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淺談城市綜合管廊智慧配電運(yùn)維管理平臺(tái)體系架構(gòu)
任運(yùn)業(yè)
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：智能化是綜合管廊運(yùn)維管理的發(fā)展方向，但多地先后建設(shè)的綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)都缺乏體系架構(gòu)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。本文在分析綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)體系架構(gòu)的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了一種5層智慧運(yùn)維管理平臺(tái)體系架構(gòu)的建議標(biāo)準(zhǔn)。在物理層分析了綜合管廊的功能需求。在數(shù)據(jù)層梳理并分析了運(yùn)維數(shù)據(jù)來源的不同生命期和所處位置，提出了一種基于情景分類的高性能數(shù)據(jù)服務(wù)方法。在服務(wù)層提出了一種分段分艙的位置服務(wù)方法。對(duì)應(yīng)用層功能進(jìn)行了梳理、總結(jié)和分析，把核心運(yùn)維工作分成了運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、安全和施工四大子系統(tǒng)。*終實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于Web的綜合管廊運(yùn)維管理原型系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：綜合管廊；智慧運(yùn)維；運(yùn)維管理平臺(tái)體系架構(gòu)；管廊位置服務(wù)
0 引言
《全國(guó)城市市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)“十三五"規(guī)劃》提出，到2020年，綜合管廊建設(shè)達(dá)到8640公里，目前已建與在建達(dá)到目標(biāo)?！?020中國(guó)城市地下空間發(fā)展藍(lán)皮書》統(tǒng)計(jì)，根據(jù)全國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)劃單位公布的城市地下綜合管廊建設(shè)規(guī)劃，合計(jì)擬建設(shè)城市地下綜合管廊12000公里以上。
綜合管廊是城市的生命線，包含了支持居民生活和工業(yè)的基本公共服務(wù)，需要得到高效的維護(hù)。但隨著綜合管廊規(guī)模不斷擴(kuò)大，里程數(shù)增加，納入的管線種類越來越多，傳統(tǒng)管理模式已無法滿足綜合管廊的運(yùn)維需求，需要借助科技的力量來減輕運(yùn)維人員的工作量，智能化是綜合管廊運(yùn)維管理的重要發(fā)展方向。多地先后都結(jié)合智能化手段建設(shè)了運(yùn)維管理平臺(tái)，但采用的信息技術(shù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)分類、功能模塊劃分、體系架構(gòu)都缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。隨著綜合管廊智慧運(yùn)維的發(fā)展，亟待建立統(tǒng)一的智慧運(yùn)維體系架構(gòu)，明確各層的需求、功能、服務(wù)、接口等。
1 綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)體系架構(gòu)研究現(xiàn)狀
王婉等分析了綜合管廊智能運(yùn)維的關(guān)鍵影響敏感性因素。XianfeiYin等研究了管廊運(yùn)維數(shù)據(jù)類型，針對(duì)綜合管廊項(xiàng)目運(yùn)維特點(diǎn)，提出了基于BIM的綜合管廊運(yùn)維管理系統(tǒng)。梁忠恕［1］介紹了新加坡濱海灣綜合管廊的智慧運(yùn)維平臺(tái)和標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程。安徽阜陽(yáng)試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了感知、傳輸、數(shù)據(jù)、服務(wù)、應(yīng)用5層體系的運(yùn)維管理平臺(tái)，上海北島西路管廊項(xiàng)目采用了支撐層、感知層、數(shù)據(jù)層、中間服務(wù)層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、接入層、用戶層的7層系統(tǒng)架構(gòu)。相關(guān)文獻(xiàn)中的綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)的統(tǒng)計(jì)分析如表1所示。
表1綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)統(tǒng)計(jì)分析
應(yīng)用項(xiàng)目 | 層級(jí) | 各層詳細(xì)劃分 | ||||||
長(zhǎng)沙管廊項(xiàng)目、沈陽(yáng)南運(yùn)河 | 4 | 應(yīng)用層 | 服務(wù)層 （技術(shù)層） | 數(shù)據(jù)層 | 物理支撐層 （物理層） | |||
續(xù)表1
應(yīng)用項(xiàng)目 | 層級(jí) | 各層詳細(xì)劃分 | |||||||||||
安徽合肥 | 4 | 展現(xiàn)層 | 應(yīng)用層 | 數(shù)據(jù)層 | 技術(shù)支撐層 | ||||||||
北京世界園藝博覽會(huì)、安徽阜陽(yáng)、南京 | 5 | 應(yīng)用層 | 服務(wù)（平臺(tái)） | 數(shù)據(jù)層 | 傳輸（網(wǎng)絡(luò)） | 感知 | |||||||
杭州 | 5 | 表現(xiàn)層 | 業(yè)務(wù)層 | 持久層 | 數(shù)據(jù)層 | 感知層 | |||||||
北京城建勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院、連云港市徐圩新區(qū)示范應(yīng)用 | 6 | 展現(xiàn)層 | 應(yīng)用層 | 平臺(tái)層 | 數(shù)據(jù)層 | 傳輸層 | 感知層 | ||||||
上海北島西路 | 7 | 用戶層 | 接入層 | 業(yè)務(wù)服務(wù)層 | 中間服務(wù)層 | 數(shù)據(jù)層 | 感知層 | 支撐層 | |||||
廈門（調(diào)整了數(shù)據(jù)層位置） | 7 | SAAS | PAAS | IAAS | 數(shù)據(jù)層 | 傳輸層 | 邊緣層 | 感知層 | |||||
長(zhǎng)沙（調(diào)整了接入層位置） | 7 | 終端平臺(tái) | 展現(xiàn)層 | 應(yīng)用層 | 集成平臺(tái) | 數(shù)據(jù)層 | 接入層 | 支撐層 | |||||
江蘇北斗地下管線研究院有限公司 | 5 | 用戶層 | 應(yīng)用層 | 傳輸層 | 服務(wù)接口層 | 數(shù)據(jù)資源層 | 技術(shù)支撐層 | ||||||
西南交通大學(xué) | 3 | 應(yīng)用層 | 數(shù)據(jù)鏈接和處理層 | 數(shù)據(jù)層 | |||||||||
2 一種五層智慧運(yùn)維管理平臺(tái)體系架構(gòu)
圖1提出了一種綜合管廊智慧運(yùn)維管理平臺(tái)層體系架構(gòu)，從下向上依次是物理層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層。平臺(tái)可以應(yīng)用于PC機(jī)的Web系統(tǒng)、工業(yè)大屏、移動(dòng)App、巡檢機(jī)器人等。
圖1本文提出的綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)5層體系架構(gòu)
圖1本文提出的綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)5層體系架構(gòu)（續(xù)）
3 管廊運(yùn)維管理平臺(tái)物理層
綜合管廊中已大量應(yīng)用傳感器、RFID、物聯(lián)網(wǎng)、無線定位、紅外線熱成像、攝像頭等技術(shù)和設(shè)備，形成了豐富的綜合管廊信息系統(tǒng)，例如，管廊結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、入侵監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、監(jiān)控通風(fēng)設(shè)備、排水系統(tǒng)設(shè)備、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、電子巡查管理系統(tǒng)、機(jī)器人巡檢等系統(tǒng)。但這些系統(tǒng)大多還是局部性的粗糙應(yīng)用，并沒有精細(xì)化的明確綜合管廊的運(yùn)維需求。表2從全局的角度，結(jié)合綜合管廊運(yùn)維特點(diǎn)，將物理層的感知智能分為綜合管廊環(huán)境、本體結(jié)構(gòu)、入廊管線、附屬系統(tǒng)設(shè)備及運(yùn)維系統(tǒng)五種類型，明確了綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)中物理層的精細(xì)需求，如監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、方法、工具、內(nèi)容、測(cè)點(diǎn)布置和處置裝置等。
表2綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)物理層感知智能的功能需求
系統(tǒng) | 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 | 方法及工具 | 監(jiān)測(cè)內(nèi)容、測(cè)點(diǎn)布置、處置裝置 |
有毒氣體 | 甲烷傳感器等 | CO、H2S（≤10mg/m3）、CH（4一級(jí)報(bào)警≤1%，二級(jí)報(bào)警≤2%）等 | |
環(huán)境 | 溫度 | 溫度傳感器 | -5℃～40℃ |
監(jiān)測(cè) | 濕度 | 濕度傳感器 | 滿足設(shè)計(jì)要求，如設(shè)備、材料防潮保護(hù)要求 |
氧氣濃度 | 氧氣傳感器 | 18%～22% | |
集水坑水位 | 超聲波物位/液位計(jì)、投入式液位計(jì)/水位計(jì) | 低液位、高液位、超高報(bào)警液位 | |
管廊 | 裂縫觀測(cè) | 裂縫計(jì) | 根據(jù)普查情況，選取現(xiàn)有結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行觀測(cè) |
本體 | 應(yīng)力監(jiān)測(cè) | 應(yīng)力計(jì) | 受力關(guān)鍵部位 |
結(jié)構(gòu) | 水平位移 | 激光位移計(jì) | 結(jié)構(gòu)三維位移監(jiān)測(cè)、差異沉降監(jiān)測(cè) 每10m設(shè)置1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)斷面3～5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn) |
監(jiān)測(cè) | 相對(duì)收斂 | ||
豎向位移 | 靜力水準(zhǔn)儀 | ||
入廊 | 天然氣管道 | 聲波傳感器、壓力傳感器、流量傳感器 | 聲波（泄漏位置檢測(cè)）、壓力、流量數(shù)據(jù) |
管線 | 電力管道 | 電流傳感器、電壓傳感器 | 電流、電壓數(shù)據(jù)，功率因數(shù)、電源進(jìn)線信號(hào) |
監(jiān)測(cè) | 熱力管道 | 紅外熱成像 | 保溫層破損、浸水、泄漏位置，管道內(nèi)部腐蝕、結(jié)垢 |
續(xù)表2 | |||
系統(tǒng) | 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 | 方法及工具 | 監(jiān)測(cè)內(nèi)容、測(cè)點(diǎn)布置、處置裝置 |
消防系統(tǒng)設(shè)備 | 煙感傳感器、溫感傳感器 | 手提式滅火器、水噴霧系統(tǒng)、脈沖干粉自動(dòng)滅火裝置 | |
通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備 | — | 通風(fēng)機(jī)電源狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、故障信號(hào) | |
附屬 | 給排水系統(tǒng)設(shè)備 | — | 水泵電源狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、故障信號(hào)；水管壓力 |
設(shè)施 | 照明系統(tǒng)設(shè) | 照明智能控制系統(tǒng) | 開關(guān)、故障、亮度 |
監(jiān)測(cè) | 視頻系統(tǒng) | 攝像頭 | 入侵、火災(zāi) |
入侵監(jiān)測(cè)系統(tǒng) | 紅外傳感器、電子圍欄、微波雷達(dá)、人臉識(shí)別 | 入侵 | |
人員定位系統(tǒng) | 高精度無線定位、RFID | 人員實(shí)時(shí)位置，監(jiān)測(cè)區(qū)域人員數(shù)量、人員名單、出入時(shí)間，禁qu違規(guī) | |
電子巡更系統(tǒng) | RFID | — | |
機(jī)器人巡檢系統(tǒng) | 攝像頭、紅外成像儀 | 智能巡檢，滲漏水等管廊病災(zāi)，入廊管線狀態(tài)，應(yīng)急馳援和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控 | |
4 管廊運(yùn)維管理平臺(tái)傳輸層
廊內(nèi)各類通信技術(shù)的使用是管廊安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提之一，很大程度上決定了管廊運(yùn)維過程中的實(shí)用性及有效性。運(yùn)維管理平臺(tái)的傳輸層包含管廊內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到分控中心，分控中心到總控中心，以及控制中心與控制設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。管廊內(nèi)可以通過分布式光纖、5G無線傳感網(wǎng)絡(luò)、WIFI等技術(shù)搭建。此外，由于存在遠(yuǎn)程IO，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，拓?fù)鋸?fù)雜，故對(duì)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性有很高的要求，可以采用新一代基于工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)PROFINET。
5 管廊運(yùn)維管理平臺(tái)數(shù)據(jù)層
5.1運(yùn)維數(shù)據(jù)來源
圖2從綜合管廊的各個(gè)生命期階段及不同結(jié)構(gòu)部分，分析了綜合管廊運(yùn)維數(shù)據(jù)的主要來源。
圖2綜合管廊運(yùn)維數(shù)據(jù)來源分析
其中，管廊BIM建筑模型，主要包含規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的幾何信息，如模型的空間位置關(guān)系和構(gòu)件尺寸等。管廊BIM結(jié)構(gòu)模型，主要包含建造施工階段的非幾何信息，如結(jié)構(gòu)材質(zhì)、設(shè)備型號(hào)等。入廊管線BIM模型，包含鋪設(shè)路徑、管線用途、性質(zhì)、使用單位等。內(nèi)部設(shè)備設(shè)施BIM模型，包含附屬設(shè)施幾何尺寸、材質(zhì)、構(gòu)造、名稱、型號(hào)等。完成施工建造后，應(yīng)依據(jù)實(shí)際建造情況對(duì)設(shè)計(jì)階段的BIM模型進(jìn)行校驗(yàn)，以提交虛實(shí)一致、準(zhǔn)確的BIM竣工模型。
3DGIS模型包含管線的起始點(diǎn)、監(jiān)測(cè)設(shè)備、安全進(jìn)出口等的位置。入廊管線BIM模型、內(nèi)部設(shè)備設(shè)施BIM模型、和3DGIS模型，通常在建造施工階段獲取，也可以在之后的運(yùn)維階段新增。
管廊內(nèi)基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)信息主要包含環(huán)境類參數(shù)，如溫濕度、氧含量、有毒氣體、可燃?xì)怏w濃度等，和介質(zhì)類參數(shù)，如水流量、用氣量、用電量、水壓、氣壓、電纜接頭溫度、積水坑液位等。
運(yùn)維數(shù)據(jù)主要包含運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、安全、施工四大部分，如設(shè)備和傳感器列表、員工信息、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、供應(yīng)商信息、設(shè)備維護(hù)計(jì)劃和其他傳統(tǒng)維護(hù)管理數(shù)據(jù)等。
數(shù)據(jù)層主要包含BIM模型數(shù)據(jù)庫(kù)、GIS數(shù)據(jù)庫(kù)、周邊環(huán)境數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)等。
5.2基于場(chǎng)景的高性能數(shù)據(jù)服務(wù)
綜合管廊運(yùn)維會(huì)產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)類型豐富，需要高性能的數(shù)據(jù)服務(wù)。GrossmannM等從數(shù)據(jù)項(xiàng)的更新頻率及查詢使用兩個(gè)角度，對(duì)數(shù)據(jù)及其應(yīng)用情景進(jìn)行了研究。結(jié)合綜合管廊的特征和GrossmannM的數(shù)據(jù)分類方法，可以對(duì)綜合管廊運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行如圖3所示的分類，根據(jù)其對(duì)存儲(chǔ)、讀寫、查詢等的不同需求，從而相應(yīng)的設(shè)置特定的數(shù)據(jù)服務(wù)器提供不同情景的高性能數(shù)據(jù)服務(wù)。
圖3 基于更新頻率和查詢使用的情景分類高性能數(shù)據(jù)服務(wù)
（1）靜態(tài)BIM數(shù)據(jù)。主要包括從前期設(shè)計(jì)和施工BIM竣工模型繼承的綜合管廊準(zhǔn)確的建筑模型和結(jié)構(gòu)模型、入廊管線模型、廊內(nèi)的內(nèi)部設(shè)備模型。
（2）靜態(tài)位置數(shù)據(jù)。管廊本體結(jié)構(gòu)、入廊管線、附屬設(shè)施的位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)。例如，內(nèi)部管線的起點(diǎn)、接口、終點(diǎn)、所屬單位及周圍環(huán)境、路徑縮略圖等。
（3）靜態(tài)運(yùn)維數(shù)據(jù)。即運(yùn)維基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，例如，傳感器和設(shè)備列表，入廊管線的鋪設(shè)路徑、管線用途、性質(zhì)、管理單位等。
（4）動(dòng)態(tài)位置數(shù)據(jù)。移動(dòng)對(duì)象，如巡檢人員、機(jī)器人等的動(dòng)態(tài)位置數(shù)據(jù)。
（5）動(dòng)態(tài)運(yùn)維數(shù)據(jù)。例如，值班、巡檢、作業(yè)、檢修、維護(hù)、應(yīng)急響應(yīng)等數(shù)據(jù)。
（6）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（歷史和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)、時(shí)序數(shù)據(jù)）。具有靜態(tài)位置的傳感器實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集的管廊內(nèi)的環(huán)境、設(shè)備、管線等狀態(tài)數(shù)據(jù)都帶有時(shí)間標(biāo)記，對(duì)象ID與時(shí)間標(biāo)記共同唯yi標(biāo)識(shí)一筆歷史數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)一旦創(chuàng)建就不能修改。對(duì)于歷史和預(yù)測(cè)，可以通過使用壓縮算法或完quan放棄某些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)歷史來減少數(shù)據(jù)量。
6 管廊運(yùn)維管理平臺(tái)服務(wù)層
綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)的服務(wù)層主要包含第三方的服務(wù)，如位置服務(wù)、BIM引擎、3DGIS引擎、工作流引擎等。
位置服務(wù)是綜合管廊運(yùn)維中常用的基礎(chǔ)服務(wù)，可采取分段分艙的方式提供，包含ID查詢、范圍查詢、*近鄰居查詢等功能，其層級(jí)規(guī)模具有高可伸縮性。綜合管廊分段分艙示意圖如圖4所示。
圖4綜合管廊分段分艙示意
圖5綜合管廊分段分艙位置服務(wù)
圖4對(duì)應(yīng)的位置服務(wù)如圖5所示，位置服務(wù)由一組層級(jí)結(jié)構(gòu)的位置服務(wù)器協(xié)作提供，每個(gè)位置服務(wù)器負(fù)責(zé)一片地理區(qū)域。僅葉子服務(wù)器才負(fù)責(zé)存儲(chǔ)在其負(fù)責(zé)區(qū)域中的對(duì)象的位置坐標(biāo)。高層服務(wù)器服務(wù)區(qū)域由其下全部葉子服務(wù)器負(fù)責(zé)區(qū)域組成，且僅存儲(chǔ)前向指針而不存儲(chǔ)對(duì)象坐標(biāo)。沿著前向指針可以逐級(jí)索引到葉子服務(wù)器，從而找到對(duì)象的實(shí)際位置坐標(biāo)。葉子服務(wù)器1負(fù)責(zé)中間分段管廊的中間艙室，葉子服務(wù)器2負(fù)責(zé)中間分段管廊的右側(cè)艙室。位置服務(wù)器1負(fù)責(zé)中間分段管廊所有艙室。葉子服務(wù)器3負(fù)責(zé)右側(cè)分段管廊的中間艙室，位置服務(wù)器2負(fù)責(zé)右側(cè)分段管廊所有艙室。根服務(wù)器負(fù)責(zé)全部管廊區(qū)域。
7 管廊運(yùn)維管理平臺(tái)應(yīng)用層
應(yīng)用層的核心功能主要?jiǎng)澐譃檫\(yùn)營(yíng)管理（Operations）、維護(hù)管理（Maintenance）、安全管理（Security）和施工管理（Engineering）四大子系統(tǒng)。
運(yùn)營(yíng)管理子系統(tǒng)主要包含供應(yīng)商管理、安裝公司管理、系統(tǒng)管理、組織機(jī)構(gòu)管理、人員管理、資料管理、設(shè)備管線管理、合同管理、成本管理、設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)管理、空間管理、日常巡視檢查、進(jìn)出管廊監(jiān)管理、值班（日常值守）管理系統(tǒng)、指揮調(diào)度系統(tǒng)、績(jī)效考核管理系統(tǒng)、設(shè)施損壞賠償?shù)取?/p>
維護(hù)管理子系統(tǒng)主要包含設(shè)施設(shè)備保潔、養(yǎng)護(hù)管理、維修管理、檢測(cè)管理、大中修管理、更新改造、安全保護(hù)、設(shè)備資產(chǎn)管理、備品備件管理、技術(shù)檔案管理、隱患管理、故障管理等。
安全管理子系統(tǒng)主要包含火災(zāi)和水淹應(yīng)急預(yù)案、停電應(yīng)急預(yù)案、暴力事件應(yīng)急預(yù)案、傳染病應(yīng)變計(jì)劃、煙霾（嚴(yán)重空氣污染）應(yīng)急計(jì)劃、事故報(bào)告模式等。
工程管理子系統(tǒng)主要包含保護(hù)區(qū)控制區(qū)管理、施工監(jiān)管、管線入廊管理、新管廊接管管理等。
8 原型系統(tǒng)
本文基于BIM+3DGIS技術(shù)，采用AutodeskRevit設(shè)計(jì)了綜合管廊BIM模型，并導(dǎo)出為UDBX數(shù)據(jù)源格式，通過SupermapiDesktop軟件生成工作空間與三維場(chǎng)景。將管廊模型、第三方公開的地理地圖信息、該地理位置的數(shù)字高程地形地勢(shì)信息、其他輔助構(gòu)件等數(shù)據(jù)有機(jī)融合，形成一體化的三維場(chǎng)景，方便了用戶對(duì)使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有直觀、便捷、高效的理解。原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了BIM可視化漫游、環(huán)境監(jiān)測(cè)、入廊管線監(jiān)測(cè)、附屬設(shè)施監(jiān)測(cè)、運(yùn)維管理等功能（圖6）。
圖6基于BIM和3DGIS的綜合管廊智慧運(yùn)維管理平臺(tái)原型系統(tǒng)
9 AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)
9.1平臺(tái)概述
AcrelEMS-UT綜合管廊能效管理平臺(tái)集電力監(jiān)控、能源管理、電氣安全、照明控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)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(dòng)控制和綜合數(shù)據(jù)服務(wù)等方面的設(shè)計(jì)，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。
9.2平臺(tái)組成
安科瑞城市地下綜合管廊能效管理系統(tǒng)是一個(gè)深度集成的自動(dòng)化平臺(tái)，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(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)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(shí)滿足管廊用電可靠、安全、穩(wěn)定、高效、有序的要求。
9.3平臺(tái)拓?fù)?/p>
9.4平臺(tái)子系統(tǒng)
9.4.1電力監(jiān)控
電力監(jiān)控主要針對(duì)10/0.4kV地面或地下變電所，對(duì)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(duì)0.4kV出線配置多功能計(jì)量?jī)x表，用于測(cè)控出線回路電氣參數(shù)和用能情況，可實(shí)時(shí)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(cè)控裝置、發(fā)電機(jī)控制柜、ATS/STS、UPS，包括遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)、事故報(bào)警及記錄等。
9.4.2環(huán)境監(jiān)測(cè)
環(huán)境監(jiān)測(cè)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(shí)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)備集成的第三方系統(tǒng)完成管廊環(huán)境綜合監(jiān)控。
9.4.3電氣安全
AcrelEMS-UT能效管理系統(tǒng)針對(duì)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(shí)顯示，并且對(duì)UPS的蓄電池溫度、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，發(fā)生異常時(shí)通過聲光、短信、APP及時(shí)預(yù)警。
9.5相關(guān)平臺(tái)部署硬件選型清單
9.5.1電力監(jiān)控及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
應(yīng)用場(chǎng)合（10KV） | 產(chǎn)品 | 型號(hào) | 功能 | |
| 10KV進(jìn)/饋線 |
| AM6-L | 相間電流速斷保護(hù)，相間限shi電流速斷保護(hù)（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護(hù)（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護(hù)，反時(shí)限相間過流保護(hù)（可帶低壓閉鎖），零序反時(shí)限過流保護(hù)，過負(fù)荷保護(hù)，控制回路異常告警。 |
10/0.4KV變壓器 | AML-S | 分合閘位置、手車工作/試驗(yàn)位置、接地刀閘位置、硬接點(diǎn)信號(hào)(保護(hù)跳閘、裝置告警、控制回路斷線、裝置異常、未儲(chǔ)能、事故總等)、報(bào)文(過流、過負(fù)荷、超溫報(bào)警、過溫報(bào)警、裝置告警、PT斷線、CT斷線、對(duì)時(shí)異常等)、遙控開關(guān)、故障波形分析(故障錄波、故障波形、故障記錄、跳閘、故障電流電壓)等。 | ||
智能操控裝置 |
| ASD500 | 一次回路動(dòng)態(tài)模擬圖、彈簧儲(chǔ)能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗(yàn)電、核相、自動(dòng)溫濕度控制及顯示（標(biāo)配一路強(qiáng)制加熱）、遠(yuǎn)方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲(chǔ)能旋鈕、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、RS485接口、高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測(cè)溫。 | |
10KV計(jì)量 |
| PZ72L- E4/UT | 該儀表采用交流采樣技術(shù)，能分別測(cè)量電網(wǎng)中的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和電能等參數(shù)，可通過面板薄膜開關(guān)設(shè)置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協(xié)議;也可將電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流模擬信號(hào)輸出;或帶開關(guān)量輸入/輸出，繼電器報(bào)警輸出等功能。具有許昌開普研究院有限公司、國(guó)家繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)合格的型式檢驗(yàn)報(bào)告證書和電磁兼容檢驗(yàn)證書，產(chǎn)品防護(hù)等級(jí)均達(dá)到IP65，符合管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)相關(guān)產(chǎn)品功能、防護(hù)等級(jí)及電磁兼容的要求。 | |
應(yīng)用場(chǎng)合（0.4KV） | 產(chǎn)品 | 型號(hào) | 功能 | |
| 0.4KV進(jìn)/出線 |
| PZ72L- E4/UT | 該儀表采用交流采樣技術(shù)，能分別測(cè)量電網(wǎng)中的電流、電壓、功率、功率因數(shù)和電能等參數(shù)，可通過面板薄膜開關(guān)設(shè)置倍率。帶RS-485通訊接口，采用Modbus協(xié)議;也可將電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流模擬信號(hào)輸出;或帶開關(guān)量輸入/輸出，繼電器報(bào)警輸出等功能。具有許昌開普研究院有限公司、國(guó)家繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)合格的型式檢驗(yàn)報(bào)告證書和電磁兼容檢驗(yàn)證書，產(chǎn)品防護(hù)等級(jí)均達(dá)到IP65，符合管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)相關(guān)產(chǎn)品功能、防護(hù)等級(jí)及電磁兼容的要求。 |
無功補(bǔ)償 |
| ARC | 測(cè)量I、U、Hz、cosΦ，具備過電壓保護(hù)、欠流鎖定、電網(wǎng)諧波過大保護(hù)功能,可控制電容器的投切，RS485/Modbus協(xié)議 | |
| ANSVC | ANSVC低壓無功功率補(bǔ)償裝置并聯(lián)在整個(gè)供電系統(tǒng)中，能根據(jù)電網(wǎng)中負(fù)載功率因數(shù)的變化通過控制器控制電力電容器投切進(jìn)行補(bǔ)償,無功功率補(bǔ)償裝置采用散件組成方案，主要以電容電抗、投切開關(guān)、控制器等組成。 | ||
| ANSVG | 補(bǔ)償方式:線性補(bǔ)償，全響應(yīng)時(shí)間<5ms，瞬時(shí)響應(yīng)時(shí)間≤100us;補(bǔ)償效果:≥0.99，可補(bǔ)償容性無功和感性無功，濾除5、7、9、11、13次以內(nèi)的諧波;自身?yè)p耗:≤2%，效率:>98%;監(jiān)控以及顯示具備遠(yuǎn)程通訊接口，可以通過PC機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控;具有人性化的人機(jī)交互界面，可通過該界面看到系統(tǒng)和本體的實(shí)時(shí)電能質(zhì)量信息，操作簡(jiǎn)單，可以遠(yuǎn)控，也可以本控;標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，縮短交付周期，同時(shí)提高了使用的可靠性和可維護(hù)性。 | ||
溫濕度控制器 |
| WHD72- 11/UT | 智能型溫濕度控制器以數(shù)碼管方式顯示溫濕度值，有加熱器、傳感器故障指示、變送功能、帶有RS485通訊接口可供遠(yuǎn)程監(jiān)控，用戶可通過按鍵編程自行設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)。該儀表集測(cè)量、顯示、控制及通訊于一體，精度高、測(cè)量范圍寬，是一種適合于各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的溫濕度測(cè)量控制儀表。具有許昌開普研究院有限公司、國(guó)家繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)合格的型式檢驗(yàn)報(bào)告證書和電磁兼容檢驗(yàn)證書，產(chǎn)品防護(hù)等級(jí)均達(dá)到IP65，符合管廊綜合監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)相關(guān)產(chǎn)品功能、防護(hù)等級(jí)及電磁兼容的要求。 | |
智能網(wǎng)關(guān) |
| Anet系列 | 8個(gè)RS485串口2kV隔離，2個(gè)以太網(wǎng)接口，支持ModbusRTU、IEC-60870-5-101/103/104、CJ/T188、DL/T645等通訊協(xié)議設(shè)備的接入，支持ModbusRTU、ModbusTCP、IEC-60870-5-104等上傳協(xié)議、支持多中心不同數(shù)據(jù)服務(wù)要求，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，裝置電源:220VAC/DC。 | |
應(yīng)用場(chǎng)合（配電室） | 產(chǎn)品 | 型號(hào) | 功能 | |
環(huán)境監(jiān)測(cè) | 溫濕度 |
| / | 用于配電房溫度和濕度。工作電源：AC/DC85～265V工作溫度：-40.0℃～99.9℃工作濕度：0%RH～99%RH |
煙霧 |
| / | 光電式煙霧傳感;電源正極（DC12V）：+12V，繼電器輸出：常開觸點(diǎn) | |
水侵 |
| / | 接觸式水浸傳感器，監(jiān)測(cè)變電所、電纜溝、控制室等場(chǎng)所積水情況，工作電源：DC10-30V工作溫度：-20℃~+60℃工作濕度：0%RH~80%RH響應(yīng)時(shí)間：1s繼電器輸出：常開觸點(diǎn) | |
局方檢測(cè) |
| / | 監(jiān)測(cè)變壓器、開關(guān)、開關(guān)柜的局部放電 | |
門禁 |
| / | 常開型；感應(yīng)距離：30-50mm材質(zhì)：鋅合金，銀灰色電度干接點(diǎn)輸出 | |
攝像機(jī) |
| / | 視頻監(jiān)控 | |
開關(guān)量模塊 |
| ARTU-KJ8 | 8路開關(guān)量輸入,8路繼電器輸出 | |
智能網(wǎng)關(guān) |
| ANet-2E4SM | 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴(kuò)展模塊，485擴(kuò)展模塊,可擴(kuò)展16路。 | |
9.5.2電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
應(yīng)用場(chǎng)合 | 產(chǎn)品 | 型號(hào) | 功能 | |
各變電所 | 0.4KV出線 |
| ARCM200 系列 | 用于檢測(cè)TN-C-S、TN-S及局部TT系統(tǒng)中的剩余電流、溫度等電氣參數(shù)，從而預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。 |
各艙室 | 末端配電箱 |
| ARCM300 系列 | 用于檢測(cè)TN-C-S、TN-S及局部TT系統(tǒng)中的剩余電流、溫度等電氣參數(shù)，從而預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。 |
區(qū)域 變電所 | 區(qū)域分機(jī) |
| Acrel-6000/B3 | 接收電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被保護(hù)電氣線路的報(bào)警、監(jiān)視、控制與管理，采用485通訊 |
主變點(diǎn)所 監(jiān)控中心 | 控制主機(jī) |
| Acrel-6000/B | 接收電氣火災(zāi)監(jiān)控探測(cè)器信號(hào)和各區(qū)域分機(jī)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被保護(hù)電氣線路的報(bào)警、監(jiān)視、控制與管理，可采用485通訊。 |
配套附件 | ||||
0.4kV電流 互感器 |
| AKH-0.66 | 測(cè)量型互感器，采集交流電流信號(hào)。 | |
9.5.3消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)
應(yīng)用場(chǎng)合 | 產(chǎn)品 | 型號(hào) | 功能 | |
消防設(shè)備電源電壓監(jiān)控 |
| AFPM3-2AVM | 監(jiān)測(cè)兩路三相交流電壓，二總線通訊。 | |
區(qū)域 變電所 | 區(qū)域分機(jī) |
| AFPM100/B3 | 接收消防設(shè)備電源監(jiān)控探測(cè)器信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被保護(hù)電氣線路的報(bào)警、監(jiān)視、控制與管理，可采用二總線通訊。 |
主變點(diǎn)所 監(jiān)控中心 | 控制主機(jī) |
| AFPM100/B1 | 接收消防設(shè)備電源監(jiān)控探測(cè)器信號(hào)和各區(qū)域分機(jī)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被保護(hù)電氣線路的報(bào)警、監(jiān)視、控制與管理，可采用二總線通訊。 |
應(yīng)用場(chǎng)合 | 產(chǎn)品 | 型號(hào) | 功能 | |
普通艙室 配電室 | 常開防火門 |
| AFRD-CK(YT)-65 AFRD-CK(YT)-85 AFRD-CK(YT)-120 | 監(jiān)測(cè)常開防火門的開閉狀態(tài)。 |
常閉防火門 |
| 單扇：AFRD-CB1(YT) 雙扇：AFRD-CB2(YT) | 監(jiān)測(cè)常閉防火門的開閉狀態(tài)。 | |
防爆艙室 | 常開/常閉 防火門 |
| AFRD-MC | 監(jiān)測(cè)常開、常閉防火門的開閉狀態(tài)。 |
監(jiān)測(cè)模塊 |
| AFRD-CK/CB | 接收AFRD-MC的狀態(tài)信息同步傳輸至防火門監(jiān)控主機(jī)。 | |
區(qū)域 變電所 | 區(qū)域分機(jī) |
| AFRD100/B3 | 接收防火門監(jiān)控模塊和防火門一體式探測(cè)器的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)防火門開閉狀態(tài)的報(bào)警、監(jiān)視、控制與管理，采用二總線通訊。 |
主變點(diǎn)所 監(jiān)控中心 | 控制主機(jī) |
| AFRD100/B | 接收防火門監(jiān)控模塊和防火門一體式探測(cè)器的信號(hào)以及各區(qū)域分機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)防火門開閉狀態(tài)的報(bào)警、監(jiān)視、控制與管理，采用二總線通訊。 |
9.5.5消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)
應(yīng)用場(chǎng)合 | 產(chǎn)品 | 型號(hào) | 功能 | |
各變電所和非防爆艙室 | 集中電源集中控制型消防應(yīng)急標(biāo)志燈具（高防護(hù)） |
| A-BLJC-1LROEII1W-A431H(單面安全出口) | 防護(hù)等級(jí)：IP67 設(shè)備尺寸：145*400*15 安裝方式：壁掛 |
| A-BLJC-1LROEII1W-A431H(單面疏散出口) | 防護(hù)等級(jí)：IP67 設(shè)備尺寸：145*400*15 安裝方式：壁掛 | ||
集中電源集中控制型消防應(yīng)急照明燈具（高防護(hù)） |
| A-ZFJC-E*W-A604T8單管式應(yīng)急照明燈具 | 防護(hù)等級(jí)：IP67 設(shè)備尺寸：Φ26*L400、Φ26*L600、Φ26*L1200 安裝方式：吸頂、吊掛 設(shè)備功率：3、6、9、12、15W | |
| A-ZFJC-E*W-A603HC高防護(hù)應(yīng)急照明燈具 | 防護(hù)等級(jí)：IP67 設(shè)備尺寸：Φ175*H60 安裝方式：吸頂、壁掛 設(shè)備功率：3、6、9、12、15W | ||
| A-ZFJC-E*W-A603HE高防護(hù)應(yīng)急照明燈具 | 防護(hù)等級(jí)：IP67 設(shè)備尺寸：198*98*55 安裝方式：吸頂、壁掛 設(shè)備功率：3、6、9、12、15W | ||
消防應(yīng)急燈具專用電源 |
| A-D-0.3KVA-A200L A-D-0.5KVA-A200L A-D-0.75KVA-A200L A-D-0.1KVA-A200L | 防護(hù)等級(jí)：IP65 設(shè)備尺寸：500*400*200、600*480*230 安裝方式：壁掛 設(shè)備功率：0.3、0.5、0.75、1KVA 回路數(shù)量：8路 | |
防爆艙室 | 集中電源集中控制型消防應(yīng)急防爆標(biāo)志燈具 |
| A-BLJC-1LROEI1W-A431EX（防爆單面出口) | 防護(hù)等級(jí)：IP65 防爆等級(jí)：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設(shè)備尺寸：165*375*65 安裝方式：壁掛 |
| A-BLJC-1LROEI1W-A431EX（防爆單面左向) | 防護(hù)等級(jí)：IP65 防爆等級(jí)：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設(shè)備尺寸：165*375*65 安裝方式：壁掛 | ||
集中電源集中控制型消防應(yīng)急防爆照明燈具 |
| A-ZFJC-E*W-A630EX | 防護(hù)等級(jí)：IP65 防爆等級(jí)：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設(shè)備尺寸：256*243*78 安裝方式：壁掛 設(shè)備功率：3、6、10W | |
| A-ZFJC-E*W-A632EX | 防護(hù)等級(jí)：IP65 防爆等級(jí)：ExdeIICT6Gb/ExtDA21IP66T80℃ 設(shè)備尺寸：Φ135mm*H168mm 安裝方式：吊管安裝 設(shè)備功率：3、6、9、12、15W | ||
消防應(yīng)急燈具專用電源(防爆) |
| A-D-0.3KVA-A200EX A-D-0.5KVA-A200EX A-D-1KVA-A200EX | 防護(hù)等級(jí)：IP43 設(shè)備尺寸：904*702*220、1354*702*220 安裝方式：壁掛 設(shè)備功率：0.3、0.5、1KVA 回路數(shù)量：8路 | |
區(qū)域 變電所 | 區(qū)域分機(jī) |
| A-C-A100/B3 | 區(qū)域分機(jī)通過總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)終端，在險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)，自動(dòng)將信息指令發(fā)布到每個(gè)終端，終端收到指令之后自動(dòng)開始工作，如頻閃、變向、開、滅燈等工作，實(shí)時(shí)指示安全的疏散路線。 |
中繼器 |
| CAN轉(zhuǎn)光纖中繼 | 通過CAN轉(zhuǎn)光纖中繼實(shí)現(xiàn)把CAN總線傳輸轉(zhuǎn)換至光纖傳輸延長(zhǎng)通訊距離增加方案多樣性。 | |
主變電所 監(jiān)控中心 | 監(jiān)控主機(jī) |
| A-C-A100 | 監(jiān)控主機(jī)通過總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)終端，在險(xiǎn)情發(fā)生時(shí)，自動(dòng)將信息指令發(fā)布到每個(gè)終端，終端收到指令之后自動(dòng)開始工作，如頻閃、變向、開、滅燈等工作，實(shí)時(shí)指示安全的疏散路線。 |
10 結(jié)語(yǔ)
我國(guó)綜合管廊已逐步從快速建設(shè)期進(jìn)入了正式運(yùn)維管理期，豐富的智慧運(yùn)維管理技術(shù)和手段被采納實(shí)施，但如何綜合應(yīng)用各種智慧運(yùn)維技術(shù)、盡快提出統(tǒng)一的運(yùn)維管理平臺(tái)體系架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)成為智慧運(yùn)維管理的關(guān)鍵問題之一。本文分析了綜合管廊運(yùn)維管理平臺(tái)的體系架構(gòu)的研究現(xiàn)狀，提出了一種5層體系架構(gòu)，并對(duì)每一層進(jìn)行了深入的分析和探討。在物理層分析了綜合管廊主要的監(jiān)測(cè)對(duì)象和方法。在數(shù)據(jù)層分析了運(yùn)維數(shù)據(jù)來源的不同生命期和所處位置，并提出了一種基于情景的綜合管廊運(yùn)維數(shù)據(jù)高性能服務(wù)方法。在服務(wù)層提出了一種分段分艙的位置服務(wù)方法。在應(yīng)用層把核心運(yùn)維工作分成了運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、安全和施工四大子系統(tǒng)。*后，本文實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于Web的綜合管廊運(yùn)維管理原型系統(tǒng)，對(duì)提出的5層平臺(tái)體系架構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證。
參考文獻(xiàn)：
【1】梁忠恕.全生命周期管理：地下綜合管廊的新加坡模式［J］
【2】汪小波，暴雨，李開華.一種綜合管廊智慧運(yùn)維管理平臺(tái)體系架構(gòu)的研究
【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05
作者簡(jiǎn)介：任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。
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