復雜地下道路智慧化提升體系與應用設計研究——以廣州南沙橫瀝島尖為例

文｜廣州市南沙新區明珠灣開發建設管理局 梁睿中；上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司 游克思 羅建暉

1.引言

城市地下道路[1]建設越來越多、類型越來越豐富。部分城市核心區域開發逐步加強，為緩解區域地面交通設施不足，設置了城市地下車庫聯絡道等地下道路形式[2]，可以有效改善城市區域交通環境[3]，但對地下道路的服務效率、運營安全要求等也進一步提升。

近年來，國內外已有不少智慧地下道路實際研究和應用探索。在國外，悉尼海底隧道在隧道出入口設計了虛擬屏系統，使司機顯著注意到“停止”標志[6]。瑞典公路管理局[8]擬利用C-ITS 技術提高斯德哥爾摩Bypass 隧道運營水平，應用包括緊急狀況管理、停滯車輛處理、危險品車輛處理。在國內，上海隧道試點軌道智能巡檢機器人[9]，能夠實現全天候24 小時巡檢。港珠澳大橋采用基于BIM 的三維監控系統進行隧道設備監視及控制等[10]。

總體上，國內外針對智慧地下道路化尚處于前期試點階段，智慧化建設場景的系統性研究相對較少。本文以廣州南沙橫瀝島尖地下環路為例，系統研究了智慧化應用場景，并針對智慧交通管控場景開展設計。

2.復雜地下道路特征與智慧化提升需求

2.1 特征分析

橫瀝島尖地下環路單向三車道，設計速度20 km/h，全長約2.66km。設置“四進四出”四對接地匝道；預留三對匝道銜接明珠灣區跨江隧道和安益路隧道；設置40余處內部出入口銜接沿線地下車庫。區域地下道路規模大，涉及多條地下道路；類型多，涉及不同功能等級的地下道路，互聯互通；系統協同聯動需求多。

2.2 智慧化提升需求

（1）面臨的新問題與挑戰

圖1 橫瀝島尖地下道路

圖2 新問題與挑戰

地下道路規模化、網絡化特點，對其交通和運營安全帶來新的問題。以安全防災為例，由于環路復雜的布局和火災事故的隨機性，同時涉及到環路、地塊等多設施的聯動，預設的防災預案難以涵蓋所有情況[12]。在發生火災時，地下環路復雜環境下的煙霧擴散、發展態勢等難以預判，以為有效排煙控煙和正確的疏散救援決策提供依據。

（2）不同應用主體的需求

地下道路應用主體包括道路使用者、運營管理部門、政府管理部門以及地塊物業等：①地下道路使用者需求包括綜合信息服務、安全與舒適的行車環境等。②道路運營管理部門需求包括設施設備等綜合監控、基礎設施維護、緊急事件管理等。③政府管理部門需求包括交通違法執法、交通擁堵和事故管理、交通信息采集與發布、火災緊急救援等。④地塊物業需求包括環路內部、匝道、地塊接口運行情況，交通、火災事件信息等。

3.智慧化提升體系研究

3.1 技術思路

在梳理復雜地下道路現階段存在問題的基礎上，從對象維度、應用維度和分級維度等三個維度構建智慧應用場景體系。對象維度主要是針對使用者、管理者和政府監管的需求展開；應用維度主要結合地下道路運營管理業務展開；分級維度則是根據智慧化場景模塊所能實現的功能等級進行場景體系的構建，各等級功能描述見表1所示。

表1 分級維度下各功能等級描述

3.2 智慧化提升應用場景體系研究

根據上述建設思路、目標和原則，結合橫瀝島尖地下環路實際需求，考慮了近遠期實施。遠期實施重點做好空間和管線配套的預留，共形成“5 大功能模塊+24 個建設場景”。

表2 智慧化場景體系規劃

圖3 智慧交通管控模塊部署

4.設計與應用案例

本文重點以智慧交通管控應用模塊為例展開介紹。通過智慧交通管控，實現全線交通流信息感知，增強交通事件、交通流態勢研判能力支撐輔助決策，主要建設內容如表3所示。

表3 近期智慧交通模塊主要建設內容

4.1 地上地下一體化交通引導系統設計

區域一體化交通引導與控制系統，通過實時采集隧道內外交通流各項指標，將預警、引導信息和控制指令自動發布于周邊路網、隧道入口、內部地塊開口的可變信息標志。用以預防和緩解交通擁堵、路網交通流均衡分配。

4.2 地面-地下環路-地塊出入口一體化聯動控制設計

（1）地塊出口控制設計

圖4 多級交通引導標志系統

圖5 地下道路地塊出口控制設置

通過聯動控制地塊出口閘機及信號燈，實現火災、管養等情況下，臨時管制進入環路交通流，合理調節地塊進入環路交通量。

（2）地下環路洞口控制設計

洞口控制設置通過增設洞口閘機及其他聲光警示設備等，實現火災、管養等情況下，通過洞口閘機臨時管制進入環路交通流，防止火災、水淹、交通嚴重擁堵情況下，造成人員傷亡、擁堵加劇等。

4.3 重點路段監管設計

（1）彎道交通風險預警設計

彎道交通風險預警通過毫米波雷達檢測小半徑轉彎區域交通事件、擁堵情況，并通過路側設置的可變情報板對即將進入該區域車輛進行風險警示。

（2）不同凈高銜接段的交通管控設計

不同凈高銜接段的交通管控，可以檢測明珠灣越江隧道中、擬進入地下環路的車輛高度，警示超高車輛禁止進入銜接的地下環路系統。

5.結論

本文以廣州南沙橫瀝島尖地下道路為例，分析了復雜城市地下道路的系統特征、存在的問題以及智慧化提升需求，從不同使用主體需求出發，結合智慧化相關技術，探究了復雜地下道路的智慧化提升體系，最終將其應用到實際建設中。針對地下道路系統的復雜性，結合智慧化技術進行提升設計，可以有效形成感知更全面、管控更高效和決策更智能的地下道路系統。智慧化技術在城市地下道路領域應用不斷深入，在區域一體化交通引導與控制系統、地面-地下環路-地塊出入口一體化聯動控制、重點路段監管等方面可以廣泛應用。本文旨在為我國城市地下道路智慧化提升提供思路，為今后建設地下道路智慧系統建設提供參考。

圖6 地下道路洞口控制設置

圖7 彎道風險預警

圖8 不同凈高銜接段交通管控