综合管廊电气和智能弱电设计探讨

综合管廊电气和智能弱电设计探讨

李承进

（中铁城市规划设计研究院有限公司）

摘要：本文结合工程实例，分析探讨了管廊供电电源及箱式变电站的设置原则，使其安全可靠实用，兼顾经济性。对管廊智能弱电系统设计进行了研究，采用数字技术，预留智能电气接口，方便管廊智慧运维和与智慧城市对接。

关键词：综合管廊；电气系统；智能弱电；智慧运维

地下综合管廊是城市的重要市政基础设施，是将电力、通信、燃气、给水、中水等两种及两种以上的市政管线集于一体敷设的公共管沟。2015年国家规范GB50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》发布，为综合管廊的规范设计与施工、确保质量安全提供了强有力的技术支撑。综合管廊的电气工程和智能弱电工程是管廊工程中最主要的附属工程，其设计要做到安全性、可靠性、易操作性、可管理性、可扩展性和经济性。

1管廊电气工程设计

电气工程设计主要由供配电系统、照明系统、排水和通风等设备配电系统、接地与安全系统组成：。

东北某市新建综合管廊，项目含7条管廊和1座综合管廊控制中心。7条管廊分别为：岭南大街综合管廊、岭西八路综合管廊、新生东路综合管廊、岭东路综合管廊、工业大街综合管廊、向前路综合管廊、河南大街综合管廊。

河南大街综合管廊为缆线管廊，未做电气设计。其它均为干支线混合型综合管廊，管廊内均不含天然气和污水管线。管廊建设里程总长度为20.74km。

1.1供配电系统

根据国家规范，综合管廊中的消防设备、监控与报警设备、应急照明按二级负荷供电，其余用电设备可按照三级负荷供电。本工程主要用电设备为风机、排水泵、照明、监控及检修设施等。其中应急照明、监控、逃生液压井盖为二级负荷，其余为三级负荷。

整个项目较集中，采用10KV进线，在控制中心设一开闭所，由开闭所10KV再供电至每个供配电节点。综合管廊平均150m～200m一个防火分区。综合管廊采用分散多点供电方式。平均0.8～1公里设一供配电节点，结合通风口设置，装一座250KVA或315KVA组合式箱变，综合考虑供电半径等因素，供给相邻4～6个分区的电源。

每个防火分区内设置一台普通负荷动力配电箱，一台消防负荷配电箱，负责各防火分区内各设备的配电及控制；每舱均设置检修插座箱，检修插座箱容量为15kW，布置间距为50m，一个防火分区内仅考虑一处同时使用，检修插座箱设漏电保护且密封防溅。

1.2照明系统

综合管廊内设正常照明和应急照明。本管廊内正常照明设计照度标准为15lx，应急疏散照明设计照度标准大于5lx，疏散指示灯平时常亮。本工程设置智能疏散指示系统，根据火灾发生情况及疏散预案，制定相应疏散逃生通道指示。

控制分为就地和控制中心两级控制，在动力箱、供电区段两端上实现手动控制，也可在控制中心远程控制。

1.3排水和通风等设备配电系统

在排水泵、通风机附近设设备控制箱，排水泵、通风机的控制可以在现场控制箱上手动控制。也可以根据排水井水位等情况在控制中心对排水泵实施自动控制；也可以根据综合管廊内有害气体及氧气含量等情况对通风机实施自动控制。

1.4接地与安全系统

本工程配电系统均采用TN-S保护系统，各用电设备金属外壳及灯具外壳均应与接地保护线可靠连接。

综合管廊设置综合接地系统，利用管廊内结构主筋做为接地体，综合接地电阻不大于1Ω。在综合管廊沿线，每隔10～15米将横向结构钢筋焊接成环形接地网，并与纵向结构钢筋焊接。在结构伸缩缝处，预埋与结构钢筋焊接的连接端子，再用软导线使伸缩缝两侧的结构钢筋能形成有效的电气连接。在综合管廊沿线每隔50米设置一处局部等电位连接端子箱。

2.管廊智能弱电工程设计

本项目智能弱电工程设计内容有：控制中心信息管理系统、设备监控及环境监测、火灾报警系统、安全防范系统、通信系统等。

2.1控制中心信息管理系统

控制中心内设置各系统相关的硬件设备，主要包括数据服务器、操作员站、工程师站、以太环网交换机、以太网核心交换机、火灾报警主机、消防图形显示装置、消防专用电话总机、防火门监控器、视频服务器、大屏显示系统及电源系统等设备。

中控室设置专用的大屏显示系统用于管廊全线运行状态显示。大屏采用3x3x46”LED液晶显示装置拼接组成。中控室内设置操作台，用于设备监控及环境监测系统，火灾报警系统及安全防范系统运行管理等功能，并配置打印机等办公设备。

配置相应的系统软件、组态软件、数据库软件、火灾报警应用软件及安防应用软件等。各软件采用统一平台，其中包括控制、可视化、信息管理和资产管理等功能。

软件系统具备高度的开放性，以云计算和物联网为基础，在设备层实现管廊内各类设备的物联互通、智慧传感；在数据层实现各类数据的高速上传、海量存储；在应用层实现跨部门之间、多平台之间的信息互通与共享。可以与企业管理系统MIS、地理管网信息系统GIS无缝集成。

2.2设备监控及环境监测系统

本工程管廊设环境与设备监控系统，因为没有天然气和污水，所以对环境参数温度、湿度，O2气体进行监测与报警。

对通风设备、排水泵、电气设备等进行状态监测和控制，设备控制方式根据管理需要，采用就地手动、就地自动和远程控制等方式实现其监控；系统与管廊内各类管线配套检测设备、控制执行机构联通的信号传输，要考虑其接口，当管线采用自成体系的专业监控系统时，应通过标准通信接口接入管廊监控与报警系统统一管理平台。

2.3火灾报警系统

本工程采用集中报警系统，系统负责本工程综合管廊以及控制中心的火灾报警及联动控制功能。在控制中心设置本区域的消防控制室，消防控制室内设置火灾报警主机、手动控制盘、图形显示装置、消防专用电话总机、防火门监控器、工作站及消防专用电源等设备。

消防控制室火灾报警联动主机与报警分区内的区域火灾报警控制柜通过单模光纤组成火灾报警通讯环网。区域火灾报警控制柜将所有信号通过网络上传至消防控制室。

2.4安全防范系统

安防系统由防入侵报警系统、视频监控系统、出入口控制系统、电子巡更系统以及周界报警系统组成，负责本工程综合管廊以及控制中心的所有安全防范功能。其中针对综合管廊设置防入侵报警系统、视频监控系统、出入口控制系统及电子巡查系统；针对控制中心设置视频监控系统及周界报警系统。

在控制中心设置安防监控中心，安防监控中心内设置视频服务器、安防工作站、视频主干交换机、解码器等设备。

2.4.1防入侵报警系统

在每个投料口、通风口人员进出口设置双光束红外线自动对射探测器报警装置，其无源触点报警信号送现场ACU，并通过监控系统以太网送至安防计算机，安防计算机显示器画面上相应分区和位置的图像元素闪烁，并产生语音报警信号。

2.4.2视频监控系统

在管廊内通风口、投料口、变配电设备安装处设置网络摄像机。在管廊内每个舱内设置低照度网络摄像机2套。摄像机由ACU箱负责供电，信号通过ACU箱内以太网交换机送至控制中心安防工作站。

当人员进入管廊内，视频监控系统能自动检测到人员所处位置，并打开相应分区照明设备，启动通风设备，同时将现场画面切换到指定的图像显示设备。

视频监控系统与入侵报警系统、预警与报警系统、出入口控制系统、照明系统建立联动。当报警发生时，打开相应部位正常照明设备，报警现场画面切换到指定的图像显示设备，并全屏显示。

2.4.3出入口控制系统

管廊人员出入口设置出入口控制装置，出入口控制装置状态信号通过ACU箱内以太网交换机送至控制中心安防工作站。

2.4.4电子巡查系统

在综合管廊防火分区的人员出入口、逃生口、吊装口、进风口、排风口和附属设备安装处，以及管道上阀门安装处，设置离线电子巡查点，离线电子巡查系统后台设在在管廊控制中心内。

2.4.5控制中心视频监控系统及周界报警系统

控制中心设置视频监控系统及周界报警系统，各视频摄像机通过以太网直接连接或通过光纤收发器进行光电转换后连接至安防监控中心以太网主干交换机上；周界报警系统采用高压脉冲电子围栏，脉冲报警主机通过报警总线连接至安防监控中心安防控制站上。

2.5通信系统

2.5.1固定电话系统

在管廊中设置光纤紧急电话系统。该系统实现管廊内工作人员与外界通话和控制中心对管廊内人员进行呼叫的功能。光纤电话可兼做消防电话使用，二者合用时为独立通信系统。

2.5.2无线对讲系统

无线对讲系统主要由监控中心的无线控制器AC、工作站、光纤环网、管廊现场无线AP及手持设备VolP手机组成。无线对讲系统兼具人员定位系统功能。

3小结

国内管廊建设起步较晚，直到2015年才开始大规模的建设，相关智慧运营管理等标准规范还不完善，这就需要我们设计人员共同努力，尽量做到绿色规划，绿色设计。有几点思考：

3.1供电电源问题

一般设计是申请一路或两路10（20）KV高压电源，采用树干式配电方式为综合管廊沿途各分变电所箱变供电，此种方式因箱变与用户产权一致，便于管理。箱变负载主要包括防火分区的照明、排水泵、风机、抢修用电工具等。箱变日常负载率较低，运行效率低。

因此建议建设单位可向供电部门协商申请多电源入户的方案。由城市低压电网多点供电，原箱变处设置0.4kV用户进线点，就近由路灯箱变、公园箱变或其他市政箱变取电。进而解决管廊箱变平时负载率低，效率低下的问题。同时取消箱变后分变电所节点亦可取消，简化结构，可节约土建成本。但电源申请涉及部门较多，建设单位协调工作量大。

3.2智慧管廊问题

随着城市化进程的加快和社会主义新时代的到来，智慧城市管理和运行要求渐高，管廊需要和智慧城市系统对接。管廊智慧运维需要智能化设计。

本工程方案已预留地理信息系统（GIS）接口，需要运用建筑信息建模系统（BIM），BIM是以三维数字技术为基础对工程项目进行模型化，GIS是一种特定的十分重要的空间信息系统，采用“BIM+GIS”三维数字化技术，将地下管线、建筑物及周边环境数字化建模，形成动态大数据可视化平台，将方便管廊智慧运维。

增设智能巡检机器人系统、管廊本体结构健康监测及分析系统、入廊管廊健康监测及分析系统、智能调度辅助决策系统，应急指挥及预案处理系统、事故处理及评估系统、施工监护管理系统等。完整的智能化设计框架建议按下图示意。

同时留有开放接口，在智慧城市的发展中，可以适时增加需要的其它弱电系统，做到管廊运维与智慧城市运行同步。

参考文献：

[1]李永生，某地下综合管廊的弱电与火灾报警系统设计，机电信息》，2017.6

[4]李双凤等，综合管廊电气工程若干问题的探讨，建筑电气，2015.10

[5]郭晋，城市地下综合管廊智能弱电系统设计要点，智能建筑与城市信息，2015.10