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城市综合管廊弱电系统设计分析-周平


摘要:综合管廊又称共同沟,是在城市地下建造一个隧道空间,将市政、电力、通讯、燃气、给排水等各种管线集于一体,设有专门的检修口、吊装口和监测系统,实施统一规划、统一设计、统一建设和管理。建设综合管廊系统能有效缓解城市发展与我国土地资源紧张的矛盾,可以充分利用城市地下空间资源,杜绝因敷设和维修各种管线对城市道路、绿地的重复开挖,消除了由此造成的资源浪费,降低路面翻修费用和工程管线维修费用。十提高土地利用率、扩大城市生存发展空间具有重要的意义。本文结合工程案例重点分析城市综合管廊弱电系统设计,对弱电系统的种类及其组成、系统设计要点做详细阐述。

城市综合管廊弱电系统效果图

关键词:综合管廊;弱电系统;设计

中图分类号:TU990.3文献标识码:A

作者简介:周平(1983-)男,湖北安陆人,本科,工程师,智能化事业部副总经理,研究方向为弱电智能化设计。

引言

随着城市经济的快速发展,综合管线建设规模不足、管理水平不高等问题凸现,一些城市相继发生大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件,严重影响着生命、财产安全和城市运行秩序。全国综合管线事故平均每天高达5.6起,每年由于路面开挖造成的直接经济损失高达2000亿元。因此城市综合管廊的建设已刻不容缓。

然而伴随着城市综合管廊工作开展的不断深入,其在形式与数量上也发生了巨大变化,特别是在设计工作上,受到技术水平、城市发展等各方面的影响,进而给城市综合管廊的设计工作增加了很大的难度,要想城市综合管廊设计工作在城市建设中发挥出应有的作用,那么就必须将城市综合管廊设计工作的开展与实际紧密相连,在此基础上不断地进行完善和改进,进而使城市综合管廊设计工作的实施变得更加准确、有效。

1城市地下综合管廊系统概述及设计原则

1.1城市地下综合管廊系统概述

随着城市的迅速发展和人民生活水平的不断提高,城区曰益扩大,城市人口急剧增长,所需的地下管线必将曰益增多,争夺有限地下空间的战斗也日益加剧,这些都将给城市发展带来诸多问题。根据发达国家的发展经验,建设地下综合管廊是解决上述难题的有效途径,即把市政管线中的电力、电信、给水、再生水、热力等管线中两种以上集于一体,在城市道路的地下空间建造一个集约化的隧道。共同沟的出现已不仅是管线敷设方式的改进,而是"集约化"发展城市,提高城市地下空间利用效率的体现,它给市政管线的建设带来了全新的变化。

1.2城市地下综合管廊设计的原则

进行城市综合管廊设计应该坚持安全性和经济性的原则,要在设计中配合城市综合管廊的设置目的综合地进行,综合管廊设计前须事先建立管线系统网络规划。进行城市综合管廊设计时应该坚持专业化原则,从各专业角度进行考虑,前期做好对相关各专业资料的调查研究。进行城市综合管廊设计应该坚持可行性原则,对地下现状构筑物情况要充分调研,做到对城市综合管廊各种情况的有效处理和预防。

2工程案例

2.1工程概况

本项目为绍兴市镜湖中心广场综合管廊工程,管廊全长260m,位于镜湖中心广场西侧;管廊分为两舱,即水电信舱(2.6m宽)和燃气舱(1.75m宽)各舱净高2.4m。另外因本管廊属于绍兴地区第一条试验性质的综合管廊,未设专用的控制中心,本工程控制管理设备设置于镜湖中心广场地下一层消控室内,消控室内设置2个专用设备机柜(600*600*2000)和1台专用管理电脑。

2.2设计内容

2.2.1火灾报警系统

①本工程地下综合管廊火灾报警系统采用集中报警系统型式,消控室设在镜湖中心广场地下室下沉广场。

②火灾探测器主要采用感温电缆、光线感温探测器。

③消防联动控制。

1)排风机、气溶胶灭火装置的控制:采用感温光缆和感温电缆作为火灾探测器,当任一防火分区内感温光缆高温报警或任一感温电缆发生报警,开启相应防火分区内的警铃、应急疏散指示和该防火分区防火门外的声光报警器。

2)非消防电源控制:在管廊各防火分区总配电箱的非消防用照明、电力开关上设分励脱扣器附件,火灾确认后,由火灾报警控制器联动控制切断本防火分区非消防电源。

3)应急照明系统控制:当确认火灾后,由发生火灾的报警区域开始,顺序启动全部疏散通道的消防应急照明和疏散指示系统。

4)火灾警报装置和消防应急广播:在确认火灾后启动各防火分区的所有火灾声光报警器、消防应急广播。

5)消防应急专用电话:本工程内设置有紧急电话网络,为独立的消防通信系统。


④电气火灾监控系统:本工程属于电气火灾危险性较大的场所,除综合舱所有动力电缆层架设置有线型感温电缆外,对自用动力电缆设置电气灾监控系统,系统由独立式剩余电流火灾监控探测器组成。探测漏电电流、过电流、出线端温度等信号,发出声光信号报警,准确报出故障线路地址,监视故障点的变化。

⑤防火门监控系统:本工程管廊防火分区防火门均为常闭型防火门,防火门监控器设置在消防控中心,在管廊内设置防火门监控分机,防火门监控器用于显示并控制防火门开启、关闭状态,对防火门处于非正常打开的状态给出报警提示,使其恢复到正常工作状态,确保防火门功能完好,并上传防火门状态信息至消防联动控制器。

⑥消防设备电源监控系统:本工程管廊应急照明配电箱,风机控制箱进线电源处设置消防设备电源监控系统,消防设备电源监控器设置在消防控制中心,在管廊内设置消防设备电源监控分机。现场传感器采用不影响被监测电源回路的方式采集电压和电流信号及开关状态。

⑦系统电源及接地:

1)火灾自动报警系统设有交流电源和蓄电池备用电源,采用双电源供电并在末端设自动切换装置,并设置UPS不间断电源作为备用电源。

2)消防系统接地利用基础接地装置作为接地极,要求其综合接地电阻小于1欧姆。

2.2.2环境与设备监控系统

①环境与设备监控系统主机设置于镜湖中心广场地下一层消控室的专业设备机柜内,机柜内设监控工作站、服务器、网络通信设备等,对各监控设备进行统一监测控制和管理,并完成系统设置、数据处理、能耗统计管理等工作,管理主机采用标准通信接口和协议并集成,能将信号送至上一级管理中心。管廊内弱电设备区设置区域控制单元(含交换机、PLC、扩展模块等设备;亦可采用ACU设备),负责本管廊数据采集与设备监控,且控制单元设备能独立脱离主机,独立工作。

②管理中心监控工作站与区域控制单元(交换机、PLC)之间通过12芯光纤以环网方式连接,区域控制单元(交换机、PLC)与现场探测器以及监控设备之间通过屏蔽电缆连接;区域控制单元的i/o控制模块可方便扩展,使得管廊其它专业管线所需的监控信号可以方便接入。

③环境与设备监控系统主要功能:设备的手/自动状态,启停控制、运行状态显示、运行记录、故障报警、温湿度等环境参数监测及自动控制,以及实现各种相关的逻辑控制关系、统计分析、能耗计量、电力监控等,确保管道内各类设备系统运行稳定、安全、可靠和高效,并达到节能和环保的管理要求。

④主要监控对象如表1所示:

A:电力监控:包含电压、电流、有功功率、功率因数、rh■戸,电里;

B:通风设备:包含风机手动/自动状态、风机高速运行状态、风机低速运行状态、风机故障、风机高速运行驱动、风机低速运行驱动;

C:排水泵:包含手动/自动控制、运行状态、故障状态、集水井超高液位检测和启停控制;

D:照明:包含手动/自动控制、开关状态、开关控制;

E:环境监测:对管廊内环境参数进行监测与报警,环境参数检测内容详下表,气体报警设定值要求符合现行相关国家标准、规范。

表1主要监控对象


说明:

1)CH4气体探测器设置于管廊人员出入口和通风口处;

2)每个防火分区的中部设置氧气探测器、温湿度探测器一台;

3)当防火分区内氧含量(19%)过低,或温湿度过高(温度40益、湿度90%)时,CH4含量过高(不应大于其爆炸限制,即体积分数的20%)时,发出报警信号,同时区域控制单元自动启动该区的通风设备。强制换气,保障工作人员和综合管廊内设施的安全。

⑤管道内电力电缆、污水、给水、燃气管道等各类工艺管线应自带专业监控系统,并可通过标准接口实现与综合管道监控与报警系统统一管理平台的信息互通互联。

2.2.3安全防范系统

本系统包含视频监控系统、入侵报警系统、出入口控制系统和电子巡更系统;各系统集成在一个平台下统一管理,安保监控中心设备设置于镜湖中心消控室综合管廊专用设备机柜内。

①视频监控系统。

本系统采用网络(与环境与设备监控系统共用)传输;本工程前端摄像机设在设备集中安装处、人员出入口,并在每个防火分区中间位置内设置2台摄像机(背对背安装);进行全天候监视、录像。摄像机采用红外固定枪式摄像机。

②入侵报警系统。

本工程在管廊人员出入口、通风口设置红外/微波双鉴入侵报警探测器,并在现场设置声光报警器,控制室内设置电子地图;入侵报警探测器输入现场PLC控制箱,当有非工作人员进入时,入侵探测器将探测并报警,同时开启照明灯、声光报警器;并在监控画面上强制显示当前防区监控画面,便于控制室工作人员确认现场情况。

③电子巡更系统。

本系统采用离线式电子巡更系统,在人员出入口、通风口及管廊内设置无线巡更地址钮,工作人员必须定时、定点、定线路的对各区域进行巡视。

④出入口控制系统。

本工程在人员出入口设置门禁系统,采用刷卡进入、出门按钮方式;门禁系统与消防系统联动,有火灾发生时各区域内门禁系统自动开门,符合消防疏散要求。

2.2.4通信系统

本工程设置独立的通信系统,通信接入机房设置在镜湖中心广场消控室内,为管廊提供所需的固话、对讲、数据等各类通信、信息业务。

①固定式电话系统。由于管廊内为密闭的屏蔽空间,无线通讯可能会受到限制,为了便于巡检维护、线路的施工调试和紧急事故的报警联络,在管廊内配置独立的电话系统。本工程在水电信舱其中一个防火分区防火门位置(即设备安装处)设一台IP电话主机,通过光纤环形以太网及安防/通信系统工作站上的软交换系统可实现各点之间的通话。另外在其余人员出入口位置设置电话副机。

②无线对讲系统。在水电信舱内设置无线对讲系统,为管廊内作业人员使用;系统采用450MHz双向异频半双工调度无线对讲系统,系统由苏子调度基地台、数字录音单元、分合路器光端机、无线通信综合处理单元、无线通信扩展单元、无线通信远端单元、天线、对讲机组成,所有设备均采用450MHz设备;除无线通信扩展单元、无线通信远端单元和天线位于管廊内外,其余设备均安装于镜湖中心广场消控室内。

2.2.5可燃气体报警探测系统

天然气管道舱设置可燃气体探测器,接入可燃气体报警控制器,可燃气体报警控制器采用通讯接口接入环境与设备监控系统主机,事故时由环境与设备监控系统主机联动相关设备。

系统由可燃气体报警控制器、可燃气体探测器和声光报警控制器等组成。可燃气体探测器每15米设置一个。

当天然气舱内泄露的天然气浓度达到爆炸下限值的20%时,天然气报警控制器将产生声光源报警信号,同时通过消防联动控制器启动相应区域的防爆事故通风机强制通风;当天然气舱内泄露的天然气浓度达到爆炸下限值的25%,报警持续1min后,通过消防联动控制器控制燃气管道上相应区域的紧急自动切断阀切断燃气回路。

2.2.6UPS不间断供电系统

本工程各弱电设备(消防设备除外),包含消控室内管理主机、监控设备和管廊内PLC控制器、交换机、探测器、摄像机等均由UPS供电,其中消控室内UPS供电由镜湖中心广场UPS供电,要求消控室内管廊相关设备供电容量不小于2kW,后备时间不低于30min;另外管廊内弱电设备用电功率约1kW,其供电用UPS选用2kVA小型UPS主机(后备时间30min),管廊内弱电设备箱内设UPS插座,插座与UPS出线端连接;各弱电用电设备的220V端口与插座连接。

2.2.7防雷接地系统

①本工程保护接地、功能性接地和防雷接地、防静电接地等,采用共同接地装置,各弱电间及设备间内设有局部等电位连接箱LEB(强电设置),LEB与接地干线之间采用BVR16或40x4镀锌扁钢做可靠连接,接地电阻臆1赘。

②进出管廊的各种金属管及光缆金属加强芯均采用BVR6与等电位联结装置做可靠连接。

③监控与报警系统室外电缆引入机房处均安装过电压保护装置。

④监控与报警系统电源配电箱内均安装浪涌保护器。

⑤消控室内电气和电子设备的金属外壳、机柜、支架、金属管、屏蔽线缆外层、信息设备防静电接地、安全保护接地浪涌、保护器接地等均以最短的距离与等电位联络网作可靠连接,本部分由镜湖中心广场设计方设计。

2.2.8管廊统一管理平台系统

为使管廊内各个智能化系统之间实现资源共享、联动控制、统一管理,需对各智能化系统进行集成。系统集成主机设在镜湖中心广场消防监控室,并通过设备网将消控系统、环境及设备监控系统、安防系统(含视频监控系统、入侵报警系统、门禁系统、电子巡更系统)、可燃气体探测系统、通信系统等联网,实现物理上、逻辑上、功能上的集成;各个系统之间应能实现数据、图像等资源的共享。

本系统需系统集成商针对本项目做软件开发,将个功能集成到一个统一平台上,并提供可视化操作界面;需各智能化系统开放相应的软件接口。

2.3效益分析

综合管廊和城市地下管线一样作为城市公用事业建设的重要组成部分,可以明显地改善城市环境和城市生活质量,这种效益将主要由有城市居民获得,也就是说城市地下综合管廊具有明显的利益外溢的外部效益。考虑了各种外部费用因素的条件下,城市地下综合管廊在其声明周期中总体效果是肯定的。此外综合管廊还有不容忽视的经济和社会效益。

经济效益:考虑100年使用期,地下综合管廊较直埋管线总建设和维护成本降低11%;如结合其他效益对比,则综合管廊较直埋管线总的成本降低23%。

社会效益:综合管廊建成后,有效地保障城市管道安全,降低城市道路的翻修破坏,减少了交通拥堵,节省了地下空间,空余出了大量"干净土地"促进周边土地升值,提高了人民生活质量和效率。地下综合管廊建设消除了地上架空线,解决了道路上方线路蛛网密布情况,有利于道路沿线景观,可防止以后反复开挖路面。地下管廊将管线置于地下,利于管线单位经常巡视和维护,管廊本身也具有较强的抗震防护功能,防止自然灾害破坏管线,提高了公共事业保障的可靠性。

3结束语

城市地下管线是城市运行的生命线,实现管线信息共享、实时监测、集中控制是地下管线管理的基本要求,对于城市安全和管线运行起到重要的作用,在城市化建设中起到推进作用。

参考文献:

【1】综合管廊在高校中的应用【J】.李业伟,廖春成,鲁楠,管志伟.市政技术,2016(06).

【2】李健华.城市地下综合管廊发展与应用探讨【J】.中国新通信,2016(24).

【3】盖晓连,张佰真铭.以哈尔滨市为例浅谈地下综合管廊建设【J】.黑龙江科学,2016(21).

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