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1、智慧隧道的運營和管智慧隧道的運營和管理理 一、概述二、公路隧道機電系統設計三、隧道運管痛點和解決思路四、智慧隧道運管系統的架構五、智慧隧道運管系統的建設內容Contents目 錄一、一、概概述述一、概述我國隧道發展迅速，截至2019年底，全國公路隧道19067處、173.05萬米，其中特長隧道1175處，521.75萬米。其中絕 大部分集中于中西部山區，公路隧道事故率、傷亡率遠高于普通 路段，且救援困難；全國公路隧道每年耗電量高達382億度，費 用高達343億元，相當于燃燒掉1547萬噸標準煤，增加大氣溫 室氣體排放624萬噸。如何做到隧道安全與節能的統一，是我們隧道通風隧道照明隧道消防隧道供2、配電其它機電設施 設計人員的思考的問題。隧道安全運營經濟、節能、環保 制約因素重要措施二、二、公路隧道機電系統公路隧道機電系統設設計計二、公路隧道機電系統設計分段送排式通風半橫向式通風運 營 通 風 方 案全橫向式通風 本項目屬于僅限通行非危險化學品等機動車的一類隧道，防 災救援系統設計“以防為主，防消結合”的原則。排煙道排煙道二、公路隧道機電系統設計火 災 排 煙 方 案縱向排煙模式重點排煙模式下游煙下游煙氣氣機動車有害氣體排放量：汽車基準排放量的取值對需風量的影響較大。細則中的規定為自2000年起以每年2%的速度遞減，最高不超過30 年。近年來我國對汽車排放的控制越來越嚴，而規范對于遠期車3、輛排放 的取值過于保守。近些年來，根據部分隧道污染物的實測研究表明，其 數據與按PIARC的計算結果較為接近，而根據細則計算的需風量遠 高于國際道路協會(PIARC)標準計算值。隨著新能源車的推廣及國 標準的普及，屆時車輛排放排放情況將更為環保。建議按國際道路協會(PIARC2012)推薦的中國汽車污染物排放限值進行計算。二、公路隧道機電系統設計通風井受限：深埋隧道、水下隧道受到地形地質條件限制，通風井設置困難，或者造價過高，往往不能選擇在通風最優位置。近年來涌現的互補式網絡通風，靜電除塵技術，都能很好解決通風井受限問題。二、公路隧道機電系統設計互補式互補式通風通風靜電除靜電除塵塵火災排煙：目4、前公路隧道里程越來越長，給隧道通風及防災系統設計帶來了挑戰。重點排煙能有效控制煙 氣擴散，排煙效果好，但土建投資高。二、公路隧道機電系統設計重點重點排煙煙氣分層明顯排煙煙氣分層明顯重點重點排煙現場測試動畫排煙現場測試動畫縱向縱向排煙彌漫下游排煙彌漫下游 中央控制子系統 交通監控子系統 視頻監控子系統 設備控制子系統 緊急呼叫子系統 火災自動報警子系統二、公路隧道機電系統設計隧道監控隧道監控系統系統中央控制子系統中央控制子系統：是集數據通信、處理、采集、控制、協調、圖文顯示為一體的監控系統，能 在各種情況下準確、可靠、迅捷的做出反應，及時 處理、協調各系統工作，達到實時監控的目的。包 括：數據服5、務器、磁盤陣列、視頻管理服務器、各 子系統工作站、綜合顯示大屏、顯示器、視頻監視 視頻顯示器、打印機、以太網交換機、通信設備、網絡及線纜、電源、防雷、接地、機柜等。二、公路隧道機電系統設計可變情報板：隧道入口前200m300m；車行橫洞前1030m；可變限速板：隧道入口前50m100m；車道指示器：隧道出入口處、車行橫洞處，直線段間距不大于500米；交通信號燈：隧道入口聯絡通道前20m50m，含紅、黃、綠及左轉箭頭；車輛檢測器：隧道入口前及出口后200m300m；交通區域控制單元：監控設備集中處，按可靠、經濟原則確定。二、公路隧道機電系統設計交 通 監 控 子 系 統隧道洞外監控：隧道入口前16、00m400m；隧道洞內監控：直線段150m，曲線段120m；設備房及室內監控：變電所、風機房、車行橫通道、車人行橫通道、緊急停車帶；視頻事件檢測：洞口、緊急停車道、橫洞；二、公路隧道機電系統設計視 頻 監 控 子 系 統通風設備監控：射流風機、軸流風機；照明系統監控：隧道入口外、入口內各設置1臺光強檢測器，將其檢測數據作為對隧道的照明回路控制的依據；消防設備監控：消防泵、穩壓泵及閥組箱；供配電設備監控：電力監控。二、公路隧道機電系統設計設 備 控 制 子 系 統緊急電話：隧道內每隔200米設置1套，隧 道外距隧道洞口10m設置1套；有線廣播：隧道內每隔50米設1只20w的強指向性揚聲器，每個7、隧道口設1只30W 的強指向性揚聲器。二、公路隧道機電系統設計緊 急 呼 叫 子 系 統手動報警設備：手動報警按鈕每隔50m設置1處；自動探測設備：線性光纖感溫探測器、點型紅外火焰探 測器或圖像型火災探測器；聲光警報器：隧道內每隔50m設置1處；隧道入口前 50m250m設置；聯動控制：對隧道各個專業子系統之間進行聯動控制，可以迅速綜合利用隧道內交通監控、通風、照明、消防 等各個專業子系統的設備，實現隧道各個專業子系統之二、公路隧道機電系統設計火 災 自 動 報 警 系 統間的聯動。二、公路隧道機電系統設計設備系統多樣，無法統一管控人工信息流轉，處置效率低下監測數據孤立，缺乏全局視角告警信息冗8、雜，影響判斷決策照明分段：特長隧道照明可劃分為入口1段、入口2段、過渡1段、過渡2段、過渡3段、中間段1、中間段2、出口1段、出口2段、引道照明及洞口接近段減光設施。公路隧道洞外取值一般根據公路隧道照明設計細則表4.2.1取值。洞外亮度：公路隧道洞外取值一般根據公路隧道照明設計細則表4.2.1取值。一般特長隧道洞口通過對洞口山坡進行綠化或者洞門結構進行減光處理，盡量降低隧道洞口的洞外亮度。二、公路隧道機電系統設計燈具選擇：熒光燈：熒光燈內壁中涂有熒光粉，白熾燈發光效率的3-5倍；低壓鈉燈：發射波長為589.0nm和589.6nm的單色黃光，發光效率高，對比度好；高壓鈉燈：發出黃-金白色的光，優9、點是顯色性好、光效高、透霧力強;LEDLED：使用年限長、光通利用率高、功耗低，有很：使用年限長、光通利用率高、功耗低，有很好的顯色指數、輻射程度低。為目前隧道照明設計主流燈具好的顯色指數、輻射程度低。為目前隧道照明設計主流燈具。二、公路隧道機電系統設計全LED照明照明控制：手動控制：工作人員可以根據現場實際情況對各個照明回路分別控制；時序控制：分為早晨，白天，傍晚，夜間，深夜五種模式，在設定標志時間后控制系統在不同時序條件下開 啟相應的照明回路；天氣模式：分為晴天、云天、陰雨天。天氣模式下早晨、白天和傍晚以設計要求開啟相應的照明回路，夜間 和深夜以時序模式。調光控制：隧道照明燈具采用亮度可調10、型LED燈具。調光器應通過屏蔽雙絞線(或通信系統)與監控室的照明 控制計算機相連實現對燈具調光、開閉的遠程控制。二、公路隧道機電系統設計隧道隧道照度檢照度檢測器測器照度檢照度檢測器測器 遮光棚應用欠合理：采用遮光棚減少洞外亮度對照明投資與運營支出的影響，是常用 的措施。然而，如何確定遮光棚的長度，達到全壽命期的成本最小，雖然有研究成果，但推廣不力；隧道內沒有裝飾材料：隧道內的裝飾材料能產生較好的光漫反射，這樣可以提高燈源 光線的利用率，達到節能減排的要求。公路隧道內裝材料的類型主要是混凝土、涂料(漆料)、面磚、復合材料鋁板、纖維混凝土板、搪瓷鋼板等六種，可根據現場情況實時 改變內裝材料。燈具調11、光：市場燈具產品參差不齊，大部分無法實現平滑調光。二、公路隧道機電系統設計 其余負荷 應急照明、電光標志、交通監控設施、通風及照明控制設施 緊急呼叫設施、火災檢測、報警、控制設施、中央控制設施 消防水泵、排煙風機 通風風機、消防補水泵 非應急的照明設施二、公路隧道機電系統設計特一級負荷一級負荷二級負荷三級負荷負 荷 分 級雙重電源外部電源+應急柴油發電機組消防電源/不間斷電源二、公路隧道機電系統設計雙重電源外部電源+應急柴油發電機組兩回路電源特一特一級負荷級負荷一級負荷一級負荷二級負荷二級負荷兩端電源單環方案：隧道兩端洞口各設置變電所一處，隧道洞內設置配電橫洞。兩端洞 口變電所各引入10kV外12、部電源一路；單端雙電源單環網：隧道兩端洞口各設置變電所一處，隧道洞內設置配電橫洞。單端洞 口變電所各引入兩路10kV外部電源。隧道埋地變方案：隧道單端洞口變電所引入10kV電源，隧道洞口沿線設置埋地變為隧道沿線負荷供電。二、公路隧道機電系統設計供 電 方 案 特長隧道因負荷等級較高，容量大，要求獲得兩路不同外部電源，采用專線供電。在電力資源缺乏地 區，難以實現，第二路獨立可靠電纜難以獲取或者外部電源投資高。受供電傳輸距離限制，隧道需在隧道內間隔一定距離設置變配電節點，因隧道內運行環境惡劣且無人 值守，變電所內電氣設備、電纜接頭、電纜等設施相對更容易發生老化和運行異常的事故。變配電節點個數較多，13、用電設備龐雜，對于高低壓設備的繼電保護配置，保護設備的上下級配合要求 高。特長隧道配電選用電纜供電，容性電流比較大，需要增加電抗補充。高海拔隧道空氣稀薄，空氣絕緣間距增大，需考慮設備安裝空間；高海拔隧道設備需考慮降容；特長隧道洞內變電所維護不方便，需實現供電的自動化。二、公路隧道機電系統設計水噴霧水泵接合器泵房 主要包括：室外消火栓，室內消火栓，水成膜泡沫滅火裝置，滅火器，消 防管網，高、低位水池，消防泵等。二、公路隧道機電系統設計消火栓二、公路隧道機電系統設計恒高壓系統設計圖二、公路隧道機電系統設計穩高壓系統設計圖對于高嚴寒高海拔隧道消防系統的防凍問題難解決，洞內管道及洞外消防水池等需要考慮14、可靠的防凍措施。消防系統盡可能采用穩高壓供水系統，以盡量減少洞外供水設施的數量，減少凍結點。因洞內溫度比洞外高，在有條件的前提下，建議消防水池及消防泵設置于洞內橫通道內。洞內管道建議采用國際知名品牌廠家的電伴熱系統，以確保系統正常運營并達到較好的防凍效果。二、公路隧道機電系統設計三、三、隧道運管痛點和隧道運管痛點和解解決思決思路路 隧道設施種類復雜多樣，對隧管人員技術綜合性要求高；隧道養護科目多要求高，日常工作量非常大且責任重大；隧道易發生安全事故、重大事故占比高、二次事故率高；隧道主體結構復雜，事故后疏散救援工作難度大易出錯；橋隧比高的管理處，難以時刻掌控隧道整體的運行狀況，對及時發現重大事15、故不 利；隧道機電設施體制各異，未形成聯動，信息孤立難以綜合研判，難以發現隱患；隧道機電智能化自動化程度低，完全依賴人員進行觀察判斷，工作量大易疏忽。三、隧道運管痛點和解決思路痛痛點點解決解決思路思路層次層次/形形態態隧道內機電系統之間無法聯動在同一本地網絡中承載所有機電設施(包括視頻)，用一套隧道本地節點、隧管所主控制系統進行管控，將各機電系統進行業務邏輯關聯，形成一點觸發多點聯動本地統一接入、邊緣計算與控制隧道內機電設施自動化程度低將隧道內發生的事件(交通、環境、結構)按照小微事件、一般事件和重大事件進行分級分類。小微事件通過預置邏輯進行自動處置；一般事件經過人工確認后自動處置；重大事件須16、經人工啟動應急預案邊緣智能與中 心智能的結合隧道內機電系統智能化程度低將隧道內機電傳感和狀態數據就地進行研判，包括對視頻進行就近分析，提升本地系統的智能研判能力，形成 “感知、研判、聯動”的本地閉環邊緣計算與智 能三、隧道運管痛點和解決思路痛痛點點解決解決思路思路層次層次/形形態態隧道內機電系統網絡割裂建設 建設維護成本高建設本地統一接入網絡本地統一接入 網隧道內機電系統網絡時效性、可靠性、帶寬保障性差引入強QoS保障的確定性網絡技術，保障數據及時到達、確 保數據可靠到達、保障帶寬不被擠占TSN網絡視頻流突發性高、易導致擁塞、擠占同通道其他業務，引起數 據丟失普通以太網接入和訪問安全性 差，不17、受控的訪問機電設備易 導致安全和擁塞問題采用路由與安全控制網絡，規劃路由路徑、定義安全策略SDN網絡二、隧道運管痛點和解決思路痛痛點點方案方案層次層次/形形態態隧管所無法統一集中監控本地 所管轄隧道，多系統切換效率 低易出錯在隧管所引入主控制系統，將隧道內所有機電設施通過本地 統一接入接入到主控制系統，通過可視化的方式統一監視和 管控隧道隧管所主控制 系統監控中心無法時刻全局掌握所 有隧道運行狀態，導致管理者 無法第一時間發現重大事故，啟動預案在監控中心引入隧道綜合監控平臺軟件系統，通過高分可視 化手段在大屏上綜合展示隧道運行狀態、警示重大事件、指 揮現場處置；依據應急預案，通過數據綜合研判，18、自動生成 應急處置方案，快速應對突發事件隧道綜合運管 平臺三、隧道運管痛點和解決思路四、智慧隧道運管系四、智慧隧道運管系統統的架的架構構以 保 障 隧 道 安 全暢 通 為 導 向，挖掘 隧 道 已 有 機 電設 施 價 值，提 升隧 道 機 電 系 統 品質，實 現 隧 道 運營管理智慧化。四、智慧隧道運管系統的架構四、智慧隧道運管系統的架構研判分析，支撐處置研判分析，支撐處置決決策策邊緣智能，多維精準邊緣智能，多維精準感感知知分級管控，保障安全分級管控，保障安全暢暢通通五、智慧隧道運管系五、智慧隧道運管系統統的建設內的建設內容容洞口行車安全保障 能見度檢測 路面結冰檢測 路面障礙物檢測入隧19、車輛建檔 車牌、車型、軸型、車溫、兩客一危、車臉照片、過車 視頻在隧車輛跟蹤 智能攝像機(視頻+牌識)洞內作業安全保障 智慧錐桶 路面激光投影誘導 超遠距逐級提示誘導智慧隧道運管系統的建設內容邊緣計算加持下的多維感知多種智能感知和保障設備五、l 空間車輛測溫儀安裝于隧道口兩側，對入隧車輛溫度進行篩查，及時發現起火 隱患的車輛。安裝于隧道口上方，依靠視頻+抓拍+ETC多模式識別入隧車輛，拍攝過車視頻、抓拍車臉照片、讀取OBU/CPC信息，建立車牌、車型、軸型等入隧車輛檔案。智慧隧道運管系統的建設內容邊緣計算加持下的多維感知入隧車輛建檔l 智能車輛識別儀五、l 智能攝像機等間隔安裝于隧道內，依靠視20、頻+抓拍識別在隧車輛。由邊緣智能控制器ECN根據數 據時序和上下游位置關系實現車輛跟蹤，建立交通流模型，發現單車或車流異常。智慧隧道運管系統的建設內容邊緣計算加持下的多維感知在隧車輛跟蹤五、l 能見度檢測、路面結冰檢測、路面障礙物檢測重點檢測影響行車安全的低能見度和路面結冰、障礙物等情況。智慧隧道運管系統的建設內容邊緣計算加持下的多維感知洞口行車安全保障五、l 智慧錐桶通過具有高精度定位能力的智慧錐桶精確界定施工現場的邊界，自動聯動交通誘導系統，對后方車輛形成警示和誘導，以工地的安全監控為主旨，提供施工區域的智慧管理。l 智慧車道指示器/路面激光投影誘導除具有綠箭紅叉指示外，還具有可切換的激光21、投影功能，可將警示信息醒目投射于路面，引起司機注意。智慧隧道運管系統的建設內容邊緣計算加持下的多維感知洞內作業安全保障五、智慧隧道運管系統的建設內容邊緣計算加持下的監測控制1.交通/環境監測2.交通誘導3.隧道照明4.隧道通風5.邊緣智能控制器和中心智能控制柜 全業務接入 超強算力 小微事件現場閉環 可靠操控 極簡配置 多網絡協議兼容 可靠鏈接配置分析 研判聯動五、監控3421l 安裝于隧道側壁設備箱內，每100 150米布設一臺，與隧道內監控攝像 機同址。l 具有多種接口，能對所有類型的感知和控制設備就近接入，分區段管理。l 內置邊緣計算模塊，配以智能交通操作系統，能對接入控制器的視頻進行 22、AI智能分析，對不同設備產生的數據進行時空關聯和業務融合，實現對所 管區段的交通監測和環境監測，及時、準確發現并上報異常事件。l 不同智能控制器之間能實現數據共享和協同聯動，共同完成在隧車輛跟蹤、交通流建模，以及在處置突發事件時進行交通誘導和設備控制。l 內置TSN(時間敏感網絡)交換模塊，能構建起一套大帶寬、高確定性、高可靠的工業網絡，保障所有業務數據的實時、可靠傳輸。l 能對接入的視頻轉碼，轉碼視頻傳輸至隧管所/變電所集中后能滿足視頻 上云、發布等需求。l 能對接入設備的運行狀態和業務數據完好程度進行監測，及時上報設備故 障和業務中斷異常。智慧隧道運管系統的建設內容邊緣計算加持下的監測控制23、邊緣智能控制器ECN五、l 安裝在隧管所/變電所內，與隧道內智能控制器構成完整的隧道智能控制 系統。l 內置邊緣計算模塊，配以智能交通操作系統，協調不同智能控制器之間的 數據共享和協同聯動，匯總各區段監測數據，形成所管隧道完整的交通監 測、環境監測情況，及時上報異常事件至監控中心智慧隧道運管平臺。l 內置TSN交換模塊，保障所有業務數據的實時、可靠傳輸。l 內置視頻上云網關服務，匯聚轉碼視頻后，可完成視頻上云。l 能對各智能控制器收集的設備運行狀態和業務數據完好程度進行匯總和分 析，及時上報設備故障和業務中斷異常。l 配有觸控顯示屏，能在隧管所/變電所方便的對隧道交通情況、環境情況、機電系統運行情況進行巡檢，在處置突發事件時進行交通誘導和設備控 制。智慧隧道運管系統的建設內容邊緣計算加持下的監測控制中心智能控制柜CCN五、五、智慧隧道運管系統的建設內容邊緣和中心智能結合的分級管控現場智能控制系統和智慧隧道運管平臺智慧隧道運管系統的建設內容數字映像五、智慧隧道運管系統的建設內容智慧處置五、讓世界更暢通讓世界更暢通 讓生活更美好讓生活更美好 讓城市更宜讓城市更宜居居