淺談提高城市快速路下立交防汛排水系統能力

時榮華

（上海成基市政建設發展有限公司，上海市200433）

1 城市快速路下立交及防汛特點

隨著各地經濟的飛速發展，城市建設規模不斷擴大，給市內交通帶來的壓力也越來越大，快速路作為城市道路網的主骨架，已經成為緩解城市交通壓力的有效手段。城市快速路由于其快速、便捷、封閉性較強的特性，是駕駛員出行的首要選擇，車流量十分巨大。

我國每年6月至9月為主汛期，期間強對流天氣及臺風多發，常有瓢潑大雨，容易產生積水影響道路安全通行，嚴重時可危及人員生命安全。如2008年北京的大暴雨，造成37人死亡的嚴重后果。因此，如何在巨大的車流量下，保證道路運行安全是一個重大的課題。

快速路下立交排水系統主要依靠排水泵站，泵站排水設施主要由集水池、供配電設備、排水泵、自動控制系統、排水管路（含閥件）及出口壓力井組成，道路雨水通過集水井收集后，由排水泵提升后強排至周邊市政管網。

由于下立交標高低于一般路面，外排水主要依靠排水泵提升后強排入市政管網，涉及供電系統、自動化控制系統、排水系統、監控系統等多個機電系統，多為無人值守的自動化運行泵站。且下立交通常長度較短，一旦暴雨涌入，可能在短時間內就被淹沒，如有人員受困車內，極易發生人員傷亡事故。

2 防汛排水系統隱患

以上海某環線下立交為例（下文引述均為此環線內容，不再重復表述），該環線于2006年建成通車，曾經也發生過暴雨中斷交通的情況，所幸并無人員傷亡。該環線所有下立交泵站均為無人值守泵站，現場水泵啟停由PL C自動化控制系統完成，但在實際運行中，還是發現了不少隱患。

2.1 下立交排水受制地區排水

快速路下立交暴雨重現期一般為10 a一遇，但周邊地面輔道暴雨重現期僅為1 a一遇，導致暴雨時地面輔道積水較深，嚴重時可能蔓延倒灌入下立交，造成泵站排水負荷增加。

2.2 泵站內排水能力尚有潛力

快速路下立交泵站排水泵均為多用一備的熱備用方案，變壓器容量無法負荷泵站內所有水泵同時運行，極端雨量情況下難以保證排水量。實際在2009年某次強降雨情況下，市政雨水井雨水噴涌而出，一處下立交內所有水泵已全部開足，但水位仍緩慢上升，此時若能使1臺備用水泵投入運行，在管網存在潛力的情況下（管徑、壓力等），極端情況可發揮備泵的作用。

2.3 泵站內電氣控制柜標高較低

ABCG泵站內電氣控制柜標高相對下立交最低點的相對標高均小于800mm的一般值見表1。若下立交內產生積水，很容易造成控制柜內進水，影響主要排水設備的正常運行，如水泵停轉、泵站失電等。

表1 下立交泵站電氣控制柜標高調查表

2.4 自動化控制系統存在隱患

如前文所述，所有由于下立交泵站為無人值守泵站，現場水泵啟停均由PL C自動控制系統完成，但此系統自動控制完全依賴于超聲波液位計及PL C控制器。包括監控中心的遠程控制，也完全依賴于PL C控制器實現。一旦這兩個主要部件發生故障，泵站遠控、自動功能將徹底癱瘓。

2.5 遠程監控中心報警信息提示性弱

由于下立交泵站均設計為無人值守泵站，現場PL C自動控制設備根據液位情況自動控制水泵啟停，所有運行信息均由監控中心進行遠程監控。因此，水位是現場排水設備能否正常運行的關鍵。同時，電力系統作為泵站所有動力來源也是一個重要的監視參數。

經實地測試發現，當下立交水位異常時（高水位、低水位），或供電線路失電、跳閘時，并無明顯的報警提示。僅在次級監控頁面上顯示，且并不主動彈出報警窗口提示，遠方監控人員很難第一時間發現問題進行處置。

3 提高防汛排水系統能力

針對以上防汛薄弱環節，根據多年來的運行管理經驗，我們研究了一系列的對應措施。通過充分挖掘泵站內部排水能力、提高電氣控制柜抗水高度、完善自動化控制系統、監控中心新增聲光報警箱等一系列綜合機電系統治理，提高下立交防汛排水系統能力。

3.1 充分挖掘下立交泵站內部排水潛力

如上文所述，雖然下立交泵站內排水能力足以滿足快速路封閉環境的排水要求，但目前百年一遇的強降雨天氣多發，加之實際排水能力受地區排水能力影響后會有所下降。而下立交內多用一備的水泵運行能力又有可以挖掘的排水量潛力，只不過受制于變壓器容量，無法同時運行。

以某下立交泵站為例，其電源進線為兩路10 k V高壓進線，2臺變壓器容量均為250 k V A，一用一熱備。泵房內配置有3臺潛水泵，每臺功率為90 kW，全部開啟時水泵動力負荷就達270 kW，考慮到水泵降壓軟起動瞬時電流為運行電流的3倍，單臺變壓器無法負荷3臺水泵同時開啟。若想要增加水泵運行臺數，有兩個方案，增大變壓器容量或改造水泵供電模式。

因泵站已建成投用，增大變壓器容量工程量巨大，且下立交供電需中斷施工，可行性不高。而改造水泵供電模式這一方案主要將下立交內一臺水泵負載接至備用電源線路上，并增加雙電切換裝置，依舊保持雙電切換能力，使原來一用一熱備的供電方式變為兩路常用。改造后甲乙兩路電源依然互為備用，各臺水泵仍然為雙電供電，僅將一臺水泵負載獨立接駁于備用變壓器，充分挖掘了下立交內原有設備的潛力。

3.2 提高電氣控制柜抗水高度

針對ABCG下立交電氣控制柜抗水高度低的問題，分別采取增加擋水墻、控制柜移位、增設抬高支架的方法。保證下立交內電氣控制柜抗水高度大于800mm。

改造后據實際觀察，在極端暴雨情況下，即使下立交內有少量積水，但主要排水設備依然保證正常運轉。

3.3 完善自動化控制系統

（1）下立交泵站水泵無法遠控

部分下立交泵站內由水泵運行完全依賴于自動控制，無法遠程干預水泵啟停。針對這種情況，我們通過改造本地PL C控制器，增加網絡節點，使其接入本地控制網絡，并在軟件界面增設啟停按鈕，實現遠程遙控水泵啟停的功能。

（2）自控系統完全依賴PL C及超聲波液位計

由于下立交水泵控制系統完全依賴于PL C及超聲波液位計，當這兩個主要部件出現故障時，泵站將完全癱瘓。為防止這一情況的出現，我們采取的是在各下立交泵站增加浮球液位計作為后備保險措施。

首先，在泵站集水井內增加兩處浮球液位開關，分別為高液位和低液位。高液位設置于一泵自動運行水位之上，低液位設置于自動停泵水位之下，并將其接入控制回路。當自控系統出錯時，其作為后備控制系統，可以實現自動停泵，自動啟泵的功能。浮球高低液位信號同樣接入PL C控制器內，通過自控網絡傳送至遠程監控中心，實現超限報警的功能。

3.4 監控中心新增聲光報警箱增強報警提示性

在監控中心新增遠程下立交集水池液位報警及電力異常報警聲光報警箱，實現：水位異常報警提示、電力異常報警提示。

為了實現水位高低液位異常報警及電力報警，需增加報警聯動軟件。如下立交發生水位異常或電力異常，聲光報警器會自動報警予以警示，并在監控軟件界面中自動彈出發生異常水位的下立交監控界面，讓監控人員進行查詢及操作；當出現水位過高、過低、高壓失電、低壓失電、浮球高低液位報警時，報警箱紅燈閃亮，并發出鳴叫，報警信號傳輸迅速、聲音響亮。同時監控軟件彈窗報警，具有很強的提示性。

4 新技術探索

4.1 氣象監測系統

通過在下立交敏感點布設氣象監測系統，可獲悉溫度、濕度、雨量、風力風向等實時氣象信息，數據傳輸可根據現場情況靈活采用有線或無線傳輸方式，安裝便捷，適應性強。汛期一旦出現強降雨，監控中心可根據現場氣象情況及時啟動應急預案，動態調整防汛應急力量的配備，保障各項應急搶險工作順利開展。

4.2 移動APP技術

目前移動客戶端A PP應用十分廣泛，為了更高效地防止和減輕汛期災害，可以將應急預案電子化，結合氣象監測、應急車輛G P S系統、防汛調度、防汛物資運用等多方面工作，對接各類開放平臺，如浙江省臺風路徑預系統、上海市下立交積水點測量系統、上海市氣象局氣象預測平臺等，開發防汛專用A PP客戶端。通過移動客戶端，隨時隨地便能知曉氣象預警信息、臺風路徑情況、現場實時雨量、現場視頻、地道積水深度、泵站設備信息及應急物資情況等情況，如同千里眼，順風耳，徹底改變指揮人員只有到達監控中心后，才能了解現場信息的弊端。

5 結論

通過充分挖掘自身排水潛力、提高設備抗水高度、完善自動化控制、增強報警提示性等一系列的綜合治理措施，練好內功，確保下立交防汛排水系統自身過硬。配合綜合氣象系統、移動A PP等技術，多方保障下立交防汛工作正常開展。經過多年實踐觀察，效果令人滿意，切實提高了下立交的防汛能力。在“百年一遇”惡劣天氣頻繁出現的今日，能有效保證設備運行正常、排水順暢，保障車輛正常通行，人員生命安全。