高速公路隧道機電設施檢測技術的應用分析

作者簡介：

鄧永和（1992—），助理工程師，研究方向：機電、監理、施工。

摘要：隧道作為高速公路重要的交通基礎設施，其機電設施的安全穩定運行對保障道路暢通和行車安全至關重要。文章通過介紹高速公路隧道照明、通風、消防、監控和供配電等設施概況，針對隧道機電設施存在的不確定性、敏感性和隱蔽性強、維修條件受限等主要故障特征，分析了當前存在的檢測技術滯后、檢測覆蓋范圍不足、檢測結果處理效率低下和缺乏智能化技術支持等問題，并提出了引進先進的檢測技術、拓展檢測覆蓋范圍、建立智能化的數據處理系統和推進智能化檢測等技術措施，為高速公路隧道建設、運營和安全管理提供參考。

關鍵詞：高速公路；隧道機電設施；檢測技術

中圖分類號：U453.7文獻標識碼：A 46 154 3

0 引言

隧道的機電設施作為高速公路關鍵設施，對確保道路的流暢性和行車的安全性至關重要［1］。這些機電系統涵蓋了照明、通風、消防、監控以及電力供應等多個關鍵部分，其可靠運行對隧道的整體安全與運營效率起著決定性作用。然而，隧道機電設施存在著不確定性、敏感性和隱蔽性強、維修模式受限等主要故障特征，給檢測和維護帶來了挑戰。面對這些挑戰，采用先進的檢測技術必不可少。

1 高速公路隧道機電設施概述

高速公路隧道的機電設施構成了其基礎設施的核心部分，涵蓋了照明、通風、消防、監控以及電力供應等多個子系統［2］。這些系統共同協作，確保隧道內的交通安全、暢通和舒適。

1.1 照明系統

隧道照明系統是隧道機電設施的一個關鍵部分，一般由入口照明、過渡照明、常規照明及出口照明組成。其主要任務是維持隧道內部適宜的光照強度，以適應各種天氣狀況和交通流量，確保駕駛員能夠清晰地識別隧道內的路況，進而降低事故發生的風險。照明系統的設計、安裝和管理需要綜合考慮能效、成本、維護和環境影響等因素，以確保隧道內行車安全的同時，也實現能源的高效利用和環境保護。

1.2 通風系統

高速公路隧道的通風系統是確保隧道內空氣質量、防止煙霧積聚和提供緊急疏散條件的關鍵機電設施。通風系統的功能是在隧道內形成必要的氣流，以排除車輛尾氣、煙霧和可能的有害氣體，同時為隧道內提供新鮮空氣，保障行車安全和舒適。根據隧道的長度，隧道通常配備自然通風和機械通風兩種類型。自然通風依賴于隧道兩端的高差和風流的作用，而機械通風則通過風機強制進行空氣流動。在某些情況下，隧道會采用混合通風方式，結合自然通風和機械通風的優勢。在緊急情況下，如火災發生時，通風系統還需能夠迅速切換到緊急模式，以排除煙霧和有害氣體，確保逃生通道的暢通。因此，通風系統的設計和控制必須考慮到各種應急情況，并能夠快速響應。

1.3 消防系統

隧道消防系統是確保高速公路隧道安全不可或缺的部分，該系統由多個子系統構成，涵蓋了火災自動檢測與報警、滅火設施、疏散引導以及防煙和排煙系統等關鍵組件。火災自動報警系統是消防系統的“眼睛”，其通過煙霧探測器、溫度傳感器等設備，實時監測隧道內的火情，一旦發現異常，立即啟動報警并通知消防部門。滅火系統則是消防系統的“手”，包括自動噴水滅火系統、氣體滅火系統等，能夠在火災初期迅速進行滅火，控制火勢蔓延。疏散指示系統通過安裝疏散標志和應急照明，為隧道內的疏散人員提供清晰的指引，保障在火災等緊急事件中人員能夠迅速且安全地撤離。防煙排煙系統則通過排煙風機和防煙分區，有效地排除煙霧，減少煙霧對人員疏散和消防救援的影響。

1.4 監控系統

監控系統利用各種傳感器、攝像頭和其他監測工具，對隧道的運行狀況進行全方位的監控，實時搜集并傳輸數據，為隧道的管理維護工作提供關鍵性的支持。監控系統一般涵蓋交通狀況監控、環境監控以及設施設備監控等多個領域。交通監控通過攝像頭和其他傳感器，實時監測隧道內車流量、車速、車輛類型等；環境監控則關注隧道內的空氣質量、光照水平、溫濕度等環境參數，確保隧道內的環境舒適和安全；設備監控則對隧道的機電設施，如照明、通風、消防等系統進行實時監控，及時發現并處理設備故障，保障設施正常運行。監控系統應具備人工智能、大數據技術，能夠對實時收集的數據進行深入分析，識別各種異常情況并發出警報，為隧道管理以及應急處理提供決策依據。此外，監控系統需要與其他系統如消防和報警系統協同工作，共同構建一個綜合的安全管理網絡。

1.5 供配電系統

高速公路隧道的供配電系統為照明、通風、消防、監控等系統提供穩定的電力供應。供配電系統的設計和建設需要考慮到隧道的特點和需求，確保供電的可靠性、安全性和經濟性。供配電系統通常包括外部電源接入、變配電設備、電力傳輸線路、應急電源等部分。外部電源接入負責將電網的電力引入隧道，通常會有兩路或多路電源接入，以提高供電的可靠性。變配電設備則負責將引入的電力進行變壓和分配，以適應隧道內不同設備的電力需求。電力傳輸線路則將電力輸送到隧道內的各個用電設備。應急電源則包括存儲設備、UPS不間斷電源、發電機等，用于在電網故障或其他緊急情況下，為關鍵設備提供臨時電力供應。

2 機電設施主要故障特征

2.1 不確定性

機電設施的主要故障特征之一是不確定性。這種不確定性體現在故障發生的隨機性和不可預測性上。機電設施在運行過程中受到多種復雜因素的影響，如環境變化、使用頻率、維護狀況等，這些因素的不確定性導致了故障發生的不可預測性。因此，對于機電設施的管理與維護來說，面臨著較大的挑戰。為了應對這種不確定性，需要制定完善的預防措施和應急預案，定期進行巡檢和維護，以及及時進行故障排查和處理，以保障機電設施的安全和穩定運行。

2.2 敏感性和隱蔽性

高速公路隧道機電設施的敏感性和隱蔽性意味著某些故障可能不易被及時發現［3］。由于隧道環境的特殊性，一些設備如通風系統的風機、照明系統的燈具等安裝在較高的位置，使得故障跡象不易被察覺。一些故障如電線短路、絕緣老化等可能在初期沒有明顯的表現，但長期存在可能會引發更大的安全隱患。因此，對隧道機電設施的定期檢查和維護至關重要，通過使用專業的檢測設備和儀器，可以及早發現潛在的故障隱患，避免故障的進一步擴大。

2.3 維修條件受限

由于隧道內空間有限，大型維修設備難以進入，給維修工作帶來不便［4］。隧道內車流量大，機電設施維修應在確保安全的前提下進行，這限制了維修的時間和方式。由于隧道機電設施的復雜性，維修工作通常需要專業技術人員進行，這要求運維團隊必須具備一定的技術水平。隧道機電設施的維修工作需要綜合考慮多種因素，采取合理的維修策略和措施，確保維修工作安全順利進行。

3 當前高速公路隧道機電設施檢測存在的問題

3.1 傳統檢測技術滯后

傳統檢測技術主要依賴于人工操作，這無疑降低了檢測的效率和準確性。隧道機電設施龐大而復雜，人工檢測難以全面覆蓋，容易出現漏檢或誤檢的情況。此外，人工檢測還受到操作人員技能和經驗的影響，導致檢測結果的一致性和可靠性難以得到保證。傳統檢測技術往往采用單一的檢測方法，無法滿足機電設施多樣化的檢測需求。機電設施功能日益增多，而傳統檢測技術往往只能檢測一些基礎的參數，對于一些特殊設施或復雜系統的檢測則顯得無能為力。這導致了檢測的不全面性，無法真實反映設施的實際運行狀態。傳統檢測技術更新迭代的速度相對緩慢，難以與高速公路隧道機電設施的快速進展相匹配。技術持續升級，新設備和系統層出不窮，而傳統的檢測手段往往落后于這些發展，這種滯后的檢測技術無法滿足當前設施檢驗的迫切需求。

3.2 檢測覆蓋范圍不足

多年來，隧道機電設施檢測覆蓋范圍不足的問題一直困擾著相關技術人員和研究者。由于機電設施繁多，包括照明、通風、消防、監控等系統，每個系統都包含了大量的設備，這就要求檢測技術能夠全面覆蓋所有設備，以確保隧道運行的安全性和可靠性。在實際的檢測工作中，由于種種原因，檢測覆蓋范圍往往難以達到理想狀態。由于隧道空間的限制，一些設備的位置較為隱蔽，檢測人員難以到達，這就導致了對這些設備的檢測難以進行。由于檢測設備的限制，一些設備的檢測需要特殊的檢測儀器，而這些儀器往往價格昂貴，不是所有單位都能配備齊全，這就限制了檢測的范圍。

3.3 檢測結果處理效率低下

當前，隨著高速公路網絡的不斷擴展和隧道數量的增多，機電設施的維護和檢測工作量也在相應增加，這使得檢測結果的處理顯得尤為重要。然而，在實際操作中，這一環節往往存在著諸多問題。傳統的檢測技術往往依賴人工進行數據采集和分析，不僅耗時耗力，而且受限于檢測人員的經驗、責任心和技能水平，容易因為人為因素導致誤差。另外，機電設施繁多，檢測項目復雜，傳統的檢測技術往往只能針對某一特定方面進行檢測，而無法提供全面系統的評估。這就導致在檢測結果的處理過程中，需要耗費大量的時間對各個部分的結果進行匯總和整合，進一步降低了處理效率。當前的檢測結果處理工作大多依賴于紙質記錄和人工整理，這種處理方式在數據量和復雜度增加時，容易出現數據丟失、重復或錯誤。當需要對歷史數據進行查詢和分析時，人工整理的方式不僅效率低下，而且準確性和可靠性也難以保證。

3.4 缺乏智能化技術支持

對隧道內的監控設備，如攝像機和傳感器等，實施自動化部署和數據自動收集，能顯著降低對人工干預的依賴，從而提升檢測精準度和工作效率。然而，目前這些設備的自動化水平還相對較低，很多檢測工作仍然需要人工進行，大多數檢測系統還不能實現檢測數據的實時分析和處理，無法快速響應檢測結果，特別是在緊急情況下，缺乏及時準確的數據支持，可能會導致決策的延誤。智能化技術系統還不太普及，大多數檢測工作仍然屬于反應性維護，即只有在設施出現問題時才會進行檢測和維護，這種方式不僅效率低，成本也高。

4 高速公路隧道機電設施檢測技術優化策略

4.1 引入先進的檢測技術

先進的檢測技術能夠有助于提升準確度和作業效率。例如，利用無人機進行隧道巡檢，可以避免人工進入高空或狹窄空間，提高檢測的安全性和便捷性；利用紅外熱像儀檢測隧道內的溫度分布，可以有效識別潛在的熱點問題，提前發現設施的故障隱患。采用這些前沿技術不僅加快了檢測進程，而且增強了檢測的精準度，同時降低了人為因素引起的誤差。通過安裝傳感器和監控設備，可以實時收集和傳輸機電設施的運行數據，使得檢測工作不再受限于時間和空間。通過遠程診斷系統，專家可以在任何地點對設施的運行狀態進行實時分析，及時發現問題并給出解決方案。這種實時監測和遠程診斷的能力，大大提高了檢測的效率和響應速度。例如，三維掃描技術和激光雷達，能夠捕捉全面的三維數據，從而精確地測定和評價設施的尺寸和狀況。這種全面性和深度性的檢測能力，對于確保隧道機電設施的安全運行至關重要。通過使用高精度的檢測設備和儀器，可以得到更加準確和可靠的數據，為決策提供更有力的支持。同時，這些先進的檢測技術也更容易得到認可和信任，有助于提升檢測結果的可信度。

4.2 拓展檢測覆蓋范圍

目前，由于檢測范圍的限制，一些關鍵部位可能被忽視，從而導致潛在的安全隱患。通過拓展檢測范圍，可以確保包括照明、通風、緊急通信、交通監控等所有關鍵設施都能得到全面檢測，從而確保隧道的安全運行。通過增加檢測點和提高檢測頻率，可以更全面地了解設施的運行狀況，及時發現異常情況，從而避免設施的故障和事故的發生。例如，對隧道內的空氣質量進行實時檢測，可以及時發現有害氣體的泄漏，采取措施保障隧道內空氣質量符合標準。在關鍵部位安裝檢測設備，可以實現對設施運行狀態的實時監控，及時發現問題并發出預警，從而采取措施防止問題的擴大。例如，對隧道內的結構健康進行監測，可以及時發現結構的損傷和變形，預警潛在的安全風險。通過全面的檢測，可以得到更加準確的數據，為決策提供更有力的支持。

4.3 建立智能化的數據處理系統

傳統的檢測數據處理往往依賴人工進行，不僅耗時耗力，而且容易因為人為因素導致誤差。通過建立智能化的數據處理系統，可以實現對檢測數據的自動采集、分析和處理，大大提高數據處理的速度和準確性。利用智能化的數據處理系統，可以實現對檢測數據的即時監督與分析。通過整合檢測設備和數據處理系統，能夠實時跟蹤機電設施的運行狀況，迅速識別任何異常，并據此采取措施以避免問題進一步惡化。例如，對隧道內的溫度、濕度、光照等參數進行實時檢測，并通過數據處理系統進行實時分析，可以及時發現潛在的安全風險。

建立預警模型，可以根據檢測數據對設施的運行狀態進行預測，及時發出預警，從而采取措施防止問題的發生。通過對隧道內的交通流量、車速等數據進行處理和分析，可以預測隧道內的擁堵情況，提前采取措施進行交通疏導。智能化的數據處理系統有助于實現對檢測數據的深度挖掘和分析，通過對大量歷史檢測數據的深度挖掘，可以發現設施運行的規律和趨勢，為設施的運營維護提供有力的數據支持。對隧道內的照明、通風、緊急通信等設施的歷史運行數據進行深度分析，可以優化設施的運行參數，提高設施的運行效率。

4.4 大力推廣智能化監測技術

隨著科技的進步，智能化維護技術逐漸成為行業發展的新趨勢［5］。通過引入智能化監測設備，可以實現對設施的實時監控，及時發現設施的異常情況。這些設備包括高清攝像頭、傳感器、無人機和智能機器人等，特別是基于視覺測量的巡檢機器人，其高度智能化的巡檢系統以及軟件系統，可以實時收集隧道內的環境數據和設施運行狀態，通過數據傳輸系統發送到監控中心。監控中心的大數據系統可以實現對數據進行實時動態分析，一旦識別設施異常，立即警報并通知維護人員進行處理。利用數據挖掘、統計分析、人工智能，可以實現對隧道機電設施的預測性維護。通過分析歷史運行數據，可以發現設施的故障規律和潛在風險，提前預測設施故障，做好預防性維修、維護。這樣可以大大減少設施的停機時間，提高設施的運行效率。

5 結語

隧道機電設施的安全和穩定運行對于高速公路交通的安全和暢通至關重要。本文總結了隧道機電設施存在的不確定性、敏感性和隱蔽性強、維修模式受限等主要故障特征，指出了當前檢測存在的普遍性問題，針對特征和問題提出了引入先進的檢測技術、拓展檢測覆蓋范圍、建立智能化的數據處理系統和推進智能化維護技術等措施，為提升隧道機電設施的安全性和效率性，進一步促進我國高速公路隧道高質量建設和運營提供技術支持和管理建議。

參考文獻

［1］邱 進.高速公路隧道機電設施檢測技術要點與控制措施［J］.中國高新科技，2021（24）：78-79.

［2］朱修權.高速公路隧道機電設施檢測技術要點［J］.交通世界，2021（7）：139-140.

［3］樊中武.高速公路隧道機電設施養護檢測技術［J］.交通世界，2021（23）：177-178.

［4］楊東升.高速公路隧道機電設施檢測技術要點與控制措施［J］.中國科技期刊數據庫工業A，2022（1）：38-41.

［5］陳燕成.高速公路隧道機電工程關鍵設施檢測技術［J］.電力設備管理，2023（11）：156-158.