地下综合管廊监测方案的技术改进

地下综合管廊监测技术方案

同方威视技术股份有限企业

（内部资料，严谨外传）

目录

一、综合管廊简介.............................................................1

1.1用途.................................................................1

1.2分类................................................................1

1.3经济成本............................................................2

1.4国内外发展状况.....................................................2

二、本方案根据原贝!...........................................................3

三、系统总体架构............................................................4

3.1层次架构............................................................4

3.2逻辑架构............................................................5

四、监测内容及实行...........................................................8

4.1基础设施构造健康监测................................................8

监测内容...........................................................8

监测技术手段.......................................................8

4.2环境监测...........................................................12

监测内容..........................................................13

监测技术手段......................................................13

4.3火灾监测...........................................................14

监测内容..........................................................14

监测技术手段......................................................14

4.4视频监测...........................................................16

监测内容..........................................................16

监测技术手段......................................................17

4.5入侵防盗监测.......................................................17

监测内容..........................................................18

监测技术手段......................................................18

4.6电力监测...........................................................24

监测内容..........................................................24

监测技术手段......................................................25

4.7通信监测..........................................................28

监测内容..........................................................28

监测技术手段......................................................28

4.8管道监测...........................................................28

监测内容..........................................................28

监测技术手段......................................................28

4.9照明系统..........................................................29

自然光照明系统....................................................30

激光远距离照明系统...............................................30

4.10通讯系统.........................................................31

电了•巡查31

语音监听...............................................................33

应急通讯.............................................错误!未定义书签。

五、系统综合管理平台...........................................错误!未定义书签。

六、系统辅助设备...............................................错误!未定义书签。

七、施工管理措施...............................................错误!未定义书签。

7.1质量控制.错..误...!.未..定...义..书..签..。.............................

7.2安全控制...............................................错误!未定义书签。

7.3环境保护控制...........................................错误!未定义书签。

一、综合管廊简介

1.1用途

综合管廊重要用丁：电力线缆、通讯线缆、有线电视线缆、给水管线、中水

管线、供冷管线、供热管线、燃气管线、排水管渠、路灯线缆、垃圾真空系统、

输油管线等市政民生工程项目。

1.2分类

综合管廊宜分为干线综合管廊、支线综合管廊及缆线管廊。干线综合管廊:

用于容纳都市主干工程管线采用独立分舱方式建设欧I综合管廊；支线综合管廊:

用于容纳都市配给工程管线采用单舱或双舱方式建设H勺综合管廊:缆线管廊：采

用浅埋沟道方式建设，设有可启动盖板但其内部空间不能满足人员正常通行规定,

用于容纳电力电缆和通信线缆的管廊。

干线综合管廊

图3.1综合管廊分类示意图

1.3经济成本

综合管廊盾构成本最高，一般为1亿元/公里；一般施工0.5亿元/公里。综

合管廊内基本都是市政民生工程，不利于提高收费，否则会影响老百姓基础生活

成本,影响物价稳定；同步综合管廊建成后只是以便市政管线和线缆的综合管理，

消除公路拉链现象，不会有其他盈利途径。

综合管廊建设日勺一次性投资常常高于管线独立铺设的成本。据记录，日本、

台北、上海日勺综合管廊平均造价（按人民币计算）分别是50万元/米、13万元/

米和10万元/米，较之一般口勺管线方式确实要高出诸多。但综合节省出的道路地

下空间、每次日勺开挖成本、对道路通行效率的影响以及环境的破坏，综合管廊的

成本效益比显然不能只看投入多少。台湾曾以信义线6.5公里的综合管廊为例进

行过测算，建综合管廊比不建只需多投资五亿元新台币，但75年后产生的效益

却有2337亿元新台币。

1.4国内外发展状况

在国外，地下综合管廊是综合运用地下空间的一种手段，某些发达国家已实

现了将市政设施H勺地下供、排水管网发展到地下大型供水系统、地下大型能源供

应系统、地下大型排水及污水处理系统，与地下轨道交通和地下街相结合，构成

完整的地下空间综合运用系统。

欧美是地下综合管廊的发源地。世界上第一条管廊在巴黎建成，随之该理念

推广到欧美各国。日本是当今管廊技术最成熟的国家，这个和日当地区有很大

关系，规划建设一致沿用1964年制定【付有关措施条例，各在野党执政期间一致

延续该条例不停完善。由于日本是多地震国家，一旦碰到地震破坏，恢复期大部

分经历及费用都要放在开挖及回填过程中，假如将综合管线放置在管廊内，管道

与管廊侧壁变为柔性连接，管道抗震赔偿措施可以更大范围日勺使用，基本不受地

震时土体的位移影响，假如维修的话也是区域更换及系统性能检查，对管廊上交

通无影响。

中国仅有北京、上海、深圳、苏州、沈阳等少数几种都市建有综合管廊，据

不完全记录，全国建设里程约80()公里，综合管廊未能大面积推广日勺原因不是资

金问题，也不是技术问题，而是意识、法律以及利益纠葛导致时。

住建部会同财政部开展中央财政支持地下综合管廊试点工作，确定包头等

10个都市为试点都市，计划到2023年建设地下综合管廊389公里(2023年动工

19()公里)，总投资351亿元。根据测算，未来地下综合管廊需建80()0公里，若

按每公里1.2亿元测算，投资规模将达1万亿。

试点的10个都市的投资351亿元，其中中央财政投入102亿元，地方攻府

投入56亿元，拉动社会投资约193亿元。“我们的思绪是以试点示范带动全国建

设地下综合管廊的积极性。全国共有69个都市在建地下综合管廊约1000公里,

总投资约880亿元。”

二、本方案根据原则

GB50838-2023《都市综合管廊工程技术规范》

CECS333-2023《构造健康监测系统设计原则》

GA_T1217-2023《光纤振动入侵探测器技术规定》

GB50394-2023《入侵报警系统工程设计规范》

GB50116-2023《火灾自动报警系统设计规范》

三、系统总体架构

3.1层次架构

地下综合管廊监测重要分为应用层、传播层和展示层。

其中应用层包括管廊监控单元、管道监测单元、线缆监测单元、通讯单元和

照明单元,每个单元由前端传感器或探头、以及监控单元构成单个智能前端设备,

前端传感器负责采集现场基础设备的状态信息，探头用于管廊内的照明、通讯、

警报等，监控单元对采集的设备状态信息进行预处理、上传服务器和对联动设备

下达命令；

传播层重要包括服务器、传播网络，服务器用于前端设备状态信息H勺多信息

融合处理、数据存储和输出、报警信息公布、前端探头联动命令下达、现场设备

状态上传至监控子站和监控中心，传播网络可以是现场无源H勺光网络、也可以是

工业级无线网络；

展示层重要包括监控子站区域设备状态信息展示、监控中心全局设备状态信

息展示、声光报警、短信报警和打印输出等。

叵

线型测

结构

健康

构

结

健康防盗监测应急通讯日光照明

火

灾监

测

度

温

监

测火灾监测电子巡查激光照明

环

境监

测

力

压

监

测局部放电语音监听

气

体监

测

蚀

腐

监

测

入

侵报温度监测

警

湖

泄

监

测

视

频陈载流量监测

修

电源品质y

图3.1综合管廊运行监控系统总体架构图

3.2逻辑架构

综合管廊运行监控系统从逻辑上讲包括五大部分：综合管廊运行监控管理平

台、地理信息系统、信息管理系统、安全监控系统、通讯照明系统（如图3,2所

示）。

其中综合管廊运行监控管理平台是用于面向顾客日勺最终界面，将人性化展示

综合管廊状态信息、，根据客户需求可以是平面展示，也可以是三维立体360。全

景展示（线缆、管道、仪表、管廊），实现更直观简洁的综合管廊运行状态日勺虚

拟巡检。并设有监控子站和监控中心两个级别展示，监控子站重要是展示该管控

区域内日勺综合管廊状况，监控中心用于全局综合管廊状态展示。

地理信息系统是一种专门用于采集、存储、管理、分析和体现空间数据日勺信

息系统，它既是体现、模拟现实空间世界和进行空间数据处理分析的“工具”，也

可看作是人们用于处理空间问题日勺“资源”，同步还是一门有关空间信息处理分析

的“科学技术它将直观展示出综合管廊空间三维的信息，还可以立体展示管廊

内部设施的布设，结合监测单元时传感密和探头，显示管廊内部设备的状态信息。

信息管理系统波及经济学、管理学、运筹学、记录学、计算机科学等诸多学

科，它除了具有信息系统的基本功能外，还具有预测、计划、控制和辅助决策特

有功能。（1）数据处理功能。包括数据搜集和输入、数据传播、数据存储、数据

加工和输出，用于安全监控系统和通讯照明系统上传的数据管理、上传显示和打

印报警：（2）预测功能。运用现代数学措施、记录措施和模拟措施，根据过去的

数据预测未来的I状况，用于将管廊内部日勺状态信息（多传感器信息）融合，预测

管道寿命、管道腐蚀速率、电缆载流量、构造健康寿命等；（3）计划功能。根据

企业提供的约束条件，合理地安排各职能部门的计划，按照不一样的管理层，提

供不一样的管理，提供对应的计划汇报；（4）控制功能。根据各监测单元提供的

数据，对综合管廊基础安防设备进行联动控制，查明并消除危险源，例如灭火装

置联动、视频联动等；（5）辅助决策功能。采用多种数学模型和所存储口勺大量传

感数据，及时推导出有关问题的最优解或满意解，辅助各级管理人员进行决策,

以期合理运用人财物和信息资源，获得较大的经济效益。

安全监控系统重要功能是监测并保护综合管廊内部设备财产安全，包括管廊

自身的监控、多种油气管道和水管的监控、多种线缆日勺监控。

通讯照明系统重要是用于有人员（巡检人员、偷盗人员）在综合管廊内部时,

以便巡检人员正常工作日勺门禁、照明、通讯、在岗巡查等，同步对于偷盗人员进

行监听、警示。

综合管廊运行监控管理平台

八

地理信息系统信息管理系统

安全监控系统通讯照明系统

r~~~I

［管廊（管道监测」1线缆监测［通讯］［照明］

结构健康防盗监测应急通讯日光照明

结构健康

火灾监测火灾监测电子巡查激光照明

温度监测

环境监测局部放电语音监听

压力监测

气体监测温度监测1

腐蚀监测-7

入侵报警载流量监测

,泄漏监测.

I视频监控/\、电源品质y

图3.2综合管廊运行监控系统模块图

综合管廊运行监控系统根据现场状况，有也许采用多种不•样技术手段的融

合，为保证各技术信息相容性，必须考虑该系统日勺通信组网能力。如图3.3所示，

我们采用开放式接口将各底层监控单元数据汇合，然后通过协议鉴定器进行通信

协议判断，之后用协议转换器进行通信协议H勺统一化，然后按照行业原则通讯模

型将数据上传。该功能还可以便客户自行增长监测设备，不至于产生不兼容问题。

终端显示电脑

通讯服务器►信息输出

▼

数据处理器◄——►监控器♦

监测单元

动作谀置

通讯模型状

配置工具态

库

显

▲示

▼器

「

协议转换器

协

丁

映射规则议

编辑器库

协议判定器

图3.3综合管廊运行监控系统通讯逻辑示意图

四、监测内容及实行

4.1基础设施构造健康监测

监测内容

基础设施构造健康监测重要包括综合管廊自身的位移沉降、裂缝、倾斜、渗

漏、振动、表面应力应变、土体压力压强等监测，尚有管道水泥墩、线缆支架时

应力应变、压力压强、振动、倾斜等监测。

监测技术手段

名称技术原理关键技术指标厂家

量程：100mm、200mm、400mm

辨别率：0.1mm北京希卓、北京达卡、

位移沉降计光纤光栅

精度：±lmm上海波汇

温度范围：-80C〜+150C

量程：±2023*

辨别率：＜lp£北京希卓、北京达卡、

表面应变计光纤光栅

精度:±1%F.S.上海波汇

工作温度范围：-80〜+150℃

原则量程：±2023卜1£

精度：0.3%F.S.北京希卓、北京达卡、

埋入式应变计光纤光栅

敏捷度：0.1%F.S.上海波汇

工作温度范围：-80〜+150C

原则量程(MPa)：0.35,0.7,1,2,5,7,

10,15,30,60

北京希卓、北京达卡、

渗压计光纤光栅辨别率：0.03%F・S

上海波汇

敏捷度：0.05%F.S.

工作温度范围：-30〜+80c

量程：（1,5,10）g可选

频响范围：（）.5-100hz上海伯珏、深圳太辰、

加速度传感器光纤光栅

辨别率：＜0.1%F.S北京达卡

测量精度:V0.3%F.S.

量程（kPa）：50〜34500

北京希卓、北京达卡、

土压力计光纤光栅精确度：15%F.S

上海波汇

工作温度：-40〜120℃

量程：15、30、60、100mm

辨别率：V0.1%FS上海拜安、北京达卡、

裂缝计光纤光栅

精度：＜0.5%F.S.上海波汇

工作温度范围：-50〜80C

北京希卓、北京达卡、

索力计光纤光栅承载力(KN)：223〜4450

上海波汇

量程：50mms100mm＞200mm、400mm

辨别率：0.01mm北京希卓、北京达卡、

静力水准仪光纤光栅

精度：±lmm上海波汇

温度范围：-80℃〜+150C

原则量程(MPa)0.5,1,1.6,2.5,10,

25,50,60

北京希卓、北京达卡、

压力传感器光纤光栅精度：0.5%FS

上海波汇

敏捷度：0.2%%F.S.

工作温度范围：-30〜+80℃

原则量程:拉伸:0〜400Mpa；压缩:（b

32OMpa北京希卓、北京达卡、

钢筋计光纤光栅

测量精度：0.3%F・S上海波汇

辨另lj率:O.I%F.S

工作温度范围：-20〜+80C

量程：0~±180。（可选）

无锡迈科传感、无锡慧

倾角传感器电子类辨别率：0.002°

联信息、北微传感

精度：0.01。

方位测量范围量程：0。~36（）。北微传感、陕西航天长

光纤陀螺光纤传感

精度：±1.5°城测控

测量距离：5-100km浙江中欣动力、上海拜

温度范围：-190〜7（）0℃安、威海北洋、宁波诺

布里渊散

BOTDA温度精度；±1℃驰光电、江西旭锋光

射

应变测量范围：-4000〜60co微应变电、加拿大OZ、无锡

应变精度：±20微应变亚天

技术原理简介

1）光纤光栅

光纤光栅是运用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的措施将入射光相干场

图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性

空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一种窄带的（透射或反射）滤波

器或反射镜。当一束宽光谱光通过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长

将产生反射，其他的波长透过光纤光栅继续传播。

A=2nA

n为光纤芯的折射空

A为光播周期

光徽周期受到温度或

压力的变化而受化，

入

反光的反射波长也芟化

射

射

光

光

图4.1光纤光栅传感原理示意图

由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等

长处，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，

因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。

2)光纤陀螺

光纤陀螺的工作原理是基于萨格纳克(Sagnac)效应。萨格纳克效应是相对

惯性空间转动的闭环光路中所传播光日勺一种普遍日勺有关效应，即在同一闭合光路

中从同一光源发出欧I两束特性相等的光，以相反的方向进行传播，最终汇合到同

一探测点。

图4.2光纤陀螺仪原理图

若绕垂直于闭合光路所在平面的轴线，相对惯性空间存在着转动角速度，则

止、反方向传播的光束走过的光程不一样，就产生光程差，其光程差与旋转的角

速度成正比。因而只要懂得了光程差及与之对应的相位差的信息，即可得到旋转

角速度。

3)BOTDA

光在光纤中传播时，由于光纤材料的密度、折射率等存在不均匀性，入射光

会产生散射现象。布里渊散射是光波和声波在光纤中传播时互相作用而产生日勺光

散射过程。当环境温度变化或光纤产生形变时，光纤中声速和光的折射率都会随

之变化，从而使布里渊频移发生变化，并且布里渊频移变化量与温度和应变成线

性关系。BOTDA基于受激布里渊散射效应，运用泵浦光pump、探测光probe

和声波日勺互相作用，使得后向布里渊散射信号不停放大。对泵浦光pump和探测

光probe日勺频率差进行持续扫描，可确定光纤不一样位置的布里渊频移，从而获

得整根光纤日勺温度、应变分布信息。

拉应变

图4.3BOTDA原理示意图

4）倾角传感器

倾角传感器常常用于系统的水平测量，从工作原理上可分为"固体摆''式、"液

体摆''式、"气体摆''三种倾角传感器，倾角传感器还可以用来测量相对于水平面

的倾角变化量。

工作原理：理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一种系统

内部，速度是无法测量日勺，但却可以测量其加速度。假如初速度已知，就可以通

过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。因此它其实是运用惯性原理的

一种加速度传感器。当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用,

那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器敏捷轴之间的

夹角就是倾斜角了。

4.2环境监测

监测内容

环境监测重要有三方面功能，首先是综合管廊内部的J温度、湿度、风速风向、

PM2.5监测，另首先是保证巡检人员安全的氧气含量、有毒气体、易燃气体和淹

积水监测，第三方面是监测天然气管道与否泄漏。最终形成综合管廊内部环境状

况日勺实时汇报系统,对综合评估管廊内部问题，并指导管廊基础设施区I检修工作,

保证管廊内部设备和进入管廊的人员的安全。

监测技术手段

名称技术原理关键技术指标厂家

量程：-50〜+120℃北京希卓、北京

温度计光纤光栅

测量精度：+0.3'C达卡、上海波汇

湿度精度：经典值±4.5%RH

温度精度（BFSL）：±0.5℃（经典值）

霍尼韦尔、广州

工作温度范围：-40C至100C

湿度计电子类奥松电子、河南

响应时间：6s

驰诚电气

长期稳定性：土1.2%RH保持5年

工作湿度范围：0%RH至100%RH

北京九纯健科

技、北京达卡、

温湿度变送精确度:<±0.5℃,±3%RH@20%-80%RH,25℃

电子类北京昆仑海岸传

器温度范围：-20〜+70℃

感、广州奥松电

子

启动风速：＜0.4m/s武汉中科能慈、

风速风向仪电子类辨别率：风速：0.1m/s风向：线性度0.1%北京达卡、清胜

量程：风速：0〜70m/s风向：0〜360度电子

北京浩开科技、

PM2.5监测北京聚道合盛、

电子类量程:0-80pg/m3误差:±2%预热时间：1分钟

仪康姆德润达（无

锡）测星技术

量程选择:0-10/100/1000/10000ppm；安帕尔、北京达

电子、化

氧气0-5/10/25/30/IOO%VOL卡、河南驰诚电

学、光学

精确度：W±2%FS气

量程：50、200、lOOOppm河南驰诚电气、

硫化氢电子类辨别率：1ppm深圳市鑫海瑞、

响应时间：＜30秒安帕尔

测最范围：O-2O23ppm、50()0ppm、IOOOOppm>山东中煤工矿、

甲烷红外

5%VOL、10%VOL、20%VOL>50%VOL>北京达卡、深圳

100%VOL（可选，未列出量程可订制）市鑫海瑞、河南

分辨率：Ippm（lOOOOppm以内）、0.01%VOL驰诚电气

（5%VOL-100%VOL）

精度：＜±1%

北京九纯健科

报警浓度：8%LEL

天然气气敏元件技、安帕久、深

工作环境：0-55℃：相对湿度W95%RH

圳市吉顺安

北京达卡、安帕

量程选择：

尔、深圳市矢量

二氧化碳红外0-2023/5000ppm;0-l%/2%/5%10%20%50%100%V

联合、武汉中科

OL

能慧

北京九纯健科

技、北京赛斯尔

淹积水电子类工作环境：-10〜50℃,10%RH〜90%RH

自控、深圳市宏

电技术、基康

4.3火灾监测

监测内容

综合管廊内部布设有诸多线缆,它们都属于易燃物品，并且电缆的局部放电、

人为点火破坏及多种意外都会引起管廊内部发生火灾，因此监测管廊内部火灾，

并与消防设备联动进行自动灭火日勺技术显得很有必要。火灾监测技术重要从管廊

内部温度异常、红外线和紫外线强度异常、烟雾浓度异常等角度来监测，同步将

监测成果送至服务器处理，若有异常现象发生，服务器会给灭火设备下达指令,

启动起火位置处日勺灭火设备进行灭火，视频也会集中关注起火位置。

综合调研着火的方方面面特性，我们针对多种火灾着火日勺初期、中期进行实

时监测，采用温度异常、烟雾异常、红外线和紫外线辐射异常的状况综合判断火

灾发生发展过程，预判火势发展趋势，综合调动现场视频和灭火设备，对现场火

灾进行实时监控，并有H勺放矢的进行灭火程序，以期将火灾破坏降到最低。

监测技术手段

名称技术原理关键技术指标厂家

北京希卓、北京达卡、

量程：-50〜+12CTC

温度传感器光纤光栅上海波汇、深圳太辰、

测量精度：±0.3℃

武汉理工光科

探测距离：最长10km同方威视、浙江中欣动

响应时间：＜10s力、北京诺可电子、威

温度传感器DTS测温精度：l℃@2km海北洋、上海华魏、宁

定位精度：1m波诺驰光电、江西旭锋

测温范围可高达350-7（）0℃光电、无锡亚天

工作温度：-10C〜+50C

相对湿度：＜95%RH（40，C±2℃）

烟雾报警器光电式深圳市宏达瑞斯

监测面积：20平方米

敏捷度等级：1级

工作温度：・10℃—50℃

烟感器红外光电管北京九纯健科技

环境温度：＜95%RH

视角范围：90°

探测距离：燃烧物火源大小探测距

离

正庚烷0.3mx0.3m50米

汽油0.3mx（）.3m50米

柴油0.3mx0.3m45米

煤油0.3mx0.3m45米

酒精O.3mxO.3m45米

红外火焰探测甲烷0.5mx0.2m30米济南东山仪器、西安众

红外感应

器纸张0.3mx0.3m30米安电子、北京翼捷世纪

响应特性：燃烧物火源大小响应时

间

汽油O.3mxO.3m＜10s

汽油0.7mx0.7m＜5s

敏捷度等级：5级敏捷度（通过磁棒设

定）

工作温度：-40℃〜70℃

工作湿度：S95%RH（不结露）

响应口勺光谱范围：185nm〜260nm

响应时间：5s

灵敏度：1-5级可调

紫外火焰探测济南东山仪器、西安众

紫外感应视角范围：290°

器安电子、北京翼捷世纪

最大探测距离：50m（条件：UOOcnf,

高5cm的正庚烷火）

环境温度：-10~55c

首安工业消防、北京京

灭火设备盾消防设备、浙安消防

科技有限企业

4.3.3技术原理简介

DTS简介：

DTS技术同步用单根光缆实现温度监测和信号传播，综合运用光纤拉曼散

射效应(Ramanscattering)和光时域反射测量技术(OpticalTime-Domain

Rcflcctometry,简称OTDR)来获取空间温度分布信息。其中光纤拉曼散射效应

(Ramanscattering)用于实现温度测量，光时域反射测量技术(OpticalTime

DomainReflectometer)用于实现温度定位，DTS技术是近几年发展起来『'J一种

用于实时测量空间温度场分布的高科技技术，它可以持续测量光纤沿线H勺温度分

命状况，测量距离在可达30公里，空间定位精度到达米的数量级，可以进行不

间断的自动测量，尤其合适于需要长距离、大范围多点测量口勺应用场所。

4.4视频监测

监测内容

综合管廊智能监控系统具有视频监视与控制功能，视频监控系统管理软件可

以对管廊内部环境、管廊出入口等重要位置处实时全方位的图像监控，使监控中

心值班人员清晰理解管廊现场实际状况，并及时获得以外状况的图像信息。监控

中心可随时调取网络摄像机日勺实时视频信号和历史回放图像，并投放到显示大屏

上。

综合管廊内设备集中安装地点、人员出入口、变配电间和监控中心等场所应

设置摄像机。管廊每个防火分区中间设置带红外的网络像机实时采集图像信息。

投料口、通风口和