安科瑞 陳聰

摘要：當(dāng)前綜合管廊對能耗的監(jiān)控存在不足，主要停留在對電表的實(shí)時監(jiān)測和用電量的統(tǒng)計，節(jié)能手段主要依據(jù)管理制度和經(jīng)驗(yàn)利用人工控制調(diào)整用電結(jié)構(gòu)。本文基于現(xiàn)有綜合管廊智慧運(yùn)維平臺開發(fā)的基礎(chǔ)，采集了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用建立的能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫、管廊能耗評價指標(biāo)體系，研發(fā)一套管廊精細(xì)化節(jié)能診斷系統(tǒng)，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)對綜合管廊能耗精細(xì)化分析，節(jié)約地下綜合管廊運(yùn)維過程中的能耗，為運(yùn)維管理人員提供決策支持、節(jié)能診斷和運(yùn)行策略指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：綜合管廊；精細(xì)化；節(jié)能診斷

0引言

綜合管廊是集成城市綜合承載能力及維護(hù)保障能力的重要基礎(chǔ)設(shè)施[1-3]，對于城市規(guī)劃與管理及城市地下空間治理具有重要的意義。當(dāng)前綜合管廊實(shí)現(xiàn)了物理空間上管廊監(jiān)管、管線資源配置、多類數(shù)據(jù)集成等方面問題，實(shí)現(xiàn)綜合管廊的監(jiān)測、控制、管理的一體化。我國綜合管廊仍處于初級發(fā)展階段，綜合管廊信息化水平也欠發(fā)達(dá)，在開展信息化工作過程中面臨諸多問題。

綜合管廊的監(jiān)控警報系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)測是保障綜合管廊安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要系統(tǒng)[5]。常規(guī)的監(jiān)控報警系統(tǒng)在節(jié)能降耗等方面不能滿足管廊精細(xì)化管理的需求[6].韓會山等[7]針對地下管廊監(jiān)測方案綜合分析了不同工況下管廊能耗的各項(xiàng)參數(shù)變化規(guī)律，總結(jié)了地下管廊的監(jiān)測要點(diǎn)。丁松等[8]針對綜合管廊內(nèi)部公共環(huán)境監(jiān)測的實(shí)時性、準(zhǔn)確性不夠的問題，設(shè)計了一種基于NB-IoT無線傳輸技術(shù)的可視化、智慧化監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)通過Web頁面和手機(jī)APP的實(shí)時環(huán)境參數(shù)監(jiān)測。周如意等[6]對地下綜合管廊的監(jiān)控與警報系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)和設(shè)計，對綜合管廊內(nèi)部各種環(huán)境參數(shù)的有效監(jiān)測。歐陽康淼等[9]對綜合管廊用能現(xiàn)狀與節(jié)能潛力分析，對某管廊用電水平進(jìn)行測試，全長7.87km的管廊，月平均用電在7.8萬kW·h(數(shù)據(jù)來源于2020年7月-12月)[10]，以此簡單推算，單艙公里月平均用電估計1萬kW·h，結(jié)合當(dāng)前地下綜合管廊建設(shè)的總里程，每年地下綜合管廊的用電費(fèi)用是一筆不小的數(shù)目。

國內(nèi)綜合管廊監(jiān)測系統(tǒng)大致處于基礎(chǔ)監(jiān)測與數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計，節(jié)能手段多以管理制度和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行人工控制用電結(jié)構(gòu)，整體管廊能耗監(jiān)測管理水平相對落后。本文基于現(xiàn)有綜合管廊智慧運(yùn)維平臺開發(fā)的基礎(chǔ)，采集了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用建立的能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫、管廊能耗評價指標(biāo)體系，研發(fā)一套管廊精細(xì)化節(jié)能診斷系統(tǒng)，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)管廊能耗精細(xì)化管理，節(jié)約地下綜合管廊運(yùn)維過程中的能耗，為運(yùn)維管理人員提供決策支持、節(jié)能診斷和運(yùn)行策略指導(dǎo)作用。

1現(xiàn)狀分析

當(dāng)前國內(nèi)城市地下綜合管廊的建設(shè)采取投資和多渠道融資相結(jié)合的方式，鼓勵社會資本投資城市地下綜合管廊的建設(shè)、運(yùn)營和管理，運(yùn)營階段在不同城市采取不同的管理方式，由牽頭或者委托具有市政公用工程專業(yè)監(jiān)理資質(zhì)的專業(yè)機(jī)構(gòu)運(yùn)營管理。當(dāng)前北京地下綜合管廊建設(shè)分屬在城市不同地區(qū)，可由不同企業(yè)管理，因此形成項(xiàng)目級、公司級、城市級三級管理模式格局[10]。本系統(tǒng)適用于項(xiàng)目級和公司級管理。管廊精細(xì)化節(jié)能診斷系統(tǒng)定位是為綜合管廊項(xiàng)目級運(yùn)維管理層人員提供精細(xì)化的能耗指標(biāo)評價分析和運(yùn)行策略控制，為公司級管理人員提供用能監(jiān)管策略。通過當(dāng)前智能化綜合管廊的建設(shè)以及對能耗結(jié)構(gòu)的研究，將綜合管廊能耗結(jié)構(gòu)劃分為照明系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測用能設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，挖掘節(jié)能潛力，形成節(jié)能診斷系統(tǒng)，為項(xiàng)目級和公司級管理人員提供節(jié)能策略。

2系統(tǒng)設(shè)計方法

綜合管廊的監(jiān)測與設(shè)計符合基本原則]，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)計原則的相統(tǒng)一：

（1）針對性與實(shí)用性：能耗監(jiān)測內(nèi)容不求多而全，但求有良好的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、針對性強(qiáng)，以較少的投資為監(jiān)管人員盡可能多的反應(yīng)問題與了解問題。

（2）可靠性：監(jiān)測系統(tǒng)具有性，采用監(jiān)測設(shè)備與監(jiān)測技術(shù)，以便實(shí)現(xiàn)監(jiān)測功能，確保實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)期目標(biāo)；在滿足前提下選擇可靠的硬件產(chǎn)品和軟件技術(shù)，不片面追求儀器設(shè)備。

（3）可操作性與易維護(hù)性：監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計合理，操作便捷，界面友好，便于管理，易于故障檢查和日常維護(hù)，儀器設(shè)備易于維修更換，以保證監(jiān)測系統(tǒng)性能長期穩(wěn)定可靠。

（4）完整性與可擴(kuò)展性：系統(tǒng)的監(jiān)測內(nèi)容具有完整性，監(jiān)測控制過程邏輯嚴(yán)密，功能相對齊全，功能模塊之間獨(dú)立的基礎(chǔ)上又要相關(guān)聯(lián)，以避免故障導(dǎo)致聯(lián)動影響；同時監(jiān)測系統(tǒng)又是開放的，可根據(jù)變更的需求及時擴(kuò)展或進(jìn)行功能升級。管廊精細(xì)化節(jié)能診斷系統(tǒng)依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計基本原則進(jìn)行設(shè)計，自下而上分為采集層、接入層、存儲層、應(yīng)用層。采用MOTBAS、TCP/IP等協(xié)議接入終端感知數(shù)據(jù)，經(jīng)過加工處理分類存儲建立數(shù)據(jù)，應(yīng)用層基于業(yè)務(wù)需求，形成可視化功能模塊，包含能源看板、節(jié)能診斷、用能監(jiān)測、用能報表、工況模式、配置管理功能，見圖1。

3系統(tǒng)功能設(shè)計邏輯

構(gòu)建精細(xì)化節(jié)能診斷系統(tǒng)的設(shè)計思路：通過對當(dāng)前地下綜合管廊用能結(jié)構(gòu)分析、用能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量、綜合管廊用能的影響因素分析以及綜合管廊節(jié)能診斷的方法研究，實(shí)時輸出診斷結(jié)果。

（1）綜合管廊用能結(jié)構(gòu)分析

為了實(shí)現(xiàn)對地下綜合管廊內(nèi)敷設(shè)的電力、通信、給排水、燃?xì)狻崃Φ裙艿篮途€纜的智能監(jiān)管，同時為保障在地下有限空間內(nèi)的安全作業(yè)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控，在地下綜合管廊安裝照明、水泵、風(fēng)機(jī)、消防、攝像頭、溫濕度傳感、有害氣體檢測、通信等智能終端設(shè)備，保障綜合管廊安全高效運(yùn)行。地下綜合管廊依據(jù)國標(biāo)要求建立防火分區(qū)，同時依據(jù)管廊敷設(shè)的管道和線纜特性設(shè)計相應(yīng)的艙室，如電力艙、燃?xì)馀?、熱力艙、綜合艙，針對各艙室每個防火分區(qū)敷設(shè)智能終端設(shè)備，用以實(shí)現(xiàn)對綜合管廊智慧化管理、智能化控制，因此產(chǎn)生大量的智能終端設(shè)備，通過對設(shè)備功耗特性和用途將用能結(jié)構(gòu)分類如下：

（2）用能標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)分析法

管廊的實(shí)際能耗特點(diǎn)與公共建筑差別很大，除了監(jiān)控用能會受到季節(jié)變化影響外，管廊內(nèi)部主要設(shè)備(弱電、消防、照明)用能基本不受其它因素影響，因此公共建筑中常用的多元線性回歸、建筑能耗模擬等方法并不適用于管廊，采用統(tǒng)計學(xué)中的定額水平法來確定管廊能耗指標(biāo)，通過非供暖季綜合管廊日能耗區(qū)間分布確定每個管廊標(biāo)準(zhǔn)能耗，包含引導(dǎo)值和約束值，以發(fā)生頻次較高的算術(shù)平均能耗作為管廊能耗約束值，以發(fā)生頻次較少的用能算術(shù)平均值作為管廊能耗引導(dǎo)值。用能標(biāo)準(zhǔn)的計算在本系統(tǒng)建設(shè)中至關(guān)重要，是作為后續(xù)節(jié)能診斷的基礎(chǔ)和依據(jù)。

（3）綜合管廊用能影響因素分析

影響綜合管廊用能的因素有很多，包含地理位置、氣候、環(huán)境、設(shè)備老化、運(yùn)維策略等。在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，我國南方綜合管廊較北方潮濕，需長期開啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行排濕，能耗占比大幅度上升，在北方某些綜合管廊可依靠天然地理位置，利用天然的自然通風(fēng)即可滿足排濕通風(fēng)，開啟風(fēng)機(jī)時間大大降低了，從而降低了動力用電。同時，在梅雨季節(jié)，管廊內(nèi)集水坑會增加積水，排水需求增加，造成不可避免的用能上升。因此，氣候與管廊所建的地理位置對管廊用能影響較大。

為保障地下綜合管廊的安全運(yùn)行，各管廊屬地均會制定運(yùn)維管理策略，在運(yùn)維過程中，制定巡檢、維修、維護(hù)等入廊策略，每次入廊之前，為保障人員入廊的安全，需按規(guī)定開啟風(fēng)機(jī)，檢測廊內(nèi)環(huán)境，開啟廊內(nèi)照明，此過程會產(chǎn)生廊內(nèi)用能。通過對管廊能耗用能結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)挖掘分析并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)維策略，制定具有針對性的精細(xì)化運(yùn)維策略，以減少運(yùn)維過程中產(chǎn)生的能耗。

（4）節(jié)能診斷方法選取

對綜合管廊的5大專項(xiàng)系統(tǒng)，包含照明系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控進(jìn)行用能標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)分析，得出專項(xiàng)系統(tǒng)每月用能標(biāo)準(zhǔn)(涵蓋引導(dǎo)值、約束值)，在用能標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，結(jié)合管廊周邊環(huán)境、天氣、設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)維策略等影響因素綜合分析用能規(guī)律，通過系統(tǒng)診斷出此時段用能消耗情況。

節(jié)能診斷思路如下圖2所示，依托物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸，對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、處理、存儲，運(yùn)用算法智能分析廊內(nèi)能耗情況，給出能耗對比結(jié)論。節(jié)能診斷設(shè)計主要從以下3方面進(jìn)行：

通過自動化工況運(yùn)行模式產(chǎn)生的能耗與管廊用能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行智能對比，分析不同工況模式下能耗提升的原因；

通過分項(xiàng)系統(tǒng)能耗對比分析，比如照明系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等各系統(tǒng)下產(chǎn)生的能耗與管廊用能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行智能對比，定位用能提升歸屬的分項(xiàng)系統(tǒng)和區(qū)間；

通過分時段分區(qū)能耗對比分析，比如按天、按月總能耗與管廊用能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行智能對比趨勢分析，

并結(jié)合巡檢、維修、維護(hù)策略和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，定位用能提升是否存在異常。針對以上不同維度下用能消耗情況診斷，定位超出用能標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的影響因素，輸出診斷結(jié)果，并給出運(yùn)維節(jié)能指導(dǎo)策略。

4系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

精細(xì)化節(jié)能診斷系統(tǒng)設(shè)計的總體目標(biāo)是：為更好的解決項(xiàng)目級運(yùn)維人員對屬地管廊用能的把控以及公司級管理人員對所有管廊項(xiàng)目的用能整體監(jiān)管。通過以上系統(tǒng)功能邏輯分析，本系統(tǒng)設(shè)計包含能源看板、節(jié)能診斷、用能監(jiān)測、用能報表、工況模式、配置管理6個模塊。系統(tǒng)功能架構(gòu)如下圖3所示。

（1）公司級功能設(shè)計

公司級管理通過能耗看板模塊監(jiān)測所有管轄范圍內(nèi)管廊的用能消耗情況，通過多維度視角監(jiān)測各管廊項(xiàng)目用能消耗趨勢，包含各管廊項(xiàng)目能耗總覽、每月用能趨勢分析、各分項(xiàng)系統(tǒng)用能分析、單艙公里能耗分析、能耗指標(biāo)評價分析，通過多維度多視角可視化所有管廊項(xiàng)目用能情況。

（2）項(xiàng)目級功能設(shè)計

項(xiàng)目級管理通過節(jié)能診斷、用能監(jiān)測、用能報表、工況模式、配置管理模塊精細(xì)化管控管廊用能消耗情況。首先，在構(gòu)建系統(tǒng)之前，需通過無間斷的實(shí)時采集電力儀表能耗數(shù)據(jù)，并對能耗數(shù)據(jù)行加工處理，構(gòu)建能耗的大數(shù)據(jù)；其次，根據(jù)每個管廊建設(shè)特點(diǎn)研究各管廊用能標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建每個管廊每月用能的約束值和引導(dǎo)值，約束值意為約束管廊每月的用能值，引導(dǎo)值意為引導(dǎo)管廊每月節(jié)約用能達(dá)到的值；在能耗大數(shù)據(jù)以及用能標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，構(gòu)建節(jié)能診斷模塊，通過多維度視角診斷當(dāng)前用能情況。節(jié)能診斷作為本系統(tǒng)的核心模塊，主要分為工況模式節(jié)能診斷、總能耗節(jié)能診斷、分項(xiàng)系統(tǒng)節(jié)能診斷。工況模式節(jié)能診斷從按天、按月兩個維度分析管廊自動化執(zhí)行的工況模式所消耗的用能情況；分項(xiàng)系統(tǒng)節(jié)能診斷，從專項(xiàng)系統(tǒng)角度按天、按月診斷用能情況；總能耗節(jié)能診斷，從每天總能耗角度按天、按月診斷用能情況。

5AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺

（1）平臺概述

AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測于一體，為建立可靠、安全、高效的綜合管廊管理體系提供數(shù)據(jù)支持，從數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)架構(gòu)、聯(lián)動控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計，解決了綜合管廊在管理過程中存在內(nèi)部干擾性強(qiáng)、使用單位多及協(xié)調(diào)復(fù)雜的根本問題，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和可管理性，提升了管廊基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和設(shè)備的使用和恢復(fù)效率。

（2）平臺組成

安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了10KV/O.4KV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、智能馬達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、防火門監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機(jī)APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對管廊用電和用電安全進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。

（3）平臺拓?fù)鋱D

、

（4）平臺子系統(tǒng)

電力監(jiān)控

電力監(jiān)控主要針對10/0.4kV地面或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用于測控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調(diào)、事故報警及記錄等。

環(huán)境監(jiān)測

環(huán)境監(jiān)測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃?xì)怏w濃度、門禁、視頻、空調(diào)、消防數(shù)據(jù)的采集、展示和預(yù)警，同時也可接入管廊艙室內(nèi)的水泵和通風(fēng)排煙風(fēng)機(jī)等設(shè)備集成的三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。

馬達(dá)監(jiān)控

馬達(dá)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對管廊電機(jī)的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)過載、短路、缺相、漏電等異常情況的保護(hù)、監(jiān)測和報警。在需要的情況下可以設(shè)置聯(lián)動控制。

電氣安全

AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對配電系統(tǒng)的電氣安全隱患配置相應(yīng)的電氣火災(zāi)傳感器、溫度傳感器，消防設(shè)備電源傳感器、防火門狀態(tài)傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態(tài)實(shí)時顯示，并且對UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時監(jiān)視，發(fā)生異常時通過聲光、短信、APP及時預(yù)警。

智能照明控制

防火分區(qū)單獨(dú)控制，分區(qū)內(nèi)設(shè)置智能控制面板就地驅(qū)動器；開關(guān)驅(qū)動器連接消防報警系統(tǒng)，接收消防報警信息，強(qiáng)制打開驅(qū)動器回路。

廊內(nèi)上方安裝智能照明傳感器，使人員進(jìn)入管廊內(nèi)自動開啟燈具，在管廊內(nèi)停留燈具保持常亮，離開后燈具關(guān)閉。

除了現(xiàn)場的控制方式外，還可用電腦端實(shí)現(xiàn)集中控制，實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)控當(dāng)前區(qū)域的照明情況，必要時可遠(yuǎn)程控制該區(qū)域的照明。

考慮現(xiàn)場模塊分布較廣，距離過長，除了現(xiàn)場的控制方式外，還可用電腦端實(shí)現(xiàn)集中控制，實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)控當(dāng)前區(qū)域的照明情況，必要時可遠(yuǎn)程控制該區(qū)域的照明。系統(tǒng)支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，支持延時控制，避免同時亮燈負(fù)荷對配電系統(tǒng)造成沖擊。模塊不依賴系統(tǒng)，可獨(dú)立工作，每個模塊均自帶時間模塊，可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實(shí)現(xiàn)自動控制功能。

6相關(guān)平臺部署硬件選型清單

（1）電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

（2）智能照明系統(tǒng)

（3）電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

（4）消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

（5）防火門監(jiān)控系統(tǒng)

（6）消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)

7結(jié)語

本文從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計等方面詳細(xì)介紹了綜合管廊精細(xì)化能耗管理的關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用中精細(xì)化節(jié)能診斷系統(tǒng)。該精細(xì)化節(jié)能診斷系統(tǒng)基于現(xiàn)有的管廊智慧運(yùn)維平臺開發(fā)基礎(chǔ)，采集大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用建立的能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫、管廊能耗評價指標(biāo)體系，研發(fā)一套管廊精細(xì)化節(jié)能診斷系統(tǒng)，節(jié)約綜合管廊運(yùn)維過程中的能耗，為運(yùn)維管理人員提供決策支持、節(jié)能診斷和運(yùn)行策略指導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)對綜合管廊運(yùn)行狀況的統(tǒng)一監(jiān)測、精細(xì)化管理，使業(yè)務(wù)處理更加方便高效，使綜合管廊的管理更加智能化。

參考文獻(xiàn)

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