武瑞兵

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

2019年初，交通運(yùn)輸部印發(fā)了《促進(jìn)公路隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)方案》《公路隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)技術(shù)指南》[1]，在全國(guó)實(shí)施促進(jìn)公路隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)，推進(jìn)在役公路隧道提質(zhì)升級(jí)，更好地為公眾提供安全便捷的出行服務(wù)。為落實(shí)提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)要求，山西省交通運(yùn)輸廳印發(fā)了《促進(jìn)公路隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)方案》，堅(jiān)決落實(shí)交通運(yùn)輸部“2020年底基本完成山西省公路隧道提質(zhì)升級(jí)工作”的時(shí)間要求。本文以公路隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)為背景，以山西省平陽(yáng)高速大南山雙向特長(zhǎng)隧道為典型實(shí)施對(duì)象，對(duì)隧道機(jī)電設(shè)施提質(zhì)升級(jí)進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)原則

按照重點(diǎn)突出、因隧制宜、功能適用、分類施策的原則，鼓勵(lì)采用經(jīng)過(guò)充分論證的新技術(shù)、新材料、新工藝、新產(chǎn)品的要求[2]，在滿足安全和使用功能的條件下，改建工程采用“四新”技術(shù)，隧道運(yùn)營(yíng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的提升，且符合設(shè)計(jì)規(guī)范基本要求，能起到公路隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)的典型示范效應(yīng)，具有一定的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 隧道內(nèi)交通工程設(shè)施現(xiàn)狀

大南山隧道為三車道雙洞隧道，左洞5 535 m，右洞5 520 m，隧道內(nèi)設(shè)置較為完善的交通安全設(shè)施、供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)[2]。通車8年以來(lái)，大南山隧道存在機(jī)電設(shè)施不同程度的老化、部分設(shè)施不符合現(xiàn)有規(guī)范要求等問(wèn)題：

a）交通安全設(shè)施部分標(biāo)志、標(biāo)線等設(shè)置不完善；隧道未設(shè)置緊急停車帶位置提示標(biāo)志，及隧道內(nèi)電光標(biāo)志等設(shè)置不規(guī)范；洞口入口防護(hù)和過(guò)渡設(shè)施不規(guī)范。

b）按照運(yùn)營(yíng)單位提供的交通量及預(yù)測(cè)交通量對(duì)隧道各段落照明亮度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，同時(shí)根據(jù)實(shí)際檢測(cè)值進(jìn)行比對(duì)，得出隧道實(shí)際亮度已不符合《公路隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)技術(shù)指南》要求；另外，隧道照明無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

c）隧道風(fēng)機(jī)不可自動(dòng)控制；個(gè)別射流風(fēng)機(jī)軟啟動(dòng)器存在由于供電導(dǎo)致的設(shè)備故障。

d）中央控制管理系統(tǒng)設(shè)施方面，隧道綜合控制平臺(tái)存在頻繁死機(jī)導(dǎo)致火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)無(wú)法遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)、可變情報(bào)板無(wú)法控制、CO/VI與風(fēng)速風(fēng)向傳感器無(wú)法采集數(shù)據(jù)等問(wèn)題。

2.2 改造方案

a）在隧道洞頂出入口段150 m位置噴涂高分子改性納米涂料，該涂料具有高反射系數(shù)、耐水性好、自清潔等特點(diǎn)，采用LED高效節(jié)能燈與“3MA專用瓷化涂裝飾面”相組合的創(chuàng)新技術(shù)及材料，可獲得良好行車視覺(jué)效果，節(jié)省電費(fèi)成本。

（a）涂裝前狀況 隧道為東西走向，隧道出入口段的亮度無(wú)漸變，缺少有效的減光措施，洞內(nèi)墻面、 拱頂壁面反射系數(shù)較低（如圖1）。

圖1 隧道涂裝前狀況

（b）涂裝后效果 通過(guò)拱頂?shù)拇苫垦b，從亮度較高的洞口分段漸變過(guò)渡，緩和了隧道洞口內(nèi)外的亮度差異，減光效果明顯，延長(zhǎng)了駕駛員的視覺(jué)調(diào)整時(shí)間，消除了黑洞效應(yīng)（圖2），極大地改善了行車環(huán)境。

圖2 隧道涂裝后效果

b）隧道間隔400～500 m設(shè)置一處由反光環(huán)和LED燈帶組成的發(fā)光環(huán)，并在隧道出入口及隧道內(nèi)增設(shè)嵌入式突起路標(biāo)和普通型突起路標(biāo)，在隧道緊急停車帶拱頂及檢修道側(cè)壁設(shè)置鋁板+黃黑相間反光膜的立面標(biāo)記，可有效地降低事故率，美化隧道內(nèi)環(huán)境，緩解司乘人員長(zhǎng)時(shí)間隧道內(nèi)行駛的壓抑感，提高行車安全性。

圖3 交通安全設(shè)施改造后效果

c）對(duì)射流風(fēng)機(jī)及軟啟動(dòng)器進(jìn)行修復(fù)，并在射流風(fēng)機(jī)端口粘貼紅白相間的反光膜，改造后酷似“救生圈”，醒目生動(dòng)，提醒司機(jī)安全駕駛。

圖4 通風(fēng)設(shè)施改造后效果

d）采用LED無(wú)級(jí)調(diào)光控制系統(tǒng)，燈具功率進(jìn)一步降低，工作溫度更低，燈具使用壽命可達(dá)10年以上，年耗電量節(jié)約15%以上，有效降低運(yùn)營(yíng)成本，每年可降低一定的碳排放，同時(shí)減少了大量電子垃圾的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)按需照明。LED無(wú)級(jí)調(diào)光控制系統(tǒng)，可以根據(jù)公路隧道洞內(nèi)外亮度變化情況、設(shè)定的車流量、時(shí)間段、養(yǎng)護(hù)系數(shù)冗余等參量對(duì)隧道照明燈具進(jìn)行控制。

e）采用隧道智能監(jiān)管平臺(tái)技術(shù)，對(duì)養(yǎng)護(hù)、維修、巡檢任務(wù)進(jìn)行流程化管理，實(shí)現(xiàn)隧道管理無(wú)紙化辦公，降低運(yùn)維成本。

（a）隧道監(jiān)控平臺(tái)改造前 隧道機(jī)電系統(tǒng)處于各自分立狀態(tài)，無(wú)法對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知、有效分析，人工巡檢工作量大且效率低，無(wú)法第一時(shí)間獲取故障設(shè)備信息。一旦隧道內(nèi)發(fā)生交通事故或火災(zāi)等緊急情況，很難實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的應(yīng)急管理和控制，極易引發(fā)事故擴(kuò)大或增大損失。

（b）隧道監(jiān)控平臺(tái)改造后 監(jiān)管平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)感知、實(shí)時(shí)管理，對(duì)設(shè)備的全壽命周期、故障報(bào)修、自動(dòng)巡檢、人工巡檢記錄進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范化管理。通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘，形成圖形報(bào)表，直觀地把信息展現(xiàn)給管理者，制定有效的決策，提升了運(yùn)營(yíng)效率，人工巡檢工作量下降，故障發(fā)現(xiàn)處理時(shí)間縮短。系統(tǒng)病害庫(kù)智能推薦維修方式，使得故障設(shè)備維修效率提升?！皯?yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)”在智能監(jiān)管平臺(tái)中凸顯出對(duì)應(yīng)急突發(fā)事故處置的高效性，可降低損失。隧道機(jī)電設(shè)備設(shè)施改造后實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)安全一體化，并實(shí)現(xiàn)“三級(jí)聯(lián)網(wǎng)分級(jí)管理”（省中心、片區(qū)中心、站級(jí)），最終實(shí)現(xiàn)建、養(yǎng)、管一體化。

f）在山西省內(nèi)實(shí)現(xiàn)高清事件檢測(cè)與洞外阻攔系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)應(yīng)用，提升了事件檢測(cè)準(zhǔn)確率，降低了管理成本，可有效減少交通事故與經(jīng)濟(jì)損失。

基于深度學(xué)習(xí)的智能事件檢測(cè)系統(tǒng)，可以在第一時(shí)間將事件信息和應(yīng)急處置措施通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)講機(jī)推送至可變情報(bào)板、洞外阻攔系統(tǒng)等平臺(tái)，及時(shí)對(duì)司乘人員進(jìn)行警示并封閉隧道，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急聯(lián)動(dòng)及時(shí)反饋，提高了應(yīng)急保暢能力。事件檢測(cè)系統(tǒng)采用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，當(dāng)視頻中有行人、停車、逆行、擁堵、拋灑物、火災(zāi)等異常事件時(shí)，及時(shí)彈框告警、聲光告警。改造之前事件檢測(cè)系統(tǒng)準(zhǔn)確率不到50%，改造后事件檢測(cè)綜合準(zhǔn)確率提升至95%以上；改造前系統(tǒng)單臺(tái)設(shè)備只能接入8路標(biāo)清視頻，改造后系統(tǒng)單臺(tái)設(shè)備可以接入40路高清視頻。

通過(guò)提升改造，產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益：

（a）一個(gè)監(jiān)控室只需配備一名監(jiān)控人員，工作量和有效工作時(shí)長(zhǎng)大大降低，按每個(gè)監(jiān)控站配置4個(gè)工作人員計(jì)算，可降低運(yùn)營(yíng)方每年4人次的人力成本。

（b）減少人工疏漏導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失,識(shí)別效率和準(zhǔn)確度均大大超過(guò)人工能力，從而大幅降低漏報(bào)和誤報(bào)的概率。

（c）智能路況提醒減少交通事故損失，降低擁堵和二次交通事故發(fā)生的概率。

g）采用智能化消防管道防漏防凍安全監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，解決了隧道消防管道人工巡查漏點(diǎn)難、資源浪費(fèi)嚴(yán)重、安全風(fēng)險(xiǎn)大、效率低、嚴(yán)重影響隧道交通秩序的難題，降低了運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。采用智能電伴熱遠(yuǎn)程控制技術(shù)，在后臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控，動(dòng)態(tài)檢測(cè)管線溫度，實(shí)現(xiàn)溫度上下限、斷纜、過(guò)流故障及聲光報(bào)警，降低了人工巡檢成本。

隧道消防管道防漏防凍安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)由檢漏測(cè)溫傳感器、分站控制器、主站控制器和管理工作站的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成。系統(tǒng)通過(guò)檢漏測(cè)溫傳感器植入到消防管道保溫層內(nèi)的接口處、支管處、閥門處，并將每個(gè)傳感器ID與隧道樁號(hào)對(duì)應(yīng)編碼。當(dāng)檢測(cè)到滲水和溫度低于加溫預(yù)值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警位置信息，提示管理人員到預(yù)警點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)作業(yè)；當(dāng)檢測(cè)到漏水和溫度低于冰點(diǎn)值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出漏水和冰凍點(diǎn)位置信息，警示管理人員及時(shí)到達(dá)警示點(diǎn)進(jìn)行搶修。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以大南山特長(zhǎng)隧道為例，通過(guò)對(duì)隧道機(jī)電設(shè)施存在的問(wèn)題進(jìn)行了描述，首次在隧道出入口段采用高反射系數(shù)涂料工藝，獲得了良好的行車視覺(jué)效果，有效配置了資源、提高了照明反射系數(shù)；在隧道內(nèi)增設(shè)反光環(huán)和發(fā)光環(huán)，并在出入口及隧道內(nèi)增設(shè)路標(biāo)，在緊急停車帶設(shè)置立面標(biāo)記，增強(qiáng)了誘導(dǎo)性，可緩解司乘人員長(zhǎng)時(shí)間隧道內(nèi)行駛的壓抑感。另外，隧道照明采用了無(wú)級(jí)調(diào)光技術(shù)，降低了電費(fèi)運(yùn)營(yíng)成本；隧道通風(fēng)設(shè)施進(jìn)行了故障修復(fù)，隧道水消防實(shí)現(xiàn)了管道防漏防凍安全監(jiān)測(cè)預(yù)警，提高了巡檢效率和質(zhì)量；隧道內(nèi)增設(shè)高清事件智能檢測(cè)與阻攔系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，提升了安全監(jiān)控與應(yīng)急處治管理響應(yīng)能力；隧道監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行了整體式升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了交通狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控。大南山特長(zhǎng)隧道提質(zhì)升級(jí)工程的順利實(shí)施，為山西省隧道提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)起到了很好的示范效應(yīng)。