高速公路機電工程設計中的關鍵要點分析

文 / 中咨華科交通建設技術有限公司 王毅

作為我國基礎工程建設的重要組成部分，高速公路不僅對文化交流、經濟發展起決定性作用，同時也支撐當地民眾出行的需求。要實現高速公路預期功能，就需要從監控、收費、供電等子系統進行深入優化，使其能夠滿足項目實際需求，為項目運營提供可靠的支持。本文基于我國高速公路建設現狀，分別從監控系統、收費系統、通信系統、供電系統四個層面探究了機電工程設計的要點，以期能夠為我國基礎工程建設提供理論支持。

我國基礎工程建設的快速發展，為各領域的持續發展創造了良好的外部環境，其中機電系統的建設往往直接關切著項目預期功能及綜合效益。近些年，先進節能技術在機電系統中的不斷普及促進著機電設備向著節能提效的方向發展，創造了高效、安全、穩定的過程條件。在這樣的背景下，就需要技術人員能夠充分重視機電工程的設計，能夠密切聯系實際條件對設計方案做出深度優化。

監控系統的設計要點

監控管理體制

監控系統的建設主要由各級監控中心構成，以此形成結構化、系統化的監控網絡。對于隧道洞口位置一般可額外設置無人監控機房，強化重點位置的管理。若涉及到特長隧道等跨度較大的路段，還可在其附近布置管理站來保證監管效果。

監控中心系統構成

對于各級監控中心而言，其一般通過監控數據網及視頻網系統來構建。其具體可按以下進行布置：監控數據網內應當設置專門服務器、監控工作站、通信中轉站以及視頻管理站等。對于路段內存在隧道的，一般還需要在此基礎上另外設置隧道監控站、火災預警站、緊急通信站等。視頻網系統則主要包括了控制切換及視頻存儲兩個部分。對于各個功能站點應配置獨立服務器，保障工作的順利開展。監控軟件的選擇應當滿足國家現行規范及當地法規要求，并與工程實際需求進行結合。監控設備的布置數量及位置應當結合隧道路線及空間來確定，一般應當保證能夠滿足最長3000m的監控視野，且其監控設備的數量應盡可能控制在40臺以下。

外場設備布設

外場設備的布設根據功能要求的不同可分為A1類及A2類兩個等級。A1類的主要要求在于采集信息數據、診斷交通狀態、監控車流分布、公路匝道控制、實時資訊發布；而A2類的基本功能則在于采集信息數據、診斷交通狀態、監控車流分布、實時資訊發布。外場設備在布設時應當嚴格遵照我國現行規范標準執行，以此確定監控等級及系統配置情況。

特別地，在布設外場設備時應當特別注重以下幾點：1.對重難點路段予以足夠重視，尤其是特長隧道、大跨度橋梁、服務區、互通立交等位置應當采取針對性措施來進行加強。2.布置外場設備時應當協調好其與其他構筑物之間的關系，盡可能避免出現高填現象。3.平衡好外場設備、主體結構之間的關系，在此基礎上組織好橋隧工程中管道、預埋件的布置。4.結合當地交管部門的觀測數據來完善布局規劃，特別應當注重交調站的布置。

外場設備的供電方式

在目前實際工程建設中，外場設備的布置大多位于收費站、橋隧工程等位置附近，應當保證其與供電源之間的距離小于2.5km，且秉承就近原則取電用電。外場設備的供電一般可采取220V/380V的電壓。但在實際工程中由于外場設備布置密度的不同，許多設備的間距往往較大，這就導致設備實際的電壓大于設計值，尤其是對可變情報板德國功率較大的設備而言這一現象往往更為突出，在這樣的情況下項目能源消耗及運營成本將顯著提高。

對于這一問題，我國通常采用太陽能、風力發電的方法來進行彌補，同時這也需要技術人員能夠優化設備布置，基于實際條件選擇合適的供電方式。

收費系統的設計要點

收費管理模式

我國高速公路收費系統當前大多采用收費結算中心—地區收費分中心—路段收費分中心—收費站的結構。

在收費系統的管理上，主要有以下三種:1.分散管理。在這一管理模式下收費系統的工作主要由收費站承擔，而各級中心僅作為輔助及監管單位，對收費站的工作進行監督與指導。2.集中管理。集中管理即是將各項工作收歸分中心統一管理。3.局部集中管理。這是一類介于分散管理與集中管理之間的管理模式，將管理區間內分布較為集中的收費站集中起來由相近分中心管理，且分中心、收費站間僅對數據進行傳輸交流。

收費車道工作方式

1.入口車道。目前我國在入口車道設置的形式上主要可分為人工發卡、無人值守全自動發卡及電子不停車(ETC)三類。其中人工發卡作為傳統收費形式的重要內容，經過長期的發展已經形成了較為完備的體系與流程，具有良好的可靠性，能夠應對復雜化、多樣化的收費需求，但其對人力、物力的需求較大，運營成本較高；不同于人工發卡，無人值守全自動發卡具有一定的智能化能力，可以顯著提升車道的通行能力，并且降低IC卡損壞、遺失的風險，提升運營效益。但該種收費方式對于設備的要求較高，同時在車型判定上存在的一定的不足，可能導致作弊問題；ETC是目前我國高速公路收費中常見的一類方式，其能夠做到無需停車即收費，可以大大降低資源消耗、車輛磨損，同時提升高速公路的運載能力，綜合改善項目整體服務質量。所以，在目前我國高速公路收費系統中，大多選用“人工發卡+無人值守全自動發卡+ETC”的收費車道。

2.出口車道。我國目前在出口車道的管理上，對貨車、客車采取不同的標準，其中前者主要以重量作為計費依據，后者則按照車型、里程確定收費標準。

3.ETC車道。隨著智能化技術、互聯網技術的不斷發展，ETC車道逐漸成為了我國高速公路收費系統的重要組成部分，并逐步形成了跨省市區聯網的ETC網絡，顯著提升了高速公路運營的綜合水平。

基于我國ETC車道建設已有的經驗，對于縣級及以上公路匝道可按照一入一出的標準設置ETC車道。同時對于縣級以下、交通流量較大的公路匝道，可根據實際需求適當增設ETC車道。此外，在交通流量較小且車道小于二入三出設置的路段，可適當留出ETC車道的空間，為后續升級改造提供足夠的面積。

聯網收費路徑識別的問題

在高速公路收費系統智能化的過程中，路徑識別成為了一項重要的話題，也是制約收費系統進一步發展的關鍵因素，目前我國在路徑識別方面主要采用以下方法：1.概率識別。這一類方法主要有最短路徑法、協商發法及調查法等。2.精確識別。這一類方法主要有車牌識別法、射頻識別法(RFID)等。在具體工程中，大多需要組合采用多種方法，來達到精準化、合理化的目的。

路徑識別大多基于工程所在地交管部門的要求來統一確定，如需提升路徑識別的精度可在路段附近適當增設涉筆，所以在新建項目中應當基于實際需求適當增加工程成本。

通信系統的設計要點

管理體制

通信系統的管理一般遵循：各級通信中心—通信站的結構。

組網方案

通信網絡的構建主要有干線傳輸網和接入網兩部分。其中，干線傳輸網的搭建應密切聯系當地通信規劃及技術條件來確定。我國高速公路的通信系統中接入網大多選用基于SDH的綜合業務接入網技術。

與全省高速公路通信系統的聯網

各路段的通信系統作為地區路網通信的組成部分，在設計時應當考慮到路網整體的規劃需求，能夠形成準確、客觀的認識，明確各路段通信系統的主要意義，基于此來配置傳輸系統。

此外，在對高速公路通信系統進行設計時可對附近其他項目的建設情況進行調研，確保在道路交接位置能夠做到通信網絡的有效聯通，并應預留足夠的空間為未來長遠規劃奠定基礎。

供電照明的設計要點

供電方式

目前我國供電照明系統的供電模式主要可分為以下兩類：1.中壓供電模式?；陧椖垦鼐€橋隧分布情況將高速公路劃分為若干個供電區段?；诟鲄^段內的用電需求，引入若干路10kV外線來供給該區段內的用電需求，在進行中壓配電后可再次分出若干個出線回路。2.單點供電模式。這一供電模式也即就近供電，在提供一路10kV外線的基礎上，基于該路段的用電需求配置發電機組來作為備用電源供給系統正常運轉。

在設計方案匯總，對于不同的供電強度及供電區段，可選擇不同的供電方式，其可遵照以下原則進行確定：在設計開始前對建設沿線的電網分布進行調研，了解各個點位的負荷程度，同時基于項目用電需求與當地供電單位進行協調，確定供電來源、容量等，初步優化用電點之間的空間分布；對于電網分布較密集的地區，可采取就近取點的原則；而對電網分布較稀疏的地區，可建立起中壓網來滿足當地用電負荷；對于位置較為獨立的房建區域，可以選用電網單點就近供電模式。

結語

總體來看，機電系統的建設承擔著高速公路功能性，且其各項內容較為復雜，需要技術人員做好內外設備并優化接口，積極與當地主管部門進行協調溝通，確保設計方案的科學性、合理性為民眾提供更加優質的服務。