公路隧道智能監控管理信息化設計

武瑞兵

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，公路及公路隧道的建設與日俱增，我國高速公路隧道建設取得了巨大成就，大量特長隧道和隧道群不斷涌現。隧道在改善線性、縮短行車距離、避免地質災害、保護生態環境等方面具有顯著的優點，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境產生的交通安全問題，引起了人們的廣泛關注。

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日益成為運營單位最為關心的事情。針對隧道集群地形復雜、長隧道多、彎道多、部分路段事故發生率較高，隧道機電系統繁雜，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，對隧道機電設備自動控制、事故報警、防災救災工作進行預案處理，提高隧道管理的工作效率。

本文以“公路隧道提質升級行動”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，對其智能監控管理信息化進行了提升改造設計。

1 設計原則

a）公路隧道提質升級按照重點突出、因隧制宜、功能適用、分類施策的原則，結合隧道運行實際情況并根據排查項目清單對各類設施進行排查評估后，采取針對性的工程技術措施。例如在原有隧道綜合控制系統運營中，應在盡量不增加設備和少增加設備的基礎上，提供設備狀態監測，保障隧道安全運行，達到技術經濟最佳、性價比最優。

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

2 設計內容

2.1 隧道現狀

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，隧道內設置了供配電系統、照明系統、消防系統、監控系統、通風系統。隧道設有一處隧道管理站。供配電系統是以布置在隧道兩端或洞內的配電房為主體，設有高壓室、變壓室、低壓室、UPS（EPS）應急供電室、通訊管理機室。照明系統主要由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。監控系統由攝像機監控系統（101臺）、信息發布系統（2個門架型可變信息標志，3個懸掛式可變信息標志）、車輛檢測（4個）、環境檢測（光強4臺、CO/VI 12臺、風速風向15臺）、疏散系統、緊急電話（56部）和有線廣播系統（223部）、閉路電視系統、PLC環網系統組成。通風系統由96臺射流風機和6臺軸流風機組成，主要用來改善隧道行車環境及發生火災時煙霧的迅速排放。消防系統由消防管網、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，隧道設備進入了維保、更換期，而不同設備的維保期實際是不同步的，即使同一種設備由于中間更換和老設備服役期限也不一致，造成了隧道管理方對機電設備運行狀態管理的困難。

2.2.2 設備巡檢方式繁瑣

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 隧道運行監測系統狀態滯后

a）設備信息狀態更新不及時。隧道系統不能實時反饋設備當前狀態，不能直觀了解隧道內外所有機電設備的運行情況。

b）重點設備檢測不周全（通信、供配電、監控）。隧道系統不能夠做到對重點設備24 h不間斷監測，包括通信環網、供配電、消防系統、監控系統等。

c）現有軟件穩定性差，開關狀態及效用不明顯。隧道軟件作為隧道機電設備的控制中心，必須穩定可靠。

d）無各種設備聯動。設備聯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雜性。設備聯動能減少事故的損失和傷亡，避免二次事故和傷害。設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現問題，解決問題[2]。

2.3 應對措施

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的設計理念。通過一體化設計，隧道的空間特征信息在屏幕上直觀清晰地展示。一旦隧道發生突發事件，能夠將救援預案一一展示，管理人員能夠迅速、直觀地根據預案進行指揮救援[3]。

2.3.1 增設人工、定時、聯動功能

實現隧道機電設備手動控制、自動控制、設備聯動。

2.3.2 及時提示設備狀態信息，并進行故障級別分析

系統實時顯示隧道機電設備狀態信息，并對故障做分級處理。如嚴重故障、較大故障、一般故障三級響應，對不同故障采取不同的故障事件響應，如嚴重故障會以聲光電的形式，反饋到監控室，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、日常記錄數據分析實現電子化

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

2.3.4 實現電子化工作檔案

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

2.4 實施方案

2.4.1 實現對所有設備在線監測

系統通過設備信息采集系統，自動對網絡設備在線狀態進行監測，包括高清數字攝像機、PLC、消防報警主機、事件檢測主機等系統核心設備。

2.4.2 自動巡檢設備

隧道智能巡檢具備自動巡檢、突發事件處理和遠程監控功能。搭載多種傳感設備，通過對隧道內車輛通行情況、環境狀態進行實時監測，對隧道內設備運行情況進行巡視檢查，并與隧道監控中心聯網，生成檢測分析報告。可代替人工完成隧道常規巡檢任務，降低運維人員作業風險和勞動強度，提高隧道運營維護的自動化程度和智能化水平，節約隧道運營管理費用。

2.4.3 檔案電子化

系統對各種檔案進行電子化管理，避免人工記錄數據不準確，不容易保存、統計等缺點。

2.4.4 數據分析統計

系統可以通過對各項數據統計分析，評價設備的健康狀況、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設計

隧道智能監控管理運營一體化可以延伸至對整個隧道集群進行集中管理，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行監控管理。

2.5.1 隧道設備運行安全實時監測

對隧道內風機、照明、消防設備、攝像機等設備、機房UPS、網絡設備實時監測。對故障設備按照嚴重故障、一般故障，實時通知到隧道管理人員，通過隧道運行安全監測系統，可以直達故障設備位置，為設備維修定位提供依據。

2.5.2 隧道通信網絡實時狀態監測

對隧道運行系統中的網絡設備狀態監測，對離線設備進行報警和提示，保障系統安全運行。

2.5.3 隧道通風、照明、交通控制安全監測子系統

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

2.5.4 隧道消防安全監測子系統

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

2.5.5 隧道安全預案子系統

隧道安全應該以預防為主，應急方案為輔，常抓不懈。對火災、車輛事故應以預防為主、防消結合，發生后能有預案，減少人員傷亡和財產損失，針對火災或者事故的發生位置，進行預案定制，對交通控制、通風照明控制、消防控制等，采取多系統聯動，減少事故的危害和損失。

3 結語

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施在實際運營維護中存在的問題，提出了隧道智能監控管理運營一體化設計新思路，實現機電系統、交通狀況的實時監測。在此基礎上，將單個隧道機電設施運營維護管理拓展至隧道群或路段，從運營單位角度進行集中管理，實現隧道集群的運營監控管理一體化。隧道管養平臺信息化設計充分融合了云計算、人工智能、大數據、互聯網+、物聯網等信息化技術，把原有設施和新增系統融入到一個集成管理平臺，解決了原來各子系統運行單一、操作分散、統計繁瑣的問題，實現了隧道設備控制、設備智慧維護、交通監控和應急處置一體化運行。發生突發事件，可實現隧道可變情報板、車道指示燈、照明、通風、消防、洞口阻攔系統等不同工況下的分類組合預案聯動，是高速公路隧道智能運營不可或缺的重要組成部分。