管理。

6、智慧化分析

智慧化分析主要是指利用监控系统长期运行积累的大数据，进行大数据分析、预警、辅助决策、规范管理等智慧化过程。

智慧管廊综合管控平台能够实现将管廊内系统的各项关键数据进行综合展现，支持从基础设施、环境监控、安全监管、生产作业分析管理等多个维度进行日常运行监测与管理，以及突发事件下的应急指挥调度管理，为用户提供一个集生产、运营、决策多维一体的可视化智慧综合运营管理平台。为管廊管理者提高运行效益以及管理效率，提供数据决策支撑。

7、信息展示

智慧管廊综合管控系统中会建立中央控制室大屏幕系统、服务器与工作站系统等基础设施，提供多种远程监控方式，如手机、平板电脑等，便于实现管廊现场无人值守监控系统。

在管廊综合监控中心可以设立大屏展示，通过多个显示器或者大屏完整呈现整个管廊的视频信息和数据信息。智慧管廊综合管控平台支持大屏展示，将系统画面不仅仅在显示器上显示，还可以在大屏或者电视拼接墙上也能够很好的显示，可对大屏进行多“窗口”布局，能构建简洁而灵活的视频、工艺、数据等展示系统，特别适合调度中心或者集中监控中心的应用。

通过管廊综合管控系统提供的远程监控功能，能够将管廊现场的监控站建设成为无人值守监控站。可以远程实现排水泵站、配电房、消防设施、通风系统、照明系等的实时远程监控。

综合管控系统的操作员能够通过网页浏览器、智能手机、平板电脑等多种方式浏览监控系统的画面、了解系统运行情况，并能在需要的时候进行控制。使用的web和手机访问功能，在系统中配置远程监控服务器，能够实现远程监控的功能。

8、开放扩展

提供开放的与外部系统的接口，包括后期系统平台规模扩充、与城市管理平台对接、与智慧城市接口，等等。

智慧管廊综合管控平台基于开放式、分布式网络架构设计，具有良好的扩展性，提供众多手段实现与外部系统接口，即互联。

智慧管廊综合管控平台的分布式网络架构设计可以令系统规模无限扩充，在后期管廊规模扩充时，能无缝集成新增加的监控平台或者子系统。软件平台提供标准的数据库接口和开放的数据访问接口，为未来将要建设的综合管廊集中管理提供基础支撑。

由智慧管廊综合管控平台的鸟巢隧道项目，实现了与多个外部智能系统的接口互联。在紧急情况发生时，系统自动执行事先设计好的应急处理预案，实现了与附近的其它交通系统和北京市交管中心互联集成。