高速公路隧道機電工程關鍵設施檢測技術

文／陳文君 廣東交科檢測有限公司 廣東廣州 510550

引言：

近年來我國的高速公路網絡越發完善，各種高速公路在投入使用后為國民經濟創造了較大財富。但由于高速公路的線路較長，常常建有大量隧道，因為其結構特殊，再加上空間封閉、光照不佳，為保障車輛在隧道中的通行安全性，有關部門需建立高質量的隧道機電工程，配置照明、消防、監控、通風等設備。如隧道機電工程中設備出現問題，將增大通行風險，從安全性角度有必要進行設施檢測，合理應用先進的設施檢測技術評估設施性能。未來的隧道機電工程中需繼續研究全新的設施檢測技術。

1.工程概況

某高速公路南段，其全長150km，為雙向六車道設計，設計時速120km/h。在此高速公路項目中，隧道機電工程為重要構成，隧道機電設施包括視頻監控系統、緊急電話、廣播系統、環境檢測設備、誘導設施、通風設施、消防設施、隧道照明、本地控制器、供配電設施等。

2.高速公路隧道機電工程的設施類型

2.1 隧道照明設施

高速公路中的隧道路段不同于常規路段，其空間狹小，現場地形地質條件復雜，光照不佳，大部分情況下隧道內無自然光照。如車輛在隧道中通行時照明條件不佳，極易造成交通事故。為減弱駕駛員進出隧道時的黑洞、白洞效應，需給隧道設置專門的照明設施，使隧道光照符合通行要求。但由于隧道環境特點，相關人員在配備照明設施時需考慮實際情況[1]。從隧道空間構造出發，照明系統內應包含人橫洞照明、引道照明、主洞照明。另外，考慮到突發事故下的照明要求，還需在隧道內安裝應急照明設備。在選擇隧道照明設施時，主要需考慮以下要求：（1）光照度要求，全面考慮隧道結構形式、車速等因素，給不同位置選擇符合光照度要求的照明設施。（2）能效要求，應優先采用能符合照明要求、能耗較低、壽命較長的設施。（3）可靠性要求，保障照明設施在投入使用后的故障率較低。

2.2 隧道通風設備

高速公路項目中為降低隧道成本，在前期的設計與施工中往往未給隧道預留足夠的空間。當汽車進入隧道后，行駛過程中將伴隨著較多的尾氣與粉塵，如隧道通風不佳，將導致尾氣、粉塵等長時間聚集在隧道內，影響隧道內的空氣質量。因此，為保障隧道內的空氣循環，減小尾氣、粉塵等對各種機電設備的影響，必須在隧道內安裝通風設備。為提高新風供應的穩定性，在新風機組進風口位置應安裝電動密封閥，機組停機時該密封閥同步關閉；循環機組新風支管上應設置電動雙位機械式定風量閥，只要某一系統保持最佳的運行狀態，其對應的新風電動雙位機械式定風量閥將打開，處于最大新風量位置，機組送風機進行變頻調節，達到所需風量要求，同步啟動排風機，維持隧道內的空氣循環[2]。在選擇隧道通風設備時，主要需關注風量要求，此階段需分析隧道的長度、橫斷面積、交通流量等因素，保障通風設備在投入使用后能為隧道提供足夠的風量，滿足通風要求；噪聲規定，通風設備應保持低噪音，避免運行時噪音過大；能效要求，選擇節能型通風設備。

2.3 隧道消防系統

高速公路隧道機電系統運行中，常常因操作、環境等因素而誘發火災事故，引起人員傷亡與經濟損失。為此，高速公路隧道中也需從消防安全角度設置消防指示燈，采用先進技術建立消防系統，即使隧道中出現火災隱患或者發生安全事故，人員也能依據消防指示燈快速撤離現場，由消防系統自動發送預警信號并啟動滅火裝置，在最短的時間內消滅火災，減小危害。在設計隧道消防系統時，相關人員需分析火災威脅及火勢擴散情況，設置水平疏散區域、垂直疏散區域，在關鍵區域配備消防設施。

2.4 隧道監控設備

與一般的公路相比，高速公路上的車流量較大，車輛行駛速度也較快，發生交通安全事故的幾率較高。為提高高速公路隧道安全性，隧道機電工程中需配備監控設備，建立不同監控設備之間的關聯關系，形成現代化監控系統，由此系統監控隧道中的車流量、車輛行駛、設備運行等情況，在出現異常情況時及時處理。隧道監控系統中集成了多種監控設備，還能在監控系統與其他機電設備之間建立聯系，實現全方位監控，有關部門可依據監控結果制定相應的工作方案。

3.高速公路機電設施檢測重點

3.1 整體運行狀況檢測

高速公路隧道機電工程中包含的設備種類較多，任何一種設備出現運行問題，都將影響通行安全性。結合當下隧道機電系統的構成情況，基本實現了照明、監控與通風，在檢測設施時應重點檢測各種設施的整體運行情況。整體檢測與評估中應從更為全面的角度分析每一設施的可靠性、靈敏度，如每一設施的狀態良好，在隧道中出現突發問題時，不同設施之間可加強配合，發揮每一設施的功能優勢，保障響應速度。針對設施的整體運行狀態檢測，有關人員在日常需經常性組織模擬活動，通過計算機來模擬、檢驗隧道機電子系統、各種機電設備的運行情況。信息時代到來后，在隧道機電工程的設施檢測中可采用的技術越發多樣，借助計算機技術建立的監控系統，可全天候、全方位監測，將監控結果以可視化的方式呈現，有關人員在接收了這些信息后，能全面、準確掌握隧道情況，減少事故；交通信號燈能發送信號信息，在特殊時段內有序疏散交通；環境監測系統能動態分析隧道風速、風向、風量等，將這些數據作為調整和控制設備的依據。

3.2 預防性檢測

隧道機電系統運行中，能通過預防性方式減少事故。為此，為提高機電設施的運行效率，有關人員在日常需開展各種預防工作，監控設備參數，從整體與細節角度分析設施的運行情況，做到問題的早發現、早處理。日常的維護檢修工作中，有關人員需保持認真嚴謹的工作態度，一旦發現機電設施的問題，需及時向相關部門上報，及早調試與維護。另外，有關部門需根據行業內對隧道機電工程的要求，建立完善的機電維護管理體系，形成以周、月、年為周期的檢查方式，并依據機電設備設施類型選定檢測內容及方法。在完成維護檢修工作后，相關人員需全面整合已有的檢修數據，以數據為基準判定設備的可靠性，在日常進行預防性檢測，及時發現問題。

4.高速公路隧道機電工程關鍵設施的檢測要點

4.1 外觀及內業資料檢查

針對隧道機電工程的設施檢測，外觀與內業資料的檢查為基礎性工作。在外觀檢查中相關人員需分析機電工程設備機箱的安裝水平，并同步檢查電力線、信號線、防雷、接地、安全保護等工藝、技術、流程等是否符合行業規定；內業資料檢查主要需保障全部設備的各方面資料完整且準確，如不僅應包含設備采購、驗收階段的資料，還應包含施工和監理資料。

4.2 隧道監控系統的檢測

4.2.1 車輛檢測器車速和車流量相對誤差

在檢測隧道監控系統時，相關人員需遵循行業標準確定車輛檢測器車速、車流量的相對誤差。具體的檢測過程中應參照標準中的交通量、車速計數精度規定，測量車速誤差需將一輛車作為一個樣本，計算每輛車瞬時車速的雷達測速儀測量值、檢測器測量值的誤差，按照要求獲取了檢測結果后，計算全部樣本的平均值。

4.2.2 閉路電視監視系統視頻傳輸通道

隧道機電工程中的設施運行情況，在很大程度上與視頻傳輸通道有關，這一通道能否符合行業規定，關乎數據、圖像信息傳輸的效率與安全。在檢測過程中在視頻通道輸入端應連接數字信號發生器，同時在視頻通道輸出端安裝數字視頻檢測儀，由該儀器檢測傳輸通道的輸出量誤差大小。為得到相對準確和可用的數據，在前期安裝好設備并做好連接處理后，需從輸入端開始發送高清多波群信號或者sin/x 信號，由檢測儀器獲取傳輸通道的幅頻數據；發送高清五階梯波信號，檢測傳輸通道的非線性失真情況；發送高清晰度彩條信號，檢測信號時延差[3]。

4.2.3 緊急電話與有線廣播系統

高速公路隧道中經常出現各種突發情況，為確保發生問題后能第一時間與外界聯系，必須在隧道內安裝緊急電話。結合實際情況，隧道緊急電話一般都同步設有有線廣播系統，現有的相關標準中常將緊急電話與廣播作為一個分項，在檢測過程中統計場外緊急電話分機數量即可。在檢測“分機音量”、“廣播音量”時，一般需執行《高速公路有線緊急電話系統》（GB/T19516-2017）中的測定流程及方法。檢測廣播音量時，在廣播喇叭正前方1m位置配備聲級計采集音量信息；獲取分機音量信息時，需在揚聲器正前方0.4m 位置安裝聲級計。

4.2.4 隧道環境

車輛在隧道中通行時常常伴隨著尾氣排放，再加上隧道自身的環境，其環境中的一氧化碳等污染物的含量較高。為保障隧道環境，機電工程中常配有專業設備，檢測隧道環境時應利用專門的儀器測定煙霧、CO 等的濃度，并同步分析照度、風速、風量等信息。檢測中很多指標都需利用現代傳感裝置來采集數據，為降低檢測結果與實際的誤差，檢測之前應根據待檢測項目選定傳感器類型，并將這些傳感器安裝在恰當位置。

4.2.5 隧道視頻交通事件檢測系統

高速公路隧道機電工程中的視頻交通事件檢測系統，可在車輛通行過程中自動測定交通事件，捕捉與交通安全、車輛行駛有關的數據及圖像，在此過程中不采集在交通參數數據。

4.3 隧道通風系統的檢測

4.3.1 射流分機

為滿足隧道通風要求，一般在隧道的正上方往往安裝有射流分機，這一設備的安裝難度較大，為提高射流分機的運行效率，有關人員在前期的工作中需遵循安裝規范，由專人檢查預埋件隱蔽工程資料、風機拉拔檢測報告。在檢測射流風機這一關鍵設施時，風機平均風速為重要指標，行業內的相關標準中對這一測量方法、流程等都有相對清晰的規定。為提高檢測規范性，有關人員可將隧道斷面細分為16 個測試區域，統計通風系統的運行情況，啟動風機，當其風速相對穩定后，取各點3 次測試的平均值，此結果即為該斷面對應測點的風速。

在測定風速時為控制偏差，應重點關注以下要點：當隧道通風系統設計工況達到要求時再啟動風機，與此同時，隧道斷面流場符合均勻性要求時方可進入檢測環節，一般在風機開啟0.5h 后再測試；隧道車行橫洞、人行橫洞的開閉情況對檢測結果有直接影響，在檢測期間相關人員需密切關注這些的開啟和關閉情況；合理控制風機安裝高度；配備激光測距儀，將該儀器規范安裝于風機正下方位置[4]。

4.3.2 軸流風機

隧道中還常常安裝有軸流風機，這類型風機在運行中的能耗較高，針對其運行特點，需檢測該設備的風速調節、風閥啟閉、葉片角度調節、控制等功能，以評估此設備的運行狀態。

4.4 隧道照明系統的檢測

照明系統是為了保障隧道的照明情況，為車輛通行創造良好的通行條件。現階段在高速公路隧道中，可選擇的照明設備設施相對較多，再加上有計算機技術等的支持，可構建性能穩定、功能齊全的照明系統。隧道機電工程關鍵設施的檢測中，有關人員需根據要求檢測照明系統，及時發現照明設備的問題。針對照明系統的檢測，應通過亮度半封閉測量法獲得數據，對于公路隧道的入口段、過渡段、中間段、出口段等特殊位置，均應選擇100m 作為檢測對象，縱向間隔5m，橫向間隔每車道3 點的方式來布置測點，獲取每一測點的亮度值。功能性檢測方面，需檢測每一回路的照明情況。

4.5 隧道消防系統檢測

4.5.1 手動火災報警系統

隧道消防系統的手動火災報警子系統，因為為手動操作，關鍵應考慮其人工操作便捷性和靈敏度。檢測過程中應測定管理站警報器的音量，并保障在手動按下報警按鈕后能觸發警報器，在檢測音量時需在特定位置安裝聲級計，而在后續按鈕按下后的啟動操作檢測中，則需進行多次重復操作，評估其響應水平。

4.5.2 自動火災報警系統

自動火災報警系統的自動化程度較高，當此系統識別到火災隱患后，可第一時間發送預警并同步啟動相關裝置滅火。針對火災探測響應的檢測，火盆法相對適用，具體的檢測過程中需執行行業規范，在現場開展點火試驗，在此試驗中記錄火災檢測器的響應時間，試驗過程中有關人員需按照要求完成防護工作[5]。

4.5.3 電光標志

高速公路隧道中的光電標志屬有源標志，對減小隧道火災或者其他事故損失、引導現場人員有序撤退具有重要的意義。依據當前隧道中的電光標志情況，多以疏散指示標記、消防設備指示標記為主，在檢測期間需關注這些標志的亮度，利用分光色度計采集數據。

4.5.4 消防設施

隧道消防系統內配備有多種消防設施，這些不同類型的消防設施被安裝在不同位置，在面臨火災威脅時有關人員可從這些地方取用消防設施，快速滅火。隧道機電工程的設施檢測中，對消防設施的檢測十分關鍵，因為一旦隧道內配備的消防設施存在性能、功能等方面的問題，將影響隧道防火能力，在火災出現后易因為消防設施質量缺陷而引起重大傷亡。在檢測消防設施時，應檢測設施的安全防護能力、用水設施的水壓參數。功能性檢驗方面，需檢測滅火器、消火栓等在火災條件下能否正常使用，有關部門需經常性組織應急演練，在演練中評估這些消防設施的使用性能。

5.高速公路隧道機電工程的設施管理措施

5.1 構建運維管理平臺

5.1.1 設備全生命周期管理

隧道機電工程中包含多種設備設施，在保障這些設施的正常使用，發揮各自的功能優勢，在日常的工作中有關部門需采取智能化管控措施，引入數據庫技術，建立全生命周期管理體系，做好不同環節的精細化管控。

5.1.2 BIM 三維可視化運維

信息時代到來后，針對各項管理工作，可采用的技術越發多樣。在高速公路隧道機電工程的設施管理中，有關部門可嘗試采用BIM 技術，建立三維可視化模型，模擬各種機電設備、設施的運行過程，依據模擬結果采取切實可行的運維措施。

5.1.3 高效移動端管控

在管理高速公路隧道設施時，移動端管控的優勢明顯，這一管理模式下需利用手機、PAD 等手持終端隨時查看機電設備的運行情況，及時發現機電設備的故障。另外，利用這些手持終端同樣能掃描查看設備廠商、維修手冊、備件庫等方面的信息，以通過整合這些信息來維護、檢修設備。

5.2 全面分析設備故障成因

高速公路隧道機電設備在長期使用的過程中，可能因環境、操作、老化等出現各種故障，如在日常未注重設備的故障檢測、分析與處理，將導致許多故障的處理不夠及時，在故障發展到后期再處理，設備運行風險大大提高。為此，在當前的條件下為促進設施設備管理，相關人員必須做好故障的分析、檢測，總結每種設備、每一種故障的發生頻次、原因、維修措施，形成文字或者電子維修資料，在后續有需要的情況下直接調取這些資料，輔助實際工作。一些機電設備的使用頻次高，且已投入多年，對于這類型設備需加大故障檢測頻率，及時發現和處理問題；新引進的機電設備，應為其配備巡檢系統、紅外線測溫儀等先進設備，自動分析和評估設備的運行水平，整合設備的運行數據，自動發現風險并標記故障數據，方便專業人員分析故障原因。

5.3 建立故障響應機制

為保障高速公路隧道機電設備出現問題后能快速處理，有關部門需總結工作經驗，逐步建立故障響應機制。在建立這一機制時主要需注意以下方面：（1）建立故障檢測數據庫，在該數據庫中存儲日常的設備檢測、維修數據，保障設備數據的完整性與準確性，幫助相關人員從整體性角度分析機電設備的運行情況。（2）診斷分析，定期、不定期診斷機電設備的運行情況，分析設備溫度、能耗、功能等，評估其性能。

結語：

隧道機電工程為高速公路中的重要構成，在當下行業發展的過程中，相關部門必須重視隧道機電設施的檢測，遵循行業規范確定檢測內容，選擇先進的檢測技術，構建現代化檢測技術體系與路徑。