摘要：根據新店外環路綜合管廊項目電氣設計的經驗，結合相關設計規範，將綜合管廊電氣部分按功能分為電力電纜，供電係統，照明係統，監控與報警係統以及防雷接地係統，以實際工程項目為例，對各係統的設計理念，設計要求以及·設計實例進行闡述，並針對在設計過程中遇到的實際情況進行分析。最後，結合設計體會，立足於綜合管廊今後發展的需求，展望今後綜合管廊的設計理念。
關鍵詞:綜合管廊；電氣；防火分隔；照明；監控
0引言
綜合管廊,起源於法國巴黎,別稱共同溝,共同管道,是容納兩種及以上工程管線的重要基礎設施在國外,英國、德國、日本、俄羅斯、西班牙等國家都在開展綜合管廊的建設。在我國,1958年的北京天安門就已經建設有1000多米的綜合管廊。目前,我國現有的地下管線係統大多形成於20世紀初期,隨著城市的發展、居民生活水平的提高,逐漸老化的管線已經無法滿足需求,但滯後於道路建設的管線增擴容導致了反複開挖線路、管線事故頻發等現象,傳統的單一管線建設已經無法適應社會的發展。為解決管線建設的用地、施工問題以及“拉鏈路"、城市內澇等社會問題,我國正大力推進綜合管廊建設.綜合管廊包含熱力,天然氣以及電力等管道,在實際運行中,確保各管道的安全運行是工程的重中之重,其中電氣設計包含了電力電纜、供電係統、照明係統、監控與報警係統與防雷接地係統，直接關係著綜合管廊的日常運維
筆者根據自身在福州市新店外環路道路綜合管廊電氣設計的經驗.結合行業標準與工程實例，簡述現今綜合管廊電氣設計的技術要求,為相似工程設計人員提供參考。
1電力電纜
在綜合管廊的設計過程中,電力電纜設計依據除了電壓等級、絕緣性能、電力容量等一般電力設計要求外,還需考慮到電力電纜對其他管線的影響。根據統計顯示,綜合管廊的電力電纜是火災的大隱患。根據電壓等級將電力電纜分為不大於1000V的低壓電纜.35kV及以下的中壓電纜和大於35kV的高壓電纜。以現有工程實例及國家標準來看,在中低壓電纜的設計過程中，隻要采用支架形式、選擇符合標準的阻燃或不燃電纜,並設有電氣火災監控係統及自動滅火裝置,其餘參照現行的《電力工程電纜設計規範》即可。但由於高壓電纜在運行過程中發熱從而引起的火災以及幹擾弱電信號的可能,其在設計過程中就有較多的限製,如:不能與通信電纜同艙設置。基於上述要求並根據項目實際需要,在新店外環路項目中,電力電纜的設置如圖1所示。
在設計過程中,高壓電纜布置在單獨的艙中,電壓電纜設有阻燃線槽。為保證隨著經濟發展帶來的電力需求變大,在綜合艙與高壓艙中都設有電力電纜備用支架,避免後續電力擴容帶來的綜合管廊擴建問題,違背綜合管廊設計初衷。
此外.雖然根據目前國內外綜合管廊的實際工程設計來看,電力電纜與熱力電纜存在同艙敷設的現象[8],但新修訂的GB50838-2015《城市綜合管廊工程技術規範》中,為確保綜合管廊內各工程管線的安全運行,都明確規定熱力管道不能與電力電纜同艙敷設[9]因此,在新項目的設計過程中,應以規範為依據。
2供電係統
正常穩定的電力供應,是確保綜合管廊內各附屬配套設備安全可靠運行的重要前提。根據負荷對綜合管廊安全運行的重要性,將綜合管廊中的用電負荷分為二級負荷和三級負荷。其中,二級負荷主要包括消防設備、監控報警設備、應急照明設備、天然氣管道艙的管道緊急切斷閥、事故風機,其餘用電負荷為三級負荷。根據二級負荷的供電要求,應采用雙回路供電。當雙回路無法實現時,應設置備用電源。新店外環路項目中供電係統設計如圖2所示。
該項目采用公用電網提供的兩路10kV電源供電，兩路電源接自不同變電站或同一變電站的不同母線。供電方式采用單母線不分段的方式,各供電線路的備用回路引自另一母線。采用不間斷電源(Unin-terruptiblePowerSystem,UPS)作為備用電源。
為保證運維中的用電需求，根據GB508382015,應設置間隔不大於60m且安裝位置不低於0.5m的交流220V/380V分區檢修插座箱,在該項目中,管廊內每間隔50m進行敷設。為保證供電質量項目設計中還設有無功補償裝置,確保高壓側功率因素大於0.9。
3照明係統
綜合管廊是位於地下的城市管道,缺少自然光源,照明係統依靠人工敷設。綜合管廊的照明係統總的可為一般照明與應急照明兩部分.根據用途與場合可再細分為綜合管廊一般照明、綜合管廊應急照明、綜合管廊疏散照明、設備房一般照明與設備房應急照明等5類。為兼顧能源的節約與運維人員在日常檢修中的安全和工作,需要以及應對緊急突發情況時的疏散需求,新店外環路綜合管廊項目照明係統的照度設計略高於GB50838-2015中要求的低值，其主要照明係統設置如表1所示
在設計中,針對出人口、設備操作處以及控製室等關鍵位置進行照度的增強。表1中高壓配電室設計值略低於標準值,是由於根據功率密度的要求，應低於7W/m,當高壓配電室照度選取185lx時,其功率密度為6.8W/m’。因此,不宜選取更高的照度,否則功率密度會超出標準值。
由於綜合管廊處於地底,工況相對複雜,特別是對防水、防塵的要求較高,因此照明係統所用燈具采用防護等級大於等於IP54的熒光燈,且在防觸電、防外力衝撞上都應設置相應的保護措施，如將能觸及的導電部分與固定線路的PE線相連接,設置燈具外殼接地專用線等,而用於應急照明的熒光燈還需帶有。供電時間為90min的蓄電池。此外,在重要出人口,綜合管廊內還設有疏散指示燈、安全出口燈。
4監控與報警係統
監控與報警係統是對綜合管廊在運行過程中的管理與保護,在發現故障隱患、限製故障範圍、保護工作人員與設備的安全等方麵發揮著重要作用,通常包括環境與設備監控係統、安全防範係統、通信係統、預警與報警係統、地理信息係統與統一管理信息平台等。在新店外環路綜合管廊的項目中,根據綜合管廊內實際情況與實際工程需求,將於火災防護部分獨立出來進行加強設計。在設計中主要將監控與報警係統分為火災自動報警及聯動控製係統與監控係統兩大部分。
4.1火災自動報警及聯動係統
由於綜合管廊內工程管線種類多,工況複雜,在各管道的工作過程中存在漏氣、漏電的可能性,各附屬設備在運行過程中存在著局部放電、短路電弧等產生明火的可能,這些都是誘發火災的潛在因素。為保障綜合管廊內工作人員的安全與各工程管線的正常運行,除在管廊建設過程中設置的防火區以及設備材料選型中選用阻燃、不燃的材質外.還需針對火災可能發生的關鍵位置安裝火災監控裝置,以及設計假設火災發生後的快速滅火方案。從火災發生前、發生時、發生後采取的針對措施。
根據新店外環路綜合管廊項目的實際需要，項目中火災自動報警及聯動係統由一台放置於弱電控製室的火災報警聯動主機和各防火分區內的區域火災報警控製器與氣體滅火控製器組成。主機與控製器通過1000Mbps快速以太環網相連接。在弱電控製室即可監測所有火災報警信號和聯動控製信號，並控製重要消防設備。係統具體的設備包括:火災探測器、手動報警按鈕、火災聲光報警器、消防專用電話、火災報警控製器、感溫探測主機、感溫光纖、消防聯動控製器、應急照明控製器、氣體滅火控製器、防火門監控係統、消防電源監控係統、直流備用電源、弱電控製室圖形顯示裝置等。以火災發生到滅火為例,係統的主要工作原理如圖3所示。
當探測器或工作人員發現火災險情時,發送命令氣體滅火控製器,隨後啟動設備聯動、火警顯示、釋放門燈顯示以及火災發生區域的滅火裝置。除滅火外,當發生火災時,係統應將火災發生區域進行隔離,保護工作人員以及其他防火分區的設備並引導工作人員脫離火災區域。工程中為實現此目的專門設計了防火門,但根據近年來事故的分析報告,火災發生時,有較多的防火門出現門體損壞、關閉不嚴等隱患,沒能發揮預期的效果,導致火災造成的損失變大。基於此,需采用相應的防火門監控係統對防火門的運行狀態,保證防火門在火災中能發揮作用。
根據防火門的日常工作狀態.將防火門分為常閉型與常開型。通常情況下采用常閉型防火門,在人員出入頻繁的場合,為避免使用上的不便以及頻繁使用導致的設備損壞、關閉不嚴等問題,宜采用常開型防火門。對兩類防火門來說,都需設置相應的防火門控製器,能將防火門的故障信息、狀態信息傳送至控製主機,並實現聯動控製。根據實際場合的需要,針對常閉型防火門,由於火災發生時不需要改變運行狀態，因此在設計中保留聯動信號接口，但不接入聯動係統;而常開型防火門需接入聯動係統中,當在關閉後,工作人員可通過手動開關開啟,隨後再次關閉。火災發生時,關閉重要設備、引導疏散人員、滅火等多方麵同步進行,力爭將火災造成的損失降到較低。
4.2監控係統
根據GB50838-2015的規範要求,在綜合管廊內應對環境參數、通風設備、排水泵、電氣設備以及各類管線設置環境與設備監控係統,並監控報警統一管理平台。
與火災自動報警及聯動係統相類似,同樣在弱電控製室中設置一監控主機並通過千兆工業以太環網與各分區監控係統進行通信。各分區監控係統包括:現場檢測儀表係統、防入侵報警係統、視頻監控係統、出入口控製係統、電子巡查係統以及環境參數監測係統。主要監控風機運行工況、照明係統運行工況、排水泵運行工況、配電櫃智能網絡儀表、紅外對射裝置，H2S、CH，氣體、氧氣濃度值、溫濕度探測器以及靜壓式液位計。其中環境監測指標如表2所示。
監控係統各部分的相互通信如圖4所示。
各監控設備的敷設主要依據規範要求,敷設在諸如投料口、通風不利處、出入口、電力電纜接頭處電氣設備間、送排風口以及管道閥門處等關鍵節點。監控係統的運行控製原理為:當分區監控係統監測到溫度高於40C,濕度高於或氧氣濃度低於設定值時，控製器啟動該分區的通風機,強製換氣,保障綜合管廊內設施和工作人員的安全;當防入侵係統監測到發生入侵時,發出警報並打開相關區域的照明,將報警現場畫麵切換到的圖像顯示設備；當給水管、溫泉管出現爆管時,監控分區櫃將信號傳送至主機,遠程控製電動閥門關閉。
5防雷接地係統
雖然綜合管廊位於地下,但與地上的設備間、變電站以及輸電線路仍有連接。當雷直擊所連接的設備或雷落在輸電線路旁時,會在金屬導體或線路上產生/感應出高電壓、大電流,對地下設備產生衝擊.導致設備損壞,甚至引發火災等嚴重事故。綜合管廊作為城市生命線,關係著城市居民與企業的日常生活生產,為避免雷擊帶來的危害,結合項目實際,新店外環路綜合管廊項目,將工程電子信息係統防雷按B級設置,並對各配電箱和控製箱裝設電源浪湧防護器弱電控製室按三類防雷建築設計:接地係統采用TN-S接地係統，工作接地、防雷接地、保護接地以及弱電接地共用一接地體。
在防直接雷方麵,利用屋麵四周敷設直徑12mm的熱鍍鋅圓鋼.使屋麵形成網格不大於20mx20m或24mx16m的避雷網;將屋頂上所有凸起的物體沿其頂部四周裝設避雷帶，所有金屬構築物和金屬管道均與避雷帶焊接;利用結構柱內2根直徑大於16mm的對角主筋通長焊接作為避雷引下線，上端與避雷帶焊接、下端與地梁底2根主筋焊接。在接地體方麵.將綜合管廊結構主鋼筋及預埋鋼板可靠焊接在一起作為自然接地體,並將其與弱電室接地體和管廊接地體焊接形成接地網,在接地網中預留人工接地體點,當接地網接地電阻大於12時,加人人工接地極。在防雷電波侵入上,在進出綜合管廊的金屬管道在入戶處就近與防雷接地裝置連通。
6設計經驗交流分析
在項目設計過程中,除嚴格按照規範要求進行設計,還需綜合項目整體與實際情況進行通盤考慮.在細節的把控上實現更合理的設計。現根據筆者在設計過程中遇到的實際情況進行分析討論。
6.1通風係統設計
通風機的作用是正常情況下保持管廊內空氣的流通,事故時將管廊內由於火災而產生的煙霧排出。在GB50016-2014《建築設計防火規範》中.將防、排煙設施歸人消防設施的目錄中[川],因此在綜合管廊的早期設計中,部分設計者將通風機納入在消防類的設計中[12]。但在綜合管廊的項目中其消防理念與其餘項目不同之處在於,當采用氣體滅火時,其通風機在火災發生時應處於關閉狀態,在滅火後才開啟,將煙氣排出。若將通風機納入消防類設計,依據供電係統與火災自動報警及聯動係統的設計,在火災發生時.切斷非消防類電源,仍保留消防類電源。如此一來,便與通風機的工作要求相衝突。
為規範通風機的設計,在新舊兩版《綜合管廊工程技術規範》中都在通風係統的設計要求中明確指出:火災發生時,發生火災的防火分區及其相鄰分區的通風設備應自動關閉,滅火後,應啟動通風機將煙霧排出管廊。
6.2火災探測器設計
對於火災的發現越早,便能將其造成的損失降至越低。選擇合適的火災探測器正是實現這一目標大前提。
根據綜合管廊內火災發生的情況,其主要的火災隱患來自電纜和熱力管線的保護層,在火災剛發生時,往往會產生濃密的煙氣,因此在艙室等管廊的節點位置,應采用感煙火災探測器;此外,對於綜合管廊這樣一個位於地下且空間受限的狹長通道內,除煙氣外另一重要火災預警信號是溫度。結合設計規範中對監控與報警設備防護等級不宜低於IP65的要求由於感煙探測器在防護等級上達到要求的技術難度大,且近年來感溫光纖的技術不斷發展完善,在管廊的走廊通道內,宜采用感溫光纖火災探測器。
7 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平台
7.1平台概述
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7.3平台拓撲
7.4平台子係統
7.4.118luck新客户端
18luck新客户端主要針對10/0.4kV地麵或地下變電所，對變電所高壓回路配置微機保護裝置及多功能儀表進行保護和監控，對0.4kV出線配置多功能計量儀表，用於測控出線回路電氣參數和用能情況，可實時監控高低壓供配電係統開關櫃、變壓器微機保護測控裝置、發電機控製櫃、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測、遙調、事故報警及記錄等。
7.4.2環境監測
環境監測包括溫濕度、煙感溫感、積水浸水、可燃氣體濃度、門禁、視頻、空調、消防數據的采集、展示和預警，同時也可接入管廊艙室內的水泵和通風排煙風機等設備集成的第三方係統完成管廊環境綜合監控。
7.4.3電氣安全
AcrelEMS-UT能效管理係統針對配電係統的電氣安全隱患配置相應的電氣火災傳感器、溫度傳感器，消防設備電源傳感器、防火門狀態傳感器，接入消防疏散照明以及指示燈具的狀態實時顯示，並且對UPS的蓄電池溫度、內阻進行實時監視，發生異常時通過聲光、短信、APP及時預警。
7.5相關平台部署硬件選型清單
7.5.118luck新客户端及配電室環境監控係統
8結論
結合綜合管廊的設計規範、工程應用實例以及在新店外環路綜合管廊項目電氣設計中的經驗，主要有如下的結論:
(1)綜合管廊工況更複雜,設計規範更嚴。綜合管廊與以往的電氣設計的主要區別在於:管廊中工程管線眾多.設計中應考慮各類管線共同運行帶來的影響,針對不良影響在設計中應加以規避;管廊位於地下,在日常運維上的工作量遠遠大於單一的管線運維.應在地下創造出保證工作人員安全的施工環境需要更高的安全防範係數,設計過程中應兼顧工作人員的工作體驗、工作安全;此外,在遠程控製管理上也需要更嚴謹的監控係統,將監管觸角延伸到綜合管廊各個部分。
(2)綜合管廊意義更重大,設計需求更多。綜合管廊建設不僅要改善提高城市的交通環境、人居環境,且其作為城市的生命線,是社會經濟發展的重要保障。因此,在設計過程中,不僅秉持建設百年工程的基本理念,還要地考慮工程項目的安全性可擴展性,安全穩定可靠的運行是根本的要求，在確保現有城市發展需求的基礎上,應預留今後城市擴容帶來的管線擴容、智慧城市發展帶來的管理升級確保在城市發展的進程中,已有的綜合管廊不會被淘汰。
目前,我國綜合管廊的建設正在快速的推進中從設計、建設到管理等過程的經驗仍有待完善,綜合管廊設計經驗不能照搬照抄,在個別環境下的設計要求應遠遠高於國家標準。在設計過程中,應結合項目落地區域的地理環境、結合各相關規範要求、秉持可持續發展理念,製定合理、合適的設計思路。
安科瑞侯文莉
