公路隧道智能监控管理信息化设计

武瑞兵

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

随着我国经济的快速发展，公路及公路隧道的建设与日俱增，我国高速公路隧道建设取得了巨大成就，大量特长隧道和隧道群不断涌现。隧道在改善线性、缩短行车距离、避免地质灾害、保护生态环境等方面具有显著的优点，已成为高速公路的重要组成部分，但特长隧道和隧道群特殊的交通环境产生的交通安全问题，引起了人们的广泛关注。

截止目前，山西省在役高速公路单洞隧道共有736座，单洞累计长1 008 km左右，隧道智能化管理、安全一体化运营已经日益成为运营单位最为关心的事情。针对隧道集群地形复杂、长隧道多、弯道多、部分路段事故发生率较高，隧道机电系统繁杂，人工检测工作量巨大，亟需采用通用性强、能适用于隧道的安全运营一体化管理系统，对隧道机电设备自动控制、事故报警、防灾救灾工作进行预案处理，提高隧道管理的工作效率。

本文以“公路隧道提质升级行动”为背景，以山西省平阳高速公路大南山双向特长隧道为典型实施对象，对其智能监控管理信息化进行了提升改造设计。

1 设计原则

a）公路隧道提质升级按照重点突出、因隧制宜、功能适用、分类施策的原则，结合隧道运行实际情况并根据排查项目清单对各类设施进行排查评估后，采取针对性的工程技术措施。例如在原有隧道综合控制系统运营中，应在尽量不增加设备和少增加设备的基础上，提供设备状态监测，保障隧道安全运行，达到技术经济最佳、性价比最优。

b）对于其他交通工程与附属设施，应检查既有设施是否满足《公路隧道提质升级行动技术指南》检查项目清单的技术要求（功能有效性）[1]。

2 设计内容

2.1 隧道现状

大南山隧道为三车道山岭隧道，右洞长5 520 m，左洞长5 535 m，隧道内设置了供配电系统、照明系统、消防系统、监控系统、通风系统。隧道设有一处隧道管理站。供配电系统是以布置在隧道两端或洞内的配电房为主体，设有高压室、变压室、低压室、UPS（EPS）应急供电室、通讯管理机室。照明系统主要由2 023盏高压钠灯、1 969盏LED隧道灯和309套隧道专用荧光灯组成。监控系统由摄像机监控系统（101台）、信息发布系统（2个门架型可变信息标志，3个悬挂式可变信息标志）、车辆检测（4个）、环境检测（光强4台、CO/VI 12台、风速风向15台）、疏散系统、紧急电话（56部）和有线广播系统（223部）、闭路电视系统、PLC环网系统组成。通风系统由96台射流风机和6台轴流风机组成，主要用来改善隧道行车环境及发生火灾时烟雾的迅速排放。消防系统由消防管网、水成泡沫灭火装置、高低位水池、灭火器和消火栓组成，防火卷帘门14套，消火栓箱和火灾报警探测点224套。

2.2 隧道运营中存在的问题

2.2.1 定期检查费用高

平阳高速2012年通车运营以来，隧道设备进入了维保、更换期，而不同设备的维保期实际是不同步的，即使同一种设备由于中间更换和老设备服役期限也不一致，造成了隧道管理方对机电设备运行状态管理的困难。

2.2.2 设备巡检方式繁琐

目前隧道主要以人工目测为主，效率低下，人力成本较高。

2.2.3 隧道运行监测系统状态滞后

a）设备信息状态更新不及时。隧道系统不能实时反馈设备当前状态，不能直观了解隧道内外所有机电设备的运行情况。

b）重点设备检测不周全（通信、供配电、监控）。隧道系统不能够做到对重点设备24 h不间断监测，包括通信环网、供配电、消防系统、监控系统等。

c）现有软件稳定性差，开关状态及效用不明显。隧道软件作为隧道机电设备的控制中心，必须稳定可靠。

d）无各种设备联动。设备联动是隧道运维中非常重要和必要的功能，极大地减轻人工操作的复杂性。设备联动能减少事故的损失和伤亡，避免二次事故和伤害。设备巡检是隧道管理单位日常营运的主要工作，通过周期性的巡检发现问题，解决问题[2]。

2.3 应对措施

针对隧道运营安全方面存在的各种问题，采用隧道集群安全运营一体化系统的设计理念。通过一体化设计，隧道的空间特征信息在屏幕上直观清晰地展示。一旦隧道发生突发事件，能够将救援预案一一展示，管理人员能够迅速、直观地根据预案进行指挥救援[3]。

2.3.1 增设人工、定时、联动功能

实现隧道机电设备手动控制、自动控制、设备联动。

2.3.2 及时提示设备状态信息，并进行故障级别分析

系统实时显示隧道机电设备状态信息，并对故障做分级处理。如严重故障、较大故障、一般故障三级响应，对不同故障采取不同的故障事件响应，如严重故障会以声光电的形式，反馈到监控室，配合隧道事件处置流程，即时解决故障事件。

2.3.3 台账、档案、日常记录数据分析实现电子化

例如对所有机电设备均设置设备台账，包括设备采购、入库、领用、安装时间、保修时间、维修时间、报废时间等设备全寿命周期，让隧道管理单位实时了解设备完整的信息。

2.3.4 实现电子化工作档案

例如设置用户操作记录、日常工作记录、巡检记录等，实现用户操作事件可追溯。上下班打卡考勤系统和设备操纵记录，以设备巡检单的方式定义日、周、月、季度、年设备巡检汇总报表，实现智能化运维管理，以保障隧道安全运营。

2.4 实施方案

2.4.1 实现对所有设备在线监测

系统通过设备信息采集系统，自动对网络设备在线状态进行监测，包括高清数字摄像机、PLC、消防报警主机、事件检测主机等系统核心设备。

2.4.2 自动巡检设备

隧道智能巡检具备自动巡检、突发事件处理和远程监控功能。搭载多种传感设备，通过对隧道内车辆通行情况、环境状态进行实时监测，对隧道内设备运行情况进行巡视检查，并与隧道监控中心联网，生成检测分析报告。可代替人工完成隧道常规巡检任务，降低运维人员作业风险和劳动强度，提高隧道运营维护的自动化程度和智能化水平，节约隧道运营管理费用。

2.4.3 档案电子化

系统对各种档案进行电子化管理，避免人工记录数据不准确，不容易保存、统计等缺点。

2.4.4 数据分析统计

系统可以通过对各项数据统计分析，评价设备的健康状况、人员的绩效情况、隧道车辆通行情况等。

2.5 隧道集群安全运营一体化管理系统设计

隧道智能监控管理运营一体化可以延伸至对整个隧道集群进行集中管理，从隧道管理者或运营公司的角度对整个路段的隧道集合进行监控管理。

2.5.1 隧道设备运行安全实时监测

对隧道内风机、照明、消防设备、摄像机等设备、机房UPS、网络设备实时监测。对故障设备按照严重故障、一般故障，实时通知到隧道管理人员，通过隧道运行安全监测系统，可以直达故障设备位置，为设备维修定位提供依据。

2.5.2 隧道通信网络实时状态监测

对隧道运行系统中的网络设备状态监测，对离线设备进行报警和提示，保障系统安全运行。

2.5.3 隧道通风、照明、交通控制安全监测子系统

通过图形界面可以看到所有隧道风机的安全运行状态（正转/反转/停止/故障）、隧道照明回路、隧道内外车道指示器、情报板、交通灯、摄像机的实时状态，对故障设备实时报警。便于设备后期的维护，对设备统计表进行导出和打印操作。

2.5.4 隧道消防安全监测子系统

通过图形界面可以看到所有隧道内外消防设备包括消防水泵、高低位水池、紧急电话系统、广播系统、手报按钮实时状态，对故障设备报警。消防监测主要包括消防设备表、漏水监测信息表、报警电话和扩音器信息表等。

2.5.5 隧道安全预案子系统

隧道安全应该以预防为主，应急方案为辅，常抓不懈。对火灾、车辆事故应以预防为主、防消结合，发生后能有预案，减少人员伤亡和财产损失，针对火灾或者事故的发生位置，进行预案定制，对交通控制、通风照明控制、消防控制等，采取多系统联动，减少事故的危害和损失。

3 结语

本文以山西省平阳高速公路大南山隧道为例，深刻剖析了特长隧道机电设施在实际运营维护中存在的问题，提出了隧道智能监控管理运营一体化设计新思路，实现机电系统、交通状况的实时监测。在此基础上，将单个隧道机电设施运营维护管理拓展至隧道群或路段，从运营单位角度进行集中管理，实现隧道集群的运营监控管理一体化。隧道管养平台信息化设计充分融合了云计算、人工智能、大数据、互联网+、物联网等信息化技术，把原有设施和新增系统融入到一个集成管理平台，解决了原来各子系统运行单一、操作分散、统计繁琐的问题，实现了隧道设备控制、设备智慧维护、交通监控和应急处置一体化运行。发生突发事件，可实现隧道可变情报板、车道指示灯、照明、通风、消防、洞口阻拦系统等不同工况下的分类组合预案联动，是高速公路隧道智能运营不可或缺的重要组成部分。