公路隧道智能監(jiān)控管理信息化設(shè)計

武瑞兵

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

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，公路及公路隧道的建設(shè)與日俱增，我國高速公路隧道建設(shè)取得了巨大成就，大量特長隧道和隧道群不斷涌現(xiàn)。隧道在改善線性、縮短行車距離、避免地質(zhì)災(zāi)害、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面具有顯著的優(yōu)點，已成為高速公路的重要組成部分，但特長隧道和隧道群特殊的交通環(huán)境產(chǎn)生的交通安全問題，引起了人們的廣泛關(guān)注。

截止目前，山西省在役高速公路單洞隧道共有736座，單洞累計長1 008 km左右，隧道智能化管理、安全一體化運營已經(jīng)日益成為運營單位最為關(guān)心的事情。針對隧道集群地形復(fù)雜、長隧道多、彎道多、部分路段事故發(fā)生率較高，隧道機電系統(tǒng)繁雜，人工檢測工作量巨大，亟需采用通用性強、能適用于隧道的安全運營一體化管理系統(tǒng)，對隧道機電設(shè)備自動控制、事故報警、防災(zāi)救災(zāi)工作進(jìn)行預(yù)案處理，提高隧道管理的工作效率。

本文以“公路隧道提質(zhì)升級行動”為背景，以山西省平陽高速公路大南山雙向特長隧道為典型實施對象，對其智能監(jiān)控管理信息化進(jìn)行了提升改造設(shè)計。

1 設(shè)計原則

a）公路隧道提質(zhì)升級按照重點突出、因隧制宜、功能適用、分類施策的原則，結(jié)合隧道運行實際情況并根據(jù)排查項目清單對各類設(shè)施進(jìn)行排查評估后，采取針對性的工程技術(shù)措施。例如在原有隧道綜合控制系統(tǒng)運營中，應(yīng)在盡量不增加設(shè)備和少增加設(shè)備的基礎(chǔ)上，提供設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，保障隧道安全運行，達(dá)到技術(shù)經(jīng)濟最佳、性價比最優(yōu)。

b）對于其他交通工程與附屬設(shè)施，應(yīng)檢查既有設(shè)施是否滿足《公路隧道提質(zhì)升級行動技術(shù)指南》檢查項目清單的技術(shù)要求（功能有效性）[1]。

2 設(shè)計內(nèi)容

2.1 隧道現(xiàn)狀

大南山隧道為三車道山嶺隧道，右洞長5 520 m，左洞長5 535 m，隧道內(nèi)設(shè)置了供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)。隧道設(shè)有一處隧道管理站。供配電系統(tǒng)是以布置在隧道兩端或洞內(nèi)的配電房為主體，設(shè)有高壓室、變壓室、低壓室、UPS（EPS）應(yīng)急供電室、通訊管理機室。照明系統(tǒng)主要由2 023盞高壓鈉燈、1 969盞LED隧道燈和309套隧道專用熒光燈組成。監(jiān)控系統(tǒng)由攝像機監(jiān)控系統(tǒng)（101臺）、信息發(fā)布系統(tǒng)（2個門架型可變信息標(biāo)志，3個懸掛式可變信息標(biāo)志）、車輛檢測（4個）、環(huán)境檢測（光強4臺、CO/VI 12臺、風(fēng)速風(fēng)向15臺）、疏散系統(tǒng)、緊急電話（56部）和有線廣播系統(tǒng)（223部）、閉路電視系統(tǒng)、PLC環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)組成。通風(fēng)系統(tǒng)由96臺射流風(fēng)機和6臺軸流風(fēng)機組成，主要用來改善隧道行車環(huán)境及發(fā)生火災(zāi)時煙霧的迅速排放。消防系統(tǒng)由消防管網(wǎng)、水成泡沫滅火裝置、高低位水池、滅火器和消火栓組成，防火卷簾門14套，消火栓箱和火災(zāi)報警探測點224套。

2.2 隧道運營中存在的問題

2.2.1 定期檢查費用高

平陽高速2012年通車運營以來，隧道設(shè)備進(jìn)入了維保、更換期，而不同設(shè)備的維保期實際是不同步的，即使同一種設(shè)備由于中間更換和老設(shè)備服役期限也不一致，造成了隧道管理方對機電設(shè)備運行狀態(tài)管理的困難。

2.2.2 設(shè)備巡檢方式繁瑣

目前隧道主要以人工目測為主，效率低下，人力成本較高。

2.2.3 隧道運行監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)滯后

a）設(shè)備信息狀態(tài)更新不及時。隧道系統(tǒng)不能實時反饋設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，不能直觀了解隧道內(nèi)外所有機電設(shè)備的運行情況。

b）重點設(shè)備檢測不周全（通信、供配電、監(jiān)控）。隧道系統(tǒng)不能夠做到對重點設(shè)備24 h不間斷監(jiān)測，包括通信環(huán)網(wǎng)、供配電、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。

c）現(xiàn)有軟件穩(wěn)定性差，開關(guān)狀態(tài)及效用不明顯。隧道軟件作為隧道機電設(shè)備的控制中心，必須穩(wěn)定可靠。

d）無各種設(shè)備聯(lián)動。設(shè)備聯(lián)動是隧道運維中非常重要和必要的功能，極大地減輕人工操作的復(fù)雜性。設(shè)備聯(lián)動能減少事故的損失和傷亡，避免二次事故和傷害。設(shè)備巡檢是隧道管理單位日常營運的主要工作，通過周期性的巡檢發(fā)現(xiàn)問題，解決問題[2]。

2.3 應(yīng)對措施

針對隧道運營安全方面存在的各種問題，采用隧道集群安全運營一體化系統(tǒng)的設(shè)計理念。通過一體化設(shè)計，隧道的空間特征信息在屏幕上直觀清晰地展示。一旦隧道發(fā)生突發(fā)事件，能夠?qū)⒕仍A(yù)案一一展示，管理人員能夠迅速、直觀地根據(jù)預(yù)案進(jìn)行指揮救援[3]。

2.3.1 增設(shè)人工、定時、聯(lián)動功能

實現(xiàn)隧道機電設(shè)備手動控制、自動控制、設(shè)備聯(lián)動。

2.3.2 及時提示設(shè)備狀態(tài)信息，并進(jìn)行故障級別分析

系統(tǒng)實時顯示隧道機電設(shè)備狀態(tài)信息，并對故障做分級處理。如嚴(yán)重故障、較大故障、一般故障三級響應(yīng)，對不同故障采取不同的故障事件響應(yīng)，如嚴(yán)重故障會以聲光電的形式，反饋到監(jiān)控室，配合隧道事件處置流程，即時解決故障事件。

2.3.3 臺賬、檔案、日常記錄數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)電子化

例如對所有機電設(shè)備均設(shè)置設(shè)備臺賬，包括設(shè)備采購、入庫、領(lǐng)用、安裝時間、保修時間、維修時間、報廢時間等設(shè)備全壽命周期，讓隧道管理單位實時了解設(shè)備完整的信息。

2.3.4 實現(xiàn)電子化工作檔案

例如設(shè)置用戶操作記錄、日常工作記錄、巡檢記錄等，實現(xiàn)用戶操作事件可追溯。上下班打卡考勤系統(tǒng)和設(shè)備操縱記錄，以設(shè)備巡檢單的方式定義日、周、月、季度、年設(shè)備巡檢匯總報表，實現(xiàn)智能化運維管理，以保障隧道安全運營。

2.4 實施方案

2.4.1 實現(xiàn)對所有設(shè)備在線監(jiān)測

系統(tǒng)通過設(shè)備信息采集系統(tǒng)，自動對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在線狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，包括高清數(shù)字?jǐn)z像機、PLC、消防報警主機、事件檢測主機等系統(tǒng)核心設(shè)備。

2.4.2 自動巡檢設(shè)備

隧道智能巡檢具備自動巡檢、突發(fā)事件處理和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。搭載多種傳感設(shè)備，通過對隧道內(nèi)車輛通行情況、環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，對隧道內(nèi)設(shè)備運行情況進(jìn)行巡視檢查，并與隧道監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)，生成檢測分析報告。可代替人工完成隧道常規(guī)巡檢任務(wù)，降低運維人員作業(yè)風(fēng)險和勞動強度，提高隧道運營維護(hù)的自動化程度和智能化水平，節(jié)約隧道運營管理費用。

2.4.3 檔案電子化

系統(tǒng)對各種檔案進(jìn)行電子化管理，避免人工記錄數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，不容易保存、統(tǒng)計等缺點。

2.4.4 數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計

系統(tǒng)可以通過對各項數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，評價設(shè)備的健康狀況、人員的績效情況、隧道車輛通行情況等。

2.5 隧道集群安全運營一體化管理系統(tǒng)設(shè)計

隧道智能監(jiān)控管理運營一體化可以延伸至對整個隧道集群進(jìn)行集中管理，從隧道管理者或運營公司的角度對整個路段的隧道集合進(jìn)行監(jiān)控管理。

2.5.1 隧道設(shè)備運行安全實時監(jiān)測

對隧道內(nèi)風(fēng)機、照明、消防設(shè)備、攝像機等設(shè)備、機房UPS、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實時監(jiān)測。對故障設(shè)備按照嚴(yán)重故障、一般故障，實時通知到隧道管理人員，通過隧道運行安全監(jiān)測系統(tǒng)，可以直達(dá)故障設(shè)備位置，為設(shè)備維修定位提供依據(jù)。

2.5.2 隧道通信網(wǎng)絡(luò)實時狀態(tài)監(jiān)測

對隧道運行系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測，對離線設(shè)備進(jìn)行報警和提示，保障系統(tǒng)安全運行。

2.5.3 隧道通風(fēng)、照明、交通控制安全監(jiān)測子系統(tǒng)

通過圖形界面可以看到所有隧道風(fēng)機的安全運行狀態(tài)（正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)/停止/故障）、隧道照明回路、隧道內(nèi)外車道指示器、情報板、交通燈、攝像機的實時狀態(tài)，對故障設(shè)備實時報警。便于設(shè)備后期的維護(hù)，對設(shè)備統(tǒng)計表進(jìn)行導(dǎo)出和打印操作。

2.5.4 隧道消防安全監(jiān)測子系統(tǒng)

通過圖形界面可以看到所有隧道內(nèi)外消防設(shè)備包括消防水泵、高低位水池、緊急電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、手報按鈕實時狀態(tài)，對故障設(shè)備報警。消防監(jiān)測主要包括消防設(shè)備表、漏水監(jiān)測信息表、報警電話和擴音器信息表等。

2.5.5 隧道安全預(yù)案子系統(tǒng)

隧道安全應(yīng)該以預(yù)防為主，應(yīng)急方案為輔，常抓不懈。對火災(zāi)、車輛事故應(yīng)以預(yù)防為主、防消結(jié)合，發(fā)生后能有預(yù)案，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失，針對火災(zāi)或者事故的發(fā)生位置，進(jìn)行預(yù)案定制，對交通控制、通風(fēng)照明控制、消防控制等，采取多系統(tǒng)聯(lián)動，減少事故的危害和損失。

3 結(jié)語

本文以山西省平陽高速公路大南山隧道為例，深刻剖析了特長隧道機電設(shè)施在實際運營維護(hù)中存在的問題，提出了隧道智能監(jiān)控管理運營一體化設(shè)計新思路，實現(xiàn)機電系統(tǒng)、交通狀況的實時監(jiān)測。在此基礎(chǔ)上，將單個隧道機電設(shè)施運營維護(hù)管理拓展至隧道群或路段，從運營單位角度進(jìn)行集中管理，實現(xiàn)隧道集群的運營監(jiān)控管理一體化。隧道管養(yǎng)平臺信息化設(shè)計充分融合了云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)，把原有設(shè)施和新增系統(tǒng)融入到一個集成管理平臺，解決了原來各子系統(tǒng)運行單一、操作分散、統(tǒng)計繁瑣的問題，實現(xiàn)了隧道設(shè)備控制、設(shè)備智慧維護(hù)、交通監(jiān)控和應(yīng)急處置一體化運行。發(fā)生突發(fā)事件，可實現(xiàn)隧道可變情報板、車道指示燈、照明、通風(fēng)、消防、洞口阻攔系統(tǒng)等不同工況下的分類組合預(yù)案聯(lián)動，是高速公路隧道智能運營不可或缺的重要組成部分。