高速公路隧道机电系统优化设计新思维

高速公路隧道机电系统优化设计新思维

吴国骏

广州航天海特系统工程有限公司广东省广州市510000

摘要：随着我国综合国力的不断提高，我国的交通运输行业得到飞速发展。高速公路数量不断增多,而隧道通风、照明、消防、供配电等机电设施的合理设置直接影响着隧道运营安全与节能。目前,各类规范、标准与工程实际需求不相适应,对各种理念、新型节能技术在实际工程中的应用产生了影响,使得公路隧道机电系统出现了利用率低、能耗高等问题。

关键词：高速公路；机电系统；优化设计；通风系统

引言：

人们对于节能环保的意识越来越强，因此，需要对高速公路隧道机电系统进行创新设计,以建立节能、环保、高效、安全的隧道运营环境,获取良好的经济效益及社会效益。该文就高速公路隧道机电系统的创新设计进行了探讨。

1高速公路隧道空调系统创新设计

1.1隧道通风系统优化设计

在配置风机功率时对正常通风工况以及火灾工况下的射流风机功率配置进行了考虑。在进行风机布置时，各隧道射流风机每两台为一组，安装在隧道建筑限界以外，尽量远离拱顶的位置。每台风机由风机供货商提供的安装附件焊接在隧道二次衬砌的风机安装支架上，射流风机选用准1120型可逆射流风机，电机功率30kW。电源为三相380V，每台风机单独从风机总配电箱的低压出线回路引一路电源，风机控制点位于风机配电箱内。在隧道内风机附近设置风机配电箱，内设负荷开关，用于风机维修时切断电源，以确保安全。

2高速公路隧道照明系统节能创新设计

2.1合理计算隧道洞外亮度

隧道洞外亮度是驾驶人员接近隧道洞口时表现的亮度，实践证明如果隧道洞外的亮度过大，则对于隧道亮度的要求较高，因此基于节能考虑需要减小洞外亮度。因此在高速公路施工设计中要尽可能降低隧道洞口的高度，经数据分析得，若把洞外亮度参数有4000cd/m2降低为3000cd/m2，可使照明费用降低25.4%。

2.2选择具有节能性强的照明灯具

一般公路隧道内的灯具基本上处于长期工作的状态，因此对于隧道内的照明灯具而言具有较强的使用寿命要求，一般隧道照明灯具主要选择高压钠灯、无极灯以及LED灯。高压钠灯虽然具有使用寿命长、光通维持率高的特点，但是其属于高强度的气体放电灯泡，其耗电量比较大，而且市场价格相对比较高，因此在公路隧道照明系统中此种照明灯具不具有节能性。虽然无极灯具有一定的节能性，但是其寿命相对较短，光效问题也不理想，因此在公路隧道照明灯具选择上目前倾向于LED灯。LED灯具有：寿命寿命长；LED光源显色指数高，显色性好，能很好的还原物体的实际色彩；LED灯抗震性好，运输便捷。固态封装，属于冷光源类型。所以它很方便运输和安装。

2.3隧道照明灯具的优化布置

隧道灯具的优化配置也是实现节能效果的重要举措，例如目前隧道照明灯具有的选择三排的安放位置或者采取并排的安放位置，因此根据隧道的结构选择合适的灯具布局是节能设计的重要内容：首先要对隧道内的路面照明强度进行计算，根据照明强度对照明灯具的布局进行优化，一般情况下，照明强度越大，行车视距就越远，车辆行驶就越安全；其次要对照明灯的安装角度进行计算。一般隧道灯的安装角度关系到照明的空间，因此需要结合隧道内部结构对安装角度进行计算，以此达到节能的效果。

2.4公路隧道照明控制系统

公路隧道照明系统的控制系统是整个节能系统的关键，目前公路隧道照明系统的控制系统主要包括：逻辑开光法和无极调光法。通过二者对比无极调光法是节能效果最好的一种方法。

其原理为：无极控制结构主要是根据隧道内车流量、车速信息以及隧道洞外亮度等建立各区段的亮度数学模型，以此实现对隧道内灯具的自动调光控制，例如当隧道内没有车辆通过的时，隧道内的灯具就会自动降低，从而实现节能。

其具体的智能控制策略为首先对控制系统各模块进行初始化，对车辆信息以及亮度信息等进行采集，根据采集的信息判断是否启动相应的控制。如果系统处于自动控制系统，需要根据隧道是否处于正常的状态，如果隧道系统处于不正常的状态，需要启动特殊的控制程序，并且实施报警结束程序。如果状态正常，直接调用计算机无级调光控制程序，输出调光指令，完成一次调光；判断是否有外界触发停止程序，如果没有，间隔3-5min重新采集数据，如果有，结束程序。将建立的数学模型和系统控制流程转化为相应的控制程序，嵌入到照明控制计算机中，即可实现隧道照明系统亮度的无级调控。

2.5使用隧道诱导技术

诱导技术就是通过应用反光道钉、光电隧道诱导标和特殊灯光带增强照明效果，消除驾驶疲劳。一般在公路隧道中应用反光道钉主要是在隧道路面和轮廓处使用，其主要目的就是分辨道路的轮廓和指明前进方向。由于反光道钉采用了最先进的大面积立方棱镜式反光片，从而提供了极大的可视性；电诱导标照明系统具有能耗小的特点，但是其容易被污染，因此需要经常擦洗，其重要起到警示作用，主要安装在道路两侧的电缆沟侧壁上，具有良好的照明警示作用；公路隧道的特殊照明灯光带在起到相关作用的同时还起到特殊景观带的作用。

3高速公路隧道监控设施设计

3.1计算机系统：监控中心计算机局域网采用星形拓扑结构，由系统主机（服务器）和客户机（门禁管理计算机、备份计算机、查询计算机、交通监控计算机、视频控制计算机、视频事件检测计算机、通风消防照明控制计算机、火灾报警计算机、电力监控计算机、呼叫中心远端坐席等）构成。

3.2闭路电视系统：本项目监控中心闭路电视系统与收费中心闭路电视系统合建，共用视频以太网交换机、视频管理服务器、磁盘阵列、液晶拼接屏、监视器等。道路段监控图像通过点对点数字非压缩视频光端机传至就近收费站，站内经编码压缩（H.264编码）后，由通信系统上传至监控中心。

3.3液晶拼接系统：在监控中心设置67寸大屏幕投影。随着技术的发展，如今的液晶拼接屏相比传统的大屏幕投影具有显示效果好、占用空间小、节能等优势，深化设计中已改为由40套46寸液晶监视器和33块55寸液晶拼接屏组成的一套监视器墙。

3.4视频事件检测系统：在监控中心设置视频事件检测处理器对隧道部分图像及路段互通区域图像进行视频事件检测。系统能够对车辆停驶、交通拥堵、行人入侵、车辆逆行、低速行驶、遗弃物体、火灾等事件进行自动检测，并自动进行录像，帮助管理人员及时发现并处理道路异常状况。

4高速公路隧道供配电系统设计

4.1低压配电系统：单路电源的变电站低压侧为单母线分段方式，将一般用电负荷集中在一段母线中馈出，这部分负荷没有备用电源支持；将收费站机房、通信站机房、监控外场设备、收费设备等重要负荷以及部分二级负荷集中在另一段母线馈出，该段母线的供电负荷能得到备用柴油发电机组的支持。

4.2应急电源的设置：在各收费站、服务区、停车区（延期建设）和隧道均设置柴油发电机，在外供电发生故障时投入使用。柴油发电机组为应急自启动型，应急启动装置及相关成套设备由厂家配套供货。

4.3电力监控系统：整个电力监控系统分为两个部分，即现场部分和监控中心部分。在现场，即变电站/变电所低压配电柜内安装一台或多台现场控制单元，负责采集本地的各种数据，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率等遥测数据以及各开关、接触器等的遥信数据；现场部分的设备与监控中心之间的采用光纤，在每个变电所设置一台通信处理机，现场设备数据先由各变电所的通信机汇总后上传至就近的通信站，再由通信站上传至监控中心。

5结语

高速公路隧道运营安全与节能是一项复杂的系统工程，创新的设计理念是保证行车安全、经济、节约的重要前提。我国高速公路隧道数量众多，随着交通量的日益增加及技术的不断创新，在隧道机电系统设计时，需要灵活应用规范，对各项新技术进行研究，以不断完善公路机电系统，实现交通行业持续发展目标。

参考文献：

[1]周强.长山隧道机电工程项目进度管理研究[D].山东大学,2016.

[2]林杉.高速公路隧道交通流模型与应急交通控制预案研究[D].长安大学,2012.

[3]张小琴,李习武,刘建,龙燕.高速公路隧道照明节能设计[J].后勤工程学院学报,2011(6).