高速公路隧道機(jī)電工程關(guān)鍵設(shè)施檢測(cè)技術(shù)

王亨琴

（甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730070）

1 應(yīng)用背景

高速公路隧道機(jī)電設(shè)施是高速公路正常運(yùn)營(yíng)管理的前提條件。隧道因其建筑結(jié)構(gòu)特殊而相對(duì)封閉，隧道照明環(huán)境由于黑洞白洞效應(yīng)影響，對(duì)駕駛員來(lái)說(shuō)光適應(yīng)性較差，若車流量增大，空氣質(zhì)量變差，環(huán)境噪聲影響變大導(dǎo)致隧道更容易發(fā)生異常狀況，所以如何及時(shí)有效開展隧道機(jī)電交竣工檢測(cè)及定期養(yǎng)護(hù)檢測(cè)，確保交通運(yùn)營(yíng)安全具有重要意義。

近幾年來(lái)，隨著智慧高速的迅速發(fā)展，高速公路機(jī)電系統(tǒng)涌現(xiàn)出了大量新產(chǎn)品、新技術(shù)和新工藝，智慧化建設(shè)與傳統(tǒng)機(jī)電的融合促進(jìn)了公路機(jī)電工程的不斷發(fā)展。2020年3月，《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 第二冊(cè) 機(jī)電工程》（JTG 2182—2020）發(fā)布實(shí)施。相比舊標(biāo)準(zhǔn)，新標(biāo)準(zhǔn)中增加了部分機(jī)電產(chǎn)品，對(duì)部分分項(xiàng)工程進(jìn)行合并，其中隧道機(jī)電部分變動(dòng)較大[1]。針對(duì)目前省內(nèi)機(jī)電薄弱現(xiàn)狀，傳統(tǒng)機(jī)電檢測(cè)的不足，對(duì)隧道機(jī)電工程交竣工檢測(cè)及定期養(yǎng)護(hù)檢測(cè)的重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行研究。

2 高速公路隧道機(jī)電設(shè)施

高速公路隧道機(jī)電涉及電子信息、通信工程、計(jì)算機(jī)、交通工程等多學(xué)科綜合知識(shí)。產(chǎn)品涵蓋車輛檢測(cè)器、電光標(biāo)志、火災(zāi)探測(cè)器、PLC等多個(gè)產(chǎn)品，包含5大系統(tǒng)18個(gè)分項(xiàng)近百個(gè)參數(shù)，其中供配電設(shè)施為整個(gè)隧道機(jī)電系統(tǒng)提供電力保障，通風(fēng)和照明設(shè)施為駕駛員提供良好的道路交通環(huán)境，消防設(shè)施是在隧道出現(xiàn)火災(zāi)等情況下能及時(shí)滅火的前提，隧道監(jiān)控設(shè)施起到信息采集、信息發(fā)布、指揮控制、交通誘導(dǎo)等重要作用，是整個(gè)隧道機(jī)電設(shè)施的中樞神經(jīng)，隧道機(jī)電系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 隧道機(jī)電系統(tǒng)組成圖

2.1 隧道通風(fēng)設(shè)施

隧道運(yùn)營(yíng)后，通風(fēng)設(shè)施主要用來(lái)排放通行車輛產(chǎn)生有害氣體及煙塵污染。另外，當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，通過(guò)提供新風(fēng)系統(tǒng)，便于人員和車輛在上游及時(shí)疏散。若隧道交通量較小，往往不需要開啟所有風(fēng)機(jī)，在交通擁擠或有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，風(fēng)機(jī)必須按照設(shè)計(jì)要求聯(lián)動(dòng)。通風(fēng)控制的作用就是要依據(jù)洞內(nèi)的環(huán)境情況（主要是CO、VI含量）合理使用隧道內(nèi)通風(fēng)設(shè)備。

2.2 隧道照明設(shè)施

根據(jù)公路相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，隧道長(zhǎng)度大于100 m時(shí)應(yīng)設(shè)置照明設(shè)施，與其他路段不同，隧道照明設(shè)施包括白天夜間，一般來(lái)說(shuō)，隧道照明系統(tǒng)主要分為7段并包含洞外引道照明。隧道照明設(shè)施主要用來(lái)改善隧道內(nèi)照明環(huán)境，為駕駛員提供良好的視覺(jué)，保證行車安全。

2.3 隧道消防設(shè)施

隧道消防設(shè)施包含室外水池、室外消火栓，室內(nèi)消火栓及消防箱等。隧道內(nèi)一旦發(fā)生火災(zāi)，通過(guò)火災(zāi)探測(cè)器發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，進(jìn)而啟動(dòng)火災(zāi)聯(lián)動(dòng)措施。

2.4 隧道監(jiān)控設(shè)施

隧道監(jiān)控設(shè)施是指通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)隧道內(nèi)交通狀況、路面、天氣狀況和設(shè)備工作狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和測(cè)量，并將數(shù)據(jù)信息傳輸至隧道監(jiān)控中心進(jìn)行交通誘導(dǎo)。

2.5 隧道供配電設(shè)施

公路隧道配電屬于低壓部分，主要是為隧道監(jiān)控、收費(fèi)、通風(fēng)、照明等系統(tǒng)提供專業(yè)用電，隧道配電包括中心（站內(nèi)）低壓配電設(shè)施和外場(chǎng)設(shè)備電力電纜設(shè)施兩大分項(xiàng)。

3 隧道機(jī)電設(shè)施檢測(cè)特點(diǎn)

隧道機(jī)電設(shè)施大多由控制芯片、各類功能傳感器、通信與電源模塊組成。由于隧道機(jī)電設(shè)施的特殊性，機(jī)電故障往往具有隱蔽性和突發(fā)性。部分早期故障問(wèn)題往往由于設(shè)計(jì)缺陷、材料質(zhì)量問(wèn)題和人員操作不熟練等原因造成的，運(yùn)營(yíng)期損耗故障期主要是零部件、元器件老化或維護(hù)不當(dāng)所致。由于機(jī)電設(shè)施的運(yùn)行是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，一般要求機(jī)電設(shè)施調(diào)試運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)行交竣工驗(yàn)收。高速公路機(jī)電養(yǎng)護(hù)應(yīng)制定相關(guān)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)手冊(cè)，養(yǎng)護(hù)定期檢測(cè)一般每年不少于1次[2]。

4 公路隧道機(jī)電關(guān)鍵設(shè)施檢測(cè)

機(jī)電工程建設(shè)質(zhì)量是影響道路功能有效發(fā)揮的直接因素，尤其是其中包含大規(guī)模的專用軟件和科技含量較高的硬件設(shè)施，數(shù)量及類型各異，若相關(guān)設(shè)施的質(zhì)量得不到應(yīng)有的保障，容易造成進(jìn)場(chǎng)機(jī)電工程產(chǎn)品以次充好，安裝工藝不能有效控制，系統(tǒng)功能不能有效發(fā)揮，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)期故障不斷。高速公路隧道機(jī)電工程交竣工驗(yàn)收包含基本要求、實(shí)測(cè)項(xiàng)目、外觀質(zhì)量和質(zhì)量保證資料。養(yǎng)護(hù)定期檢測(cè)根據(jù)《公路隧道養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTG H12—2015），計(jì)算設(shè)備完好率并進(jìn)行技術(shù)狀況評(píng)定。

4.1 外觀及內(nèi)業(yè)資料檢查

機(jī)電工程外觀檢查重點(diǎn)之一是機(jī)電工程的設(shè)備機(jī)箱安裝質(zhì)量，包含與之相關(guān)的電力線、信號(hào)線、防雷、接地、安全保護(hù)等處理工序、工藝及各工作部件的設(shè)備等。新標(biāo)準(zhǔn)所列的外觀質(zhì)量限制缺陷見表1，質(zhì)量保證資料主要檢查項(xiàng)目資料的完整性、合理性、準(zhǔn)確性，包括施工和監(jiān)理資料。

表1 機(jī)電工程外觀質(zhì)量限制缺陷

4.2 隧道監(jiān)控系統(tǒng)

4.2.1 車輛檢測(cè)器車速和車流量相對(duì)誤差

車流量及車速相對(duì)誤差對(duì)應(yīng)舊標(biāo)準(zhǔn)中交通量及車速計(jì)數(shù)精度，測(cè)量車速誤差時(shí)是以一輛車為一個(gè)樣本，計(jì)算每輛車瞬時(shí)車速的雷達(dá)測(cè)速儀測(cè)量值與檢測(cè)器測(cè)量值的相對(duì)誤差，測(cè)量完規(guī)定的樣本量之后，取所有樣本的平均值，而不是將所有的被測(cè)設(shè)備檢測(cè)速度相加求平均值減去雷達(dá)測(cè)速儀檢測(cè)的平均速度。

4.2.2 閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)視頻傳輸通道

將數(shù)字信號(hào)發(fā)生器接入視頻通道輸入端，用數(shù)字視頻測(cè)試儀檢測(cè)傳輸通道的各分量輸出量化誤差，K系數(shù)，連接測(cè)試圖如圖2所示。發(fā)送高清晰度多波群信號(hào)或sinx/x信號(hào)，檢測(cè)傳輸通道的幅頻特性；發(fā)送高清晰度五階梯波信號(hào)，檢測(cè)傳輸通道的非線性失真；發(fā)送高清晰度彩條信號(hào)，檢測(cè)傳輸通道的信號(hào)時(shí)延差；發(fā)送靜默行信號(hào)，檢測(cè)傳輸通道的信噪比。

圖2 視頻傳輸通道測(cè)試連接圖

4.2.3 緊急電話與有線廣播系統(tǒng)

隧道內(nèi)的緊急電話一般都同時(shí)安裝了有線廣播系統(tǒng)，所以新規(guī)范中將緊急電話與廣播合并為一個(gè)分項(xiàng)，抽檢時(shí)按外場(chǎng)緊急電話分機(jī)數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。“分機(jī)音量”和“廣播音量”2個(gè)項(xiàng)目的檢查方法是參照《高速公路有線緊急電話系統(tǒng)》（GB/T 19516—2017）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場(chǎng)情況制定。廣播音量在廣播喇叭正前方1 m處，用聲級(jí)計(jì)測(cè)量。分機(jī)音量通過(guò)在控制臺(tái)值班話機(jī)按“0”鍵10 s，將聲級(jí)計(jì)置于揚(yáng)聲器正前方0.4 m處進(jìn)行檢測(cè)。

4.2.4 隧道環(huán)境檢測(cè)設(shè)備工程

隧道環(huán)境檢測(cè)包含CO、煙霧、照度、風(fēng)速風(fēng)向等內(nèi)容，傳感器測(cè)量誤差使用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行比對(duì)或查閱相關(guān)計(jì)量資料，對(duì)相關(guān)功能進(jìn)行實(shí)操并驗(yàn)證。

4.2.5 隧道視頻交通事件檢測(cè)系統(tǒng)

隧道內(nèi)的視頻交通事件檢測(cè)系統(tǒng)主要用于檢測(cè)交通事件，與道路視頻交通事件檢測(cè)系統(tǒng)不同，不包含交通參數(shù)相關(guān)檢測(cè)。

4.2.6 隧道管理站設(shè)備及軟件

隧道管理站設(shè)備及軟件實(shí)測(cè)項(xiàng)目包括對(duì)服務(wù)器，各功能計(jì)算機(jī)進(jìn)行功能驗(yàn)證，對(duì)隧道應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行實(shí)操檢驗(yàn)。

4.2.7 隧道管理站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能包括網(wǎng)線質(zhì)量、以太網(wǎng)性能要求和以太網(wǎng)鏈路層，網(wǎng)線質(zhì)量應(yīng)根據(jù)測(cè)試需求選擇永久鏈路測(cè)試或信道測(cè)試，無(wú)要求時(shí)宜選擇信道測(cè)試，參考《綜合布線系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范》（GB/T 50312—2016）。以太網(wǎng)系統(tǒng)性能要求包括鏈路傳輸速率、吞吐率、傳輸時(shí)延及丟包率等指標(biāo)，參考規(guī)范為《基于以太網(wǎng)技術(shù)的局域網(wǎng)（LAN）系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)評(píng)規(guī)范》（GB/T 21671—2018）。

4.3 隧道通風(fēng)系統(tǒng)

4.3.1 射流分機(jī)

由于射流分機(jī)安裝在隧道正上方，其安裝質(zhì)量要求較高，需要核查預(yù)埋件的隱蔽工程施工資料和風(fēng)機(jī)拉拔檢測(cè)報(bào)告。

風(fēng)機(jī)平均風(fēng)速：根據(jù)《工業(yè)通風(fēng)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試》（GB/T 10178—2006）以及隧道主洞輪廓，將隧道斷面劃分為16個(gè)測(cè)試區(qū)域，如圖3所示，根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況，開啟對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)，待風(fēng)速計(jì)速度相對(duì)穩(wěn)定后，取各點(diǎn)3次測(cè)試的平均值，作為該斷面各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速值。

圖3 隧道通風(fēng)測(cè)試斷面示意圖

風(fēng)速測(cè)量過(guò)程中需要特別注意的是：①需要等隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工況下對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)開啟，且隧道斷面流場(chǎng)均勻后測(cè)試，通常隧道對(duì)所有對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)開啟后30 min；②由于隧道車行橫洞和人行橫洞的開閉對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大，測(cè)試過(guò)程中需根據(jù)設(shè)計(jì)要求重點(diǎn)關(guān)注隧道車行橫洞、人行橫洞等的啟閉狀態(tài)。風(fēng)機(jī)安裝高度：使用激光測(cè)距儀，放在風(fēng)機(jī)正下方，進(jìn)行測(cè)試。功能性檢測(cè)：對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、單個(gè)風(fēng)機(jī)、2個(gè)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)等的功能驗(yàn)證。

4.3.2 軸流風(fēng)機(jī)

軸流風(fēng)機(jī)由于能耗高，需要對(duì)風(fēng)速調(diào)節(jié)功能、風(fēng)閥啟閉功能及葉片角度調(diào)節(jié)和控制功能等參數(shù)進(jìn)行實(shí)操驗(yàn)證。

4.4 隧道照明系統(tǒng)

無(wú)極調(diào)光功能是通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道洞口亮度、車流量對(duì)隧道內(nèi)亮度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。色溫和路墻亮度比主要影響在隧道封閉環(huán)境內(nèi)公路使用者的生理、心理感知。

亮度半封閉測(cè)量方法：對(duì)于公路隧道在入口段、過(guò)渡段、中間段、出口段和洞外引道分別取100 m，按縱向間隔5 m、橫向間隔每車道3點(diǎn)布點(diǎn)，當(dāng)公路隧道各照明段中小于100 m時(shí)，縱向按實(shí)際長(zhǎng)度間隔10等份布點(diǎn)。

功能性檢測(cè)：對(duì)照明不同回路的啟動(dòng)演練。

4.5 隧道消防系統(tǒng)

4.5.1 手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

隧道管理站警報(bào)器音量應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，其次按下報(bào)警按鈕后能觸發(fā)警報(bào)器啟動(dòng)。

4.5.2 自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)首先是能夠檢測(cè)到火災(zāi)并啟動(dòng)報(bào)警，其中，火災(zāi)探測(cè)響應(yīng)采用火盆法，參照《公路隧道火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)技術(shù)條件》（JT/T 610—2004）中的相關(guān)要求，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，記錄火災(zāi)檢測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間試驗(yàn)要在不同工況下分別進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)人員要做好現(xiàn)場(chǎng)安全防護(hù)工作。

4.5.3 電光標(biāo)志

目前，隧道所用光電標(biāo)志主要為有源標(biāo)志，用于隧道火災(zāi)或事故，引導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員撤離到安全地帶，包含疏散指示標(biāo)志、消防設(shè)備指示標(biāo)志等，電光標(biāo)志亮度參數(shù)采用分光色度計(jì)測(cè)量。

4.5.4 發(fā)光誘導(dǎo)設(shè)施

發(fā)光誘導(dǎo)設(shè)施是指安裝在公路隧道內(nèi)的LED發(fā)光型誘導(dǎo)設(shè)施，起到行車安全誘導(dǎo)的作用，新標(biāo)準(zhǔn)中刪除誘導(dǎo)設(shè)施亮度指標(biāo)。

4.5.5 消防設(shè)施

消防設(shè)施檢查重點(diǎn)是各設(shè)備的安全保護(hù)、用水設(shè)施的水壓。功能驗(yàn)證主要是消防設(shè)施（各種滅火器、消火栓）能夠正常工作（自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的自動(dòng)啟動(dòng)，手動(dòng)滅火設(shè)備的滅火功能）。電伴熱功能是否能滿足北方高寒地區(qū)保溫要求。對(duì)橫通道門進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)以及遠(yuǎn)程的開啟演練。對(duì)消防設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)使用，對(duì)于噴射的距離進(jìn)行測(cè)算[3]。

4.5.6 本地控制器

本地控制器主要為區(qū)域PLC控制器，本地控制器至控制中心以及隧道內(nèi)下端設(shè)備的保護(hù)線、信號(hào)線、電力線的連接應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，本地控制器IP網(wǎng)絡(luò)傳輸功能采用以太性能測(cè)量?jī)x測(cè)量，控制功能進(jìn)行實(shí)操驗(yàn)證。

4.6 隧道供配電系統(tǒng)

電能質(zhì)量分析儀適用于變壓器低壓380 V、50 Hz交流供電系統(tǒng)中電能質(zhì)量參數(shù)測(cè)試，測(cè)試時(shí)按照A、B、C 和N 的順序，將電能質(zhì)量分析儀的電壓、電流互感器分別連接在被測(cè)設(shè)備對(duì)應(yīng)線路上[4]。從電能質(zhì)量分析儀系統(tǒng)軟件上讀取測(cè)試結(jié)果并進(jìn)行判定，試驗(yàn)有效數(shù)據(jù)采集時(shí)間應(yīng)不少于10 min。

5 總結(jié)

機(jī)電工程涉及的專業(yè)工作界面多，包含收費(fèi)所站（車/道）三級(jí)系統(tǒng)、監(jiān)控中心、收費(fèi)中心、通信站、隧道機(jī)電、路段監(jiān)控設(shè)施等，項(xiàng)目實(shí)施中要充分考慮不同系統(tǒng)之間的融合性能，檢測(cè)單位應(yīng)在試驗(yàn)檢測(cè)工作中對(duì)系統(tǒng)兼容性、功能參數(shù)匹配等方面給予重點(diǎn)關(guān)注，本文結(jié)合相關(guān)技術(shù)規(guī)范與實(shí)踐操作對(duì)隧道機(jī)電系統(tǒng)功能檢測(cè)進(jìn)行研究，幫助從業(yè)人員深入了解隧道機(jī)電，提高現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)能力。