大型越江隧道機電設備控制系統升級改造策略

邵立

（上海兆億隧橋養護管理有限公司，上海 201913）

當前，我國的工程建設規模正持續擴大，工程施工對隧道機電設備提出了較高要求，這是保障道路運行安全的關鍵所在。但受國內行業技術水平的限制，機電設備的性能受到了抑制，工程人員必須在后續發展中做好機電設計工作，從表露出的種種問題入手，做進一步優化，提升設備的自動化水平，推動我國公路事業的持續發展。

1 當前國內隧道系統中存在的相關問題

1.1 通風系統

綜合分析技術規范以及具體的項目招標文件，要做好對射流與軸流風機的控制工作，采取本地與遠程相綜合的控制方式，且后者又可細分為手動與自動兩種控制形式。工程驗收環節，實現對風機的手動現場控制難度較低，但若要達到對風機的自動控制并非易事，普遍存在配套功能不夠完善的問題，這與環境監測數據殘缺有著直接關聯，實際運行中即便超出了設定警戒值，但卻不會在第一時間做出報警行為，且程序缺乏聯動預案機制。

1.2 照明系統

以招標文件為指導，綜合參考行業技術規范，隧道照明系統的穩定運行必須建立在自動與手動兩大功能基礎上。就當前的隧道照明系統而言，會基于事先設定的方式來達到自動啟停的效果，但考慮到工程成本問題，工程人員設計過程中雖適配了隧道內外亮度檢測儀，但缺乏高精度亮度檢測程序，不利于亮度檢測儀的運行，嚴重抑制了設備性能。

1.3 火災報警系統

為保障隧道的安全運行，必須適配火災報警系統，參考行業規范得知，并未對火災點火試驗做出明確要求，當出現報警行為后，文件中也沒有提及必須增加設備聯動預案的相關規定，所以在部分隧道工程中雖然適配了火災報警設備，但并未展開模擬火災試驗，而是經由驗收工作后直接呈交給運營單位，給后續運行帶來一定程度的安全隱患。在工程驗收過程中，部分工程人員對火災報警軟件的認知不足，雖然展開了點火試驗，但火災自動報警的響應時間已經遠大于60s，且存在報警位置與實際情況不一致的情況，不具備自行切換報警圖像的能力。不僅于此，隧道綜合監控軟件中還缺乏詳細具體的應急聯動預案。

1.4 事件檢測系統

依據招標文件相關要求，對視頻檢測系統提出了特定要求，必須涉及3種報警功能：異常事件報警（主要涉及以交通事故為代表的8類狀況）、設備故障報警（常見有網絡通訊故障等）、交通參數大于閾值報警（常見有車速過快等）。

經項目交（竣）工測試得知，承包人給出的視頻監測系統普遍表現出誤報率高的問題，例如，將車輛誤判為行人等都較為常見，同時并未涉及人工確認環節，無法實現自動保存處理界面的功能，即便是尤為重要的事件錄像，也無法自動備份；承包人使用的軟件并未增設閾值限定功能，雖然可以檢測車速但無法達到精度要求；面對豐富的交通事件時難以實現統計與分析。

1.5 緊急電話及廣播系統

以技術規范為指導，監控中心接到緊急電話后，要隨即發出報警信號，基于自動化的方式呈現報警位置以及具體的通話內容等相關信息，同時能達到自動錄音的效果；若存在特殊要求還可利用現場廣播系統將具體情況傳達給車輛調度人員；擴寬隧道監控關鍵的功能，要實現對地點、事故類型等多項因素的分析。交(竣)工驗收測試中，警報功能運行狀態良好，實際運行結果表明該功能均可實現，但多數緊急電話報警軟件中并未增設人機操作界面，意味著事故類型、嚴重程度等信息無法準確呈現出來；有時還出現缺乏統計查詢功能的現象，無法準確獲取報警記錄；最為突出的便是不具備報警視頻的自動切換功能，在此影響下制約了值班人員的日常操作，無法實時分析報警視頻圖像。

2 大型越江隧道機電控制系統技術分析——以上海城市運營集團管養的上海長江隧橋為例

2.1 上海長江隧橋機電控制系統介紹

上海長江隧橋工程采用“南隧北橋”方案，南起浦東五號溝，以隧道形式穿越長江口南港水域到達長興島后，以橋梁形式跨越長江口北港水域北止于崇明縣的陳家鎮，全長25.50km。其中隧道全長8.95km，大橋全長16.55km。該工程機電設備量龐大，包括供電系統、照明系統、給排水系統、消防系統、監控系統及收費系統等，其中監控系統又分可為中央計算機管理系統、閉路電視系統、視頻檢測系統、環形線圈車輛檢測系統、交通信息誘導系統、氣象監測系統、廣播系統、設備監控系統、火災自動報警系統等。依托于各類控制功能，相互輔助下達到了自動化控制的效果，全面保障了隧橋的安全性。

隨著運行年限的增加，機電設備的使用已經從設備磨合期、設備穩定期進入設備故障多發期，因此，上海長江隧道機電設備高頻率維修保養將更加常態化。如何提高隧道機電設備的完好率和工作效能，并使機電設備長期處于良好的運行狀態和技術狀態，是機電設備后續養護運行工作的重點，這需要采取合理的診斷措施查找機電設備的故障，并借助于先進的維修管理模式，選擇合理的維修手段及時維修，從而為長江隧橋安全、有序、正常運行提供有力的保障和堅實的后盾。基于此，下面以上海長江隧道LED照明系統的運維檢修為切入點，總結運維的難點和問題，并給出可行的升級改造策略。

2.2 上海長江隧道照明系統運維中存在的困難

上海長江隧道照明系統采用LED照明燈具，其中隧道三號車道上下行共有近3000套LED照明燈具，由于電源接線盒狹小，更換燈具時必須斷電作業才能確保作業人員維修時安全，然而，LED燈的電源控制開關裝在1號車道的基本照明電源箱中。維修時作業車輛必須在隧道內循環繞圈進行檢修，相當費時費力，維修成本高。隨著時間的推移，隧道內需要維修的燈具越來越多。因平時機電人員對隧道三號車道LED照明燈進行維修時必須穿越車道至一號車道關閉電源方可作業，在這個過程中存在極大安全隱患，因此機電維修班對隧道三號車道LED燈的維修進入了停滯階段。

2.3 上海長江隧道照明控制系統升級改造策略

在經過了可操作性、可安裝性、改造難易程度和性價比等方面比較后，上海長江隧道運維人員決定采用在LED基本照明箱內加裝智能遙控開關的方式來實現對車道照明電源的開啟和關閉操作。通過改造燈具電源的控制方式，也能有效避免維修作業人員橫穿馬路進行人工開關電源時產生危險。上海長江隧道三號車道3000套LED燈具通過90個16A的三相4P空氣開關控制電源，平均每個空氣開關負載33個左右燈具，每套燈具的額定功率為80W，經計算，單相額定電流約為4～5A。由于現場使用的保險絲和空氣開關都是16A的，所以改造所使用接觸器的額定電流也相應提高，避免燈具在發生短路等故障時對接觸器的損壞，25A額定電流的接觸器比較合適。

通過在LED基本照明分路開關下串接一個交流接觸器，以無線遙控開關對接觸器進行控制，遙控開關實際有效控制距離為100米。達到對照明電源開關的控制（具體接線如圖1所示）。

圖1 接線圖

3 結語

綜上所述，在大型隧道橋梁公路工程的施工及后續運維中，基于對機電設備的升級與改造，有助于提升遠程監控的自動化水平，以達到智能化管理的效果，在第一時間呈現出隧道內車輛與環境狀況，提升了隧道施工的安全性。在圍繞機電設計展開改進工作時，要合理利用可編程控制器系統，展開全面檢查，分析實際問題提出改進策略，以達到降低成本，豐富控制系統功能的效果，為隧道的穩定運行創設更多保障。