浅谈建设实体与虚拟融合的城市地下综合管廊-安科瑞 周莉娜
安科瑞 周莉娜
摘要:我国的城市地下综合管廊建设始于建国初期，由于当时国家经济基础薄弱，地下综合管廊建设发展缓慢。2015年8月10日，国务院办公厅印发了《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》，从政策层面加大力度推进和支持城市地下综合管廊建设，确定了包头、哈尔滨、海口等10个城市作为地下综合管廊建设试点城市。至此我国城市地下综合管廊建设进入了快车道。
关键词：综合管廊 虚拟管廊 管理 技术体系 系统架构
实体城市地下综合管廊建设
城市地下综合管廊建设是国家经济发展的客观需要
传统市政管线多以直埋方式布设，管线扩容、改造导致的道路反复开挖，妨碍了城市道路交通正常运行。应用地下综合管廊建设可将原来的开放式施工转移到廊内进行，从根本上解决市政管线布设、扩容、维修等对道路的反复开挖，避免了交通阻塞，是城市经济发展的客观需要。
开发利用地下空间资源
地下空间是城市立体发展的重要资源我国大部分一、二线城市原有市政体系的各子系统之间，在不到一代人的时间内表现出了严重的对立与；中突。国外成功的城市建设经验表明，开发利用城市地下空间资源，是城市发展过程的必然趋势。相比较发达国家大中城市地下三、四层空间集中开发、布设的经验，我国的地下空间资源开发强度还有很大的提升潜力。
城市功能与防灾
城市各种市政管线是维系城市功能的基础，不仅在平时发挥着十分重要的作用，而且也是城市防灾能力的基本保障。从目前城市面临的现状看，无论是沿海的强台风、强降水，还是遍及内陆的涝渍、地震等灾害，均对各个市政系统的安全运行造成了很大冲击，甚至直接影响到了城市功能的正常发挥和生命财产的安全。国内外市政管线实际运行数据证明，管廊内集中布设的市政管线在遇到严重自然灾害时，能得到有效防护和快速恢复。
消除城市“拉链”、改善城市环境
环境是现代城市形象的重要表现。随着城市经济的不断发展，人们对城市环境的期待已经从追求高楼大厦转为宜居快捷。城市地下综合管廊是对城市通信、电力、燃气、给水、热力、中水、排水等市政公用管线进行统一规划、统一建设、统一管理，集中铺设到一个地下管廊内的直视系统。相比通常地面开放的管线直埋或架设于空中的敷设方式，管廊更容易实现对各个管线系统的检修与维护。既节约了宝贵的土地资源，又减少了市政管线建设、维护对城市环境的破坏和道路交通的干扰。
以受控的运维成本确保城市功能的安全运行
地下综合管廊是现代化城市的生命线。相比传统的市政管线分别直埋或管线架设，城市地下综合管廊对于市政管线提供了可靠的保护。由于地下综合管廊建设管线不直接接触土壤和地下水，避免了化学物质对管线的侵蚀，增强了其耐久性。市政管线在地下综合管廊内的开放式布设，消除或减少了因地质沉降造成的管线应力破坏。综合管廊内设有巡视、检修空间，便于维护管理人员定期进入管廊进行巡视、检查、维修管理，确保各类管线的安全运行，既可以减少路面开挖和工程管线的维修费用，又为各种管线的敷设、增减、维修工作提供了开放的空间。地下管廊的运营者还可以在管廊规划、建设与运营的同时规划调整运维成本，这种全程受控的成本规划为管廊的稳定运营创造了条件。
互联网时代的主要特征
200年前工业革命初期管廊的定义就是下水道。如今我们的社会已跨入了互联网时代，伴随着信息技术的发展、城市规模扩大和人口增长，城市的功能也越来越丰富。城市地下综合管廊的功能也由单一的城市排水，发展到通信、电力、燃气、给水、热力、中水、排水等的集合体。互联网的出现给地下管廊注入了新的活力。云计算、大数据、物联网、移动终端技术的引入不断丰富了市政功能的内涵，也孕育催生着新型的市政需求。中国云计算专家咨询委员会副主任、秘书长刘鹏教授曾指出：“云计算是通过网络提供可伸缩的廉价的分布式计算能力。”这种能力将计算分布在大量的分布式计算机上进行，而非本地计算机或服务器中，这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。这是一种应用互联网的革命性举措。云计算技术提供了一个能让每一个互联网的使用者充分享有全系统计算资源的方法。大数据是海量数据的集合体，是多样化的信息资源。其特点是数据量大、种类多、表现关联复杂、实时性强、所蕴藏的价值巨大。各行各业均表现为数据，众多的信息和咨询是纷繁复杂的，应用时需要搜索、处理、分析、归纳、总结其深层次的规律，发掘其中数据能够表现的价值。物联网是物与物相连的网络。它的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸、扩展到末端的网络，其用户端延伸和扩展到全系统物与物之间，进行数据信息的交换与通信。物联网通过末端的感知与识别技术广泛应用于网络的融合中，是互联网应用的扩展。随着数据传输宽带的发展、集成电路技术的快速进步，移动终端已拥有了愈来愈强大的数据处理能力。移动终端从简单的通话工具转变成了移动的综合信息处理平台。
虚拟城市地下综合管廊的构成
实体城市地下综合管廊具有城市大市政功能的基本特征，是城市建筑物在地下空间的表现形态，是数据信息的实际载体。正确、有效地表达实体地下管廊承载的数据信息，实现对整个地下管廊乃至智慧城市全系统完整寿命周期数据信息的有效管理，已经成为当前建筑行业亟待研究解决的重要课题。
虚拟管廊数据体系的构成实体管廊数据体系由舱段实体为代表的静态数据；风、水、电等为代表机电、控制系统的动态数据；业务流程、人为干预等为代表的管理数据：各个大市政管道承载的城市功能数据四部分构成。静态数据、动态数据、管理数据和市政数据构成了完整的虚拟城市地下综合管廊数据体系，如图1所示。
图1 虚拟管廊数据系统图
虚拟城市地下管廊的运行虚拟管廊是一个运行在管廊数据体系上的数据集合，是大市政各专业子系统运行的数据载体，是智慧城市数据体系的一部分。对于现代城市而言，城市地下综合管廊不可能作为“信息孤岛”运行在城市数据体系之外，互联网提供了管廊与城市的数据链接。因此，从城市地下综合管廊基础数据采集、执行——城市地下综合管廊平台运行系统——智慧城市数字系统完整地构成了虚拟管廊数据体系从末端到智慧城市的纵向数据表达。云计算与大数据不但促进了实体管廊功能的发挥，更深入解释了城市市政数据与城市功能数据之间的规律。
实体管廊与虚拟管廊管廊数据系统表达了城市地下综合管廊完整的数据结构。建设广义的数据集成系统是城市管廊管理平台建设的目标。这个体系包括静态数据、动态数据、管理数据和市政数据。管廊管理平台在保证各个组成专业基本功能稳定运行的同时，经过对全系统数据信息的分析、挖掘将全系统链接成一个统一的数据系统。以“云大物移”为代表的互联网核心技术实现了实体管廊数据的运行。虚拟管廊就是实体管廊在互联网中的影像，两者的比较详见表1。
表1 实体管廊与虚拟管廊
平台概述
AcrelEMS-UT综合管廊能效管理平台集电力监控、能源管理、电气安全、照明控制、环境监测于一体，为建立可靠、安全的综合管廊管理体系提供数据支持，从数据采集、通信网络、系统架构、联动控制和综合数据服务等方面的设计，解决了综合管廊在管理过程中存在内部干扰性强、使用单位多及协调复杂的根本问题，大大提高了系统运行的可靠性和可管理性，提升了管廊基础设施、环境和设备的使用和恢复效率。
安科瑞城市地下综合管廊能效管理系统是一个深度集成的自动化平台，它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所环境监控系统、智能马达监控系统、电气火灾监控系统、消防设备电源系统、防火门监控系统、智能照明系统、消防应急照明和疏散指示系统。用户可通过浏览器、手机APP获取数据，通过一个平台即可全局、整体的对管廊用电和用电安全进行进行集中监控、统一管理、统一调度，同时满足管廊用电可靠、安全、稳定、有序的要求。
平台拓扑图
平台子系统
电力监控主要针对10/0.4kV地面或地下变电所，对变电所高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。
环境监测
环境监测包括温湿度、烟感温感、积水浸水、可燃气体浓度、门禁、视频、空调、消防数据的采集、展示和预警，同时也可接入管廊舱室内的水泵和通风排烟风机等设备集成的第三方系统完成管廊环境综合监控。
马达监控
马达监控实现对管廊电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，实现对电机过载、短路、缺相、漏电等异常情况的保护、监测和报警。在需要的情况下可以设置联动控制。
电气安全
AcrelEMS-UT能效管理系统针对配电系统的电气安全隐患配置相应的电气火灾传感器、温度传感器，消防设备电源传感器、防火门状态传感器，接入消防疏散照明以及指示灯具的状态实时显示，并且对UPS的蓄电池温度、内阻进行实时监视，发生异常时通过声光、短信、APP及时预警。
智能照明控制
① 防火分区单独控制，分区内设置智能控制面板就地驱动器；开关驱动器连接消防报警系统，接收消防报警信息，强制打开驱动器回路。
② 廊内上方安装智能照明传感器，使人员进入管廊内自动开启灯具，在管廊内停留灯具保持常亮，离开后灯具关闭。
③ 除了现场的控制方式外，还可用电脑端实现集中控制，实时远程监控当前区域的照明情况，必要时可远程控制该区域的照明。
④ 考虑现场模块分布较广，距离过长，除了现场的控制方式外，还可用电脑端实现集中控制，实时远程监控当前区域的照明情况，必要时可远程控制该区域的照明。
⑤ 系统支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，支持延时控制，避免同时亮灯负荷对配电系统造成冲击。模块不依赖系统，可独立工作，每个模块均自带时间模块，可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能。
电相关平台部署硬件选型清单
智能照明系统
电气火灾监控系统
消防设备电源监控系统
防火门监控系统
消防应急照明和疏散指示系统
结束语
当前，城市地下综合管廊进入了“互联网+”时代，云计算、大数据、物联网、移动终端改变了传统管廊的形态。虚拟管廊是实体管廊在互联网中的镜像，但又不是实体管廊在互联网中的简单复制。互联网赋予了实体管廊更强大的市政功能，使得实体管廊走进了广域的城市数字空间。
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