城市管廊智慧监控管理系统综合一体化建设方案.docx

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城市管廊智慧监控管理系统综合一体化建设方案

城市管廊智慧监控管理系统综合一体化

建

设

方

案

深圳市中广控科技有限公司

2016年6月

城市管廊智慧监控管理系统综合一体化建设方案

一、项目背景..................................................

-1-

二、需求分析..................................................

-2-

2.1

管廊建设类型..............................................

-2-

2.2

管廊监控需求..............................................

-3-

2.3

管廊运营管理需求..........................................

-4-

三、系统建设总体思路..........................................

-5

-

3.1

综合一体化设计思路.......................................

-6-

3.2

物联网架构设计...........................................

-7-

3.3

感知平台设计.............................................

-8-

3.4

传输平台设计............................................

-10-

3.4.1一体化传输设计........................................

-11-

3.4.2数据传输QoS设计......................................

-12-

3.5

数据中心设计............................................

-13-

3.6

应用平台设计............................................

-14-

3.6.1综合一体化运营服务平台建设思路........................

-15-

3.6.2应用平台设计..........................................

-15-

3.6.3三方共同开发..........................................

-17-

3.7

设计参考标准和规范......................................

-17-

四、系统应用设计.............................................

-18-

4.1

设计概述................................................

-18-

4.2

环境与设备监控子系统....................................

-18-

4.2.1环境监测..............................................

-18-

4.2.2设备监控..............................................

-21-

4.2.3设备配置清单..........................................

-25-

4.3

安全防范子系统..........................................

-25-

4.3.1视频监控..............................................

-25-

4.3.2入侵报警..............................................

-26-

4.3.3出入口控制............................................

-27-

I

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4.5预警与报警子系统........................................

-31-

4.5.1火灾自动报警子系统....................................

-32

-

4.5.2可燃气体探测报警系统..................................

-34

-

五、管廊监测控制清单.........................................

-34

-

II

城市管廊智慧监控管理系统综合一体化建设方案

一、项目背景

2015年，继国务院办公厅发布《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意

见》、住建部修订GB50838《城市综合管廊工程技术规范》和印发《城市地下综

合管廊工程规划编制指引》后，10大试点城市及其他各省市相继出台了“综合

管廊规划建设管理办法”等政策文件。

2016年在第十二届全国人民代表大会第

四次会议上，李克强总理的政府工作报告中指出，今年将开工建设城市地下综合

管廊2000公里以上。

自此，城市管廊建设从过去的探索阶段正式步入政府调控、

多方融资、统一规划和总体运营的平稳发展道路上来。

城市地下综合管廊建设实现了包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信、

广播电视、工业等多个城市重要管线的有序入廊，解决了以往多政府部门、多辖

区、多使用单位的管理混乱难处，也最大程度改善了城市内涝、“马路拉链”式

工程和地下空间资源利用率低等问题。

根据财政部、住房城乡建设部《关于开展中央财政支持地下综合管廊试点工

作的通知》（财建〔2014〕839号）和《关于组织申报2015年地下综合管廊试点

城市的通知》（财办建〔2015〕1号），财政部、住房城乡建设部公布10个城市

进入2015年地下综合管廊试点范围：

包头、沈阳、哈尔滨、苏州、厦门、十堰、

长沙、海口、六盘水、白银。

图1国内地下综合管廊建设案例

国办发〔2015〕61号《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》中对城市管廊建设做了统筹规划。

《指导意见》指出管廊配套系统应具

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有智能化管理水平，满足运营维护需要。

而在GB50838-2015《城市综合管廊工

程技术规范》中，则具体框定了该类系统的建设要求。

二、需求分析

综合管廊可纳入给水、雨水、污水、再生水、天然气、热力、电力、通信等

城市工程管线，应按照统一规划、设计、施工和维护，并满足管线的使用和运营

维护要求。

综合管廊应同步建设消防、供电、照明、监控与报警、通风、排水、

标识等设施。

2.1管廊建设类型

综合管廊主要分为以下三类：

1）干线综合管廊：

用于容纳城市主干工程管线，采用独立分舱方式建设的

综合管廊。

以下为A、B（三舱）两种管廊型式。

该类型管廊需要按照三个独立的分舱分别设计综合监控系统。

管道舱：

需要配置沉降监测、环境监测、安防监测、通信、出入口控制、入

侵报警及排水和通风自动控制等系统。

电力舱：

需要配置火灾自动报警、环境监测、安防监测、通信、出入口控制、

入侵报警及排水和通风自动控制等系统。

燃气舱：

需要配置沉降监测、可燃气体探测报警、环境监测、安防监测、通

信、出入口控制、入侵报警及排水和通风自动控制等系统。

2）支线综合管廊：

用于容纳城市配给工程管线，采用单舱或双舱方式建设

的综合管廊。

以下为C、D（两舱）两种管廊型式。

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管道舱：

需要配置沉降监测、火灾自动报警、环境监测、安防监测、通信、

出入口控制、入侵报警及排水和通风自动控制等系统。

燃气舱：

需要配置沉降监测、可燃气体探测报警、环境监测、安防监测、通

信、出入口控制、入侵报警及排水和通风自动控制等系统。

3）缆线管廊：

采用浅埋沟道方式建设，设有可开启盖板但其内部空间不能

满足人员正常通行要求，用于容纳电力电缆和通信线缆的管廊。

以下为E（单舱）

管廊型式。

缆线管廊：

在电力电缆表层设置线型感温火灾探测器，设置火灾自动报警系

统。

2.2管廊监控需求

管廊综合监控管理系统设计应包括消防子系统、通风子系统、供电子系统、

照明子系统、环境与设备监控子系统、安全防范子系统、通信子系统、预警与报

警子系统、地理信息子系统、排水子系统等。

按照《GB50838-2015城市综合管廊工程技术规范》技术要求，管廊综合监

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控管理系统应包括以下设计：

1）200m设计为一个防火分区，设置防火墙及防火门。

每个分区设计一套温度、湿度、水位、氧气、硫化氢和甲烷等环境参数监测与报警系统。

每个分区沿线设置灭火器材，并配置自动灭火系统。

每个分区配置机械通风，采用就地手动、就地自动和远程控制三种方式。

2）每个分区设置一处卸料口、自然进风口（兼人员出入口），800m设计区

段检修口（兼人员出入口）。

卸料口、检修口、人员出入口等位置设置灭火器材。

卸料口、检修口、人员出入口等位置设置摄像机。

卸料口、检修口、人员出入口等位置配备出入口控制装置和入侵报警探测装置和声光报警器。

3）每个分区设置一个集水坑。

设置水位在线监测。

设计水泵自动排水装置。

4）200m及交叉路口设置管线出舱口。

管线出舱口位置设置灭火器材。

管线出舱口位置设置摄像机。

管线出舱口位置配备出入口控制装置和入侵报警探测装置和声光报警器。

2.2管廊运营管理需求

综合管廊建成后，应由专业单位进行日常管理。

初步统计，综合管廊的每年管理费约为建设费用的0.3%，以下是近年来对

部分建设城市综合管廊后期运营管理费用的统计（统计数据来自网络）：

项目名称

长度

年管理费

单位管理费

备注

上海张杨路

11.5公里

220万元

约20万元/公里.年

两舱

综合管廊

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珠海横琴综

33.4公里

600多万元

约20万元/公里.年

两、三舱为主

合管廊

广州大学城

18公里

200多万元

约10万元/公里.年

单、两舱为主

综合管廊

佛山东平新

9.8公里

120多万元

约12万元/公里.年

单、两舱为主

城综合管廊

台北市综合

约11万元/公里.年

单、两舱为主

管廊

其中，综合管廊的运营管理主要包括以下几部分：

图2地下综合管廊运营管理示意图

1）巡回检查；2）工程维护；3）出入综合管廊的管理；4）安防监控管理；

5）设备运行及管理；6）紧急时的应变处理。

三、系统建设总体思路

通过分析综合管廊监控管理的建设要求和后期的运营管理工作任务需求，我

们认为在城市管廊基础建设过程中，如何整体规划城市管廊综合监控管理系统显

得尤为关键，不仅仅关系到前期系统建设投资，也直接影响后期运营管理的效率

和成本。

管廊建设可以、也应该同时采用多种技术综合解决问题，但是必须避免走因

技术体制不同而同时安装多个分系统——这些系统其实都是物联网结构——这

样的高成本、低效率、长期使用不便于维护的套路。

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深圳圳市中广控信息科技有限公司在工业物联网领域有着成熟的产品研发、系统集成和工程项目建设经验，拥有独特的“综合一体化”系统解决方案和产品。

我们研究了管廊的结构特征、分布特点和监控任务的详细需求，结合分析国家和各级政府发布的关于城市管廊的相关政策、法规和意见后，认为，采用综合一体化监控系统，不仅符合城市管廊建设所遵循的根本思路，而且在效率、成本等各项关键指标上，均可获得最佳效果。

3.1综合一体化设计思路

城市管廊综合监控管理系统建设采用“综合一体化”设计思路。

所谓“综合”，即是对于各个不同的应用系统/分系统，把它们共同的部分整

合到一起，以提高性能（如可靠性、维护性、可管理性等）和降低成本（如建设

成本、维护成本等）。

这些共同的部分包括统一的信息传输网络/平台，适配所有

物联网传感器的小型且模块化的综合接入设备，统一的数据格式，基于云计算和

移动设备的服务器系统和用户界面等等。

图3综合监控管理系统架构设计

如上图所示，通过城市管廊综合监控管理平台实现原本不同架构、不同数据

格式、不同管理模式的分立系统融合成为统一架构、标准协议、协同管理的综合

应用系统。

在系统建设过程中，我们将会配合管廊主管部门、运营单位及其他合作单位

制定符合国家指导意见和技术规范的行业规范。

所谓“一体化”，是指针对管廊监控这种典型的物联网应用环境，在“综合”

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的指导思想下，连接各种子/分系统传感器的节点设备，应设计为一台标准的，

同时具有综合接入和传输能力的、模块化的通信/传输分站，并通过优化拓扑结

构的标准光缆（或光电混合缆）实现所有节点的连接。

图4一体化分站设计

如上图所示，系统的核心设备为模块化、智能化的综合通信分站，该分站具

有以下特点：

1）分站的设计核心是构建千兆工业以太网，即利用一根光缆实现通讯连接。

同时，各功能模块也统一采用以太网接口与分站主通信组件数据交互。

2）采用模块化通信组件设计，每个通讯组件均具有标准的机械尺寸和物理

接口，涵盖了千/百兆光/电网络模块、WiFi通讯模块、模拟信号（4-20mA和频

率）接口模块、数字信号（RS485）接口模块及自动化控制模块等组件。

3）每个模块组件均采用独立核心CPU设计，模块组件有了自己的“大脑”，

整个系统业务应用、智能化管理及扩容开发能力进一步得到提升。

3.2物联网架构设计

本次平台采用“综合一体化”建设思路，即综合管理包括通风管理、供电管

理、供水管理、环境监测、安全防范、通信系统、预警与报警及地理信息系统等

业务应用。

系统设计建设统一的传输平台、统一的数据中心、统一的应用平台。

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图5综合一体化系统架构

3.3感知平台设计

城市管廊综合监控管理系统的感知平台以“全面感知”为设计思路，设计标

准的适配所有传感器的小型且模块化的接入设备。

首先，我们来描述下城市管廊项目中所涉及到的监测类、控制类和通讯类的

应用场景。

监测类

参照GB50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》，需要实现：

环境参数如

温度、湿度、水位、氧气、硫化氢、甲烷、地表沉降的在线监测；设备如通风设备、排水泵、电气设备等工作状态监测；以及与其他专业监控系统如火灾自动报

警、通风管理、供电管理、安防监控等的联通。

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图6监控类综合一体化系统

如上图所示，监测类系统的物理连接主要由模拟信号（4-20mA和频率）接

口模块、数字信号（RS485）接口模块构成。

接口模块主要实现信号接入并转化成IP/以太网报文，经由以太网络交互数

据至服务器，实现监测类应用。

控制类

参照GB50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》，需要实现：

对通风设备、

排水泵、电气设备等进行控制，包括就地手动、就地自动和远程控制。

-9-

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图7控制类综合一体化系统

如上图所示，控制类系统的物理连接主要包括两部分，参数输入及控制信号

输出。

其中，监测连接类同上面章节；控制类系统主要由自动化控制模块构成，

提供继电器型输出、晶体管型输出和晶闸管型输出三种典型的控制输出方式。

通讯类

参照GB50838-2015《城市综合管廊工程技术规范》，需要实现：

综合管廊设

置固定式通信系统和无线对讲系统。

图8通讯类综合一体化系统

如上图所示，通讯类系统采用基于IP-PBX电话交换系统的语音通讯技术。

固定式通信系统采用电话网关模块的FXS口接入并转化成IP/以太网报文，

实现包括语音调度、视频通讯等功能应用；

无线对讲系统采用WiFi通讯模块提供WiFi无线接入，配合WiFi终端或类微

信对讲的APP软件。

注：

IP-PBX电话交换系统是结合传统电话交换和IP网络技术而发展起来的，

实现以IP方式进行的数据通信，包括传统的语音通讯，以及文本、数据、图像

等的传输。

3.4传输平台设计

城市管廊综合监控管理系统传输平台主要由核心交换机和综合通信分站组

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成，根据城市管廊结构特点和设备分布情况，可实际拓扑成环形网络、星型网络

或树形网络。

综合通信分站具有数据交换功能，并提供多个千/百兆光/电网络接口，即是

一台具有多业务功能的二层交换机。

任意数量的核心交换机和综合通信分站的组

合，以及其任意连接方式、任意位置分布都在逻辑上等同于一台交换机。

这样在

系统网络设计和网络管理方面，就极其简单和方便。

图9网络拓扑方式

同时，在系统网络设计过程中，我们引入了SNMP（简单网络管理协议）管理机

制，实现对整个网络的快速拓扑构建、节点检索、故障定位、故障诊断等功能。

除此之外，每个模块组件均采用独立核心CPU设计，能实现到模块、到端口的

智能管理。

即，系统能实现全网络、全业务模块、全功能端口的智能化管理，并

具有可视化。

综合一体化传输平台由若干“一台一体化设备、一根光缆”（即一个监控节

点）及其网络管理组成。

3.4.1一体化传输设计

1）一体化传输平台提供带宽为千兆的工业以太网络，并设计Vlan以提供基

于大数据量的视频、及时响应的控制数据、低延迟的语音数据等QoS网络服务

质量。

保证各类型应用系统的传输技术指标需求。

2）一体化传输平台提供标准制式的模拟、数字、网络、无线射频等多类型

终端接入，并转化成以太网数据包，统一传输。

保证了较高的兼容性和可拓展性。

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3）一体化传输平台提供标准接口协议，可解析大多数厂家标准数据接口的

传感器或执行单元。

4）一体化传输平台提供硬件接口标准，可供合作厂家开发功能模块。

图10综合监控管理系统传输平台拓扑结构

如上图所示，200m防火分区，只需要设计安装一台“综合一体化通信分站”，

并配置相应的监测模块、控制模块、电话网关模块、网络模块及无线模块，利用

一根光缆连接。

即可实现各功能子系统的网络传输应用。

备注：

在综合管廊建设过程中，天然气管道、污水管道及其他需要防爆设计

的舱室需要选用一定防爆等级的设备。

综合分站采用本安型设计，可以安装在防

爆等级最高要求的区域，而且设备之间采用具有电信号隔离的光缆连接，在防爆

设备或非防爆设备混合拓扑结构的情况下，不影响隔爆性能。

3.4.2数据传输QoS设计

根据城市管廊综合监测系统应用特点，可分为以下五类数据：

带宽

时延

丢包

抖动

监测类数据

控制类数据

低时延要求

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报警类数据

低时延要求

视频类数据

高带宽要求

语音类数据

低丢包率要求

低抖动

监测类数据：

数据种类多，数据量不大，对网络传输的可靠性要求高。

控制类数据：

数据量不大，但实时性、可靠性要求等级最高。

报警类数据：

数据具有突发性，高可靠性特点。

视频类数据：

数据量大，对网络负载能力要求高。

语音类数据：

要求语音包低丢包率。

城市管廊综合监控管理系统的传输网络设计需要保证上述应用类数据传输

的QoS，传输网络采用Differentiatedservice（区分服务模型）设计思路：

1）设计Vlan，逻辑上将各类应用系统独立成网；

2）针对大数量的视频监控，传输网络设计为1000M，采用分段本地传输，

控制访问权限；

3）报警类、控制类数据采用“虚拟专线”设计，同时设计本地手动控制、

本地自动控制和远程自动控制三级权限；

4）IP语音数据包传输采用语音压缩、消音消除、静噪抑制、话音抖动处理、

话音优先、包分割和前向纠错技术优化IP语音通话中的语音质量。

3.5数据中心设计

数据中心设计应符合GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》。

数据中心是整个综合监控系统建设的基础，系统通常按照“分布式应用、集

中化存储”设计，自己建设和维护信息化机房，所有的数据都要集中存储。

而随

着云存储、云计算在各行业的成熟应用，我们的数据中心建设应朝着“云端存储”

的方向发展，前期可直接租用公共云存储和与计算服务。

后期随着数据业务量海

量增多，数据分析、计算和挖掘等应用进一步开展，我们可采用按区域、按业务

类别等方式建立私有云数据中心，为整个城市管廊的运营维护提供强有力的保障。

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图11数据中心采用云服务

2015年重新修订的国标已经将《电子信息系统机房设计规范》更改成《数

据中心设计规范》，以更好适应数据中心和云计算的快速发展。

3.6应用平台设计

城市管廊综合监控管理系统包括了给水、雨水、污水、再生水、天然气、热

力、电力、通信等城市工程管线的信息化运营和维护应用，这些不同业务的管廊

系统应统一规划、设计和建设，但同时要求能灵活适应不同业务流程管理的差异

性和服务要求的多样性。

平台设计采用松耦合的结构，标准化中间件接口，规范

应用开发。

即，平台可以提供应用服务商标准化的软件开发接口，只需要关心应

用服务层面开发即可，而不需要担心数据的获取、数据的传输。

平台保证数据资

源的可靠获取和充分共享。

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3.6.1综合一体化运营服务平台建设思路

图12一体化综合管理应用平台设计框架

基于“物联网、大数据、云计算、BIM、移动互联”等信