城市山嶺隧道監(jiān)控系統(tǒng)設計探討

馬婷

摘要：隨著我國城市建設的快速發(fā)展，城市不斷向外擴張，在西南山區(qū)城市的市政道路建設中，出現(xiàn)了特殊的城市山嶺隧道。本文以攀枝花市市政道路工程中的一座山嶺隧道為例，對城市山嶺隧道監(jiān)控系統(tǒng)設計進行分析，為其他類似工程設計提供參考和借鑒。

關鍵詞：市政道路;城市山嶺隧道;監(jiān)控系統(tǒng);設計

1 概述

隨著我國城市建設的快速發(fā)展，城市不斷向外擴張，在我國西南部重慶、攀枝花等山區(qū)城市的市政道路建設中出現(xiàn)了一種特殊隧道形式——城市山嶺隧道。城市山嶺隧道一般存在于山脈位于城市中間，由于城市規(guī)模及城市規(guī)劃路網(wǎng)的發(fā)展，不可避免地需要穿越山體[1]。

城市山嶺隧道不同于常規(guī)城市地下道路及公路隧道，城市地下道路一般位于城市道路下，用于承擔地面交通分流、聯(lián)絡地下停車場，而山嶺隧道則需穿越山嶺或丘陵修建。所以就建設方式和功能而言，其與公路隧道類似，但就道路性質而言，其又屬于城市地下道路。故在城市山嶺隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設計中，應充分研究公路隧道和城市地下道路監(jiān)控系統(tǒng)的特點及差異，從而優(yōu)化設計方案。本文以攀枝花市市政道路工程中的一座山嶺隧道為例，對城市山嶺隧道監(jiān)控系統(tǒng)設計進行探討。

2 項目概況

項目位于四川省攀枝花市，道路等級為城市主干道，設計時速為40km/h～60km/h。本文以該項目中較典型的一座中長分離式山嶺隧道為例，隧道左線長度為1095m、右線長度為1125m，建筑限界寬度為8m，高度為5.0m。

3 運營管理方式及需求分析

由于目前攀枝花市市政道路隧道監(jiān)控系統(tǒng)尚未建立統(tǒng)一的管理機構及監(jiān)控中心平臺，根據(jù)項目建設工期及業(yè)主運營管理需求，本項目在隧道口就近設置隧道管理所對隧道進行監(jiān)控管理，并預留后期接入監(jiān)控中心平臺條件。

4 隧道監(jiān)控系統(tǒng)設計

4.1 設計原則

（1）應在滿足安全實用、質量可靠、經(jīng)濟合理、節(jié)能環(huán)保和技術先進的條件下，積極而慎重地采用新理論，新技術、新材料、新設備并應與其他設施協(xié)調統(tǒng)一。

（2）應根據(jù)隧道監(jiān)控等級配置不同的監(jiān)控設施，且隧道監(jiān)控設施應依據(jù)交通量的增長情況按“一次規(guī)劃設計，分期實施”的原則進行設計，隧道內設備和管線的預留預埋應一次實施。

（3）隧道內監(jiān)控設施不得侵占隧道建筑界限。

（4）應立足保證隧道運營安全，預防隧道事故發(fā)生。隧道事故（含火災）一旦發(fā)生，應能及早發(fā)現(xiàn)、啟動聯(lián)動功能、正確疏導、及時救援，避免二次事故發(fā)生。

（5）隧道不宜孤立進行設計，應與路網(wǎng)以及路網(wǎng)其他構造物的設備配合，統(tǒng)一搶險救援。

4.2 監(jiān)控設施配置等級

本項目道路等級為城市主干路，隧道為雙洞單向行車兩車道隧道，對沿線道路工程進行交通量預測，得到各年限的預測交通量如下表所示：

各特征年預測交通量表（單位：pcu/d）

由于《城市地下道路工程設計規(guī)范》（CJJ 221-2015）暫未提出城市地下道路交通工程與附屬設施配置等級方法，結合城市山嶺隧道自身特點，本工程參考《公路隧道設計規(guī)范 第二冊 交通工程與附屬設施》（JTG D70/2-2014）中一級公路標準，根據(jù)隧道長度、交通量及《建筑設計防火規(guī)范》（GB50016-2014）對城市交通隧道機電設施的相關要求，確定本隧道的機電設施等級如下表所示：

隧道機電設施設置等級表

按照一級公路設計標準，本隧道設置的隧道監(jiān)控系統(tǒng)有：隧道計算機系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、緊急電話與有線廣播系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)、本地控制系統(tǒng)等。

4.3 監(jiān)控系統(tǒng)構成

（1）隧道管理所設置

在隧道入口設置隧道管理所，所有監(jiān)控視頻、數(shù)據(jù)信號均傳輸至隧道管理所控制室，在現(xiàn)場完成本隧道的監(jiān)控和管理。

（2）隧道計算機系統(tǒng)

隧道計算機系統(tǒng)是由系統(tǒng)服務器、工作站、以太網(wǎng)交換機為主體以及其他外設等構成的局域網(wǎng)、多串口服務器、打印機以及其它網(wǎng)絡連接設備等組成。工作站主要包括視頻管理、視頻事件檢測、PLC管理、交通監(jiān)控、通風照明控制、電力監(jiān)控、緊急電話及有線廣播、火災報警等。系統(tǒng)中各工作站既能獨立處理分配的功能，又能互相通信，共享數(shù)據(jù)資源。各計算機通過交換機聯(lián)成一個100M/1000M以太網(wǎng)。

（3）閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)

隧道閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)由洞外遙控攝像機、洞內固定攝像機和車行/人行橫通道遙控攝像機、隧道管理所固定攝像機、接入光纖交換機、管理所網(wǎng)絡視頻管理平臺、視頻以太網(wǎng)交換機、視頻存儲服務器、IPSAN磁盤陣列及光纖環(huán)網(wǎng)等組成。

隧道圖像數(shù)據(jù)通過光纖環(huán)網(wǎng)傳輸至隧道管理所，上傳至隧道管理所的視頻圖像進入視頻解碼器進行解碼顯示，同時進入磁盤陣列進行存儲（視頻數(shù)據(jù)存儲時間不小于30天）。在隧道管理所設置55"液晶拼接屏，由視頻控制計算機控制解碼器切換輸出圖像至液晶屏上進行顯示。

（4）交通監(jiān)控系統(tǒng)

交通監(jiān)控系統(tǒng)由隧道管理計算機、隧道本地控制器、傳輸通道及隧道外場設備等組成。隧道外場設備主要有車輛檢測器、交通信號燈、車道指示器、可變情報板等。所有檢測設備的檢測結果上傳到隧道管理所，進行統(tǒng)計、處理，判斷交通和氣象狀況，根據(jù)路段的具體情況，制定相應的控制方案，并將控制命令下發(fā)給各路段的控制設施和信息發(fā)布設備。

（5）緊急電話、廣播系統(tǒng)

在隧道內設置光纖緊急電話及廣播系統(tǒng)，在隧道管理所內設置緊急電話及廣播控制臺，配置指令電話、播音麥克風、音箱等，并由配置了數(shù)字錄音卡的計算機進行管理。緊急廣播控制臺根據(jù)監(jiān)控室控制臺給定的尺寸結構和系統(tǒng)功能特點統(tǒng)一設計、制造。并應外表美觀、操作簡便、性能可靠。

消防專用電話及消防應急廣播系統(tǒng)與隧道緊急電話及有線廣播系統(tǒng)合用，不另設。

（6）隧道火災報警系統(tǒng)

根據(jù)《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》和《建筑設計防火規(guī)范》中的相關要求，需在隧道內設置火災自動報警系統(tǒng)，并設置消防控制室（與隧道管理所監(jiān)控室合設）。值得注意的是，與公路隧道不同，城市隧道需同時設置火焰探測器和感溫光纖探測器進行火災探測。

火災自動報警系統(tǒng)由火災報警工作站、火災報警控制器（聯(lián)動型）、光纖光柵火災探測器、雙波長火災報警綜合盤（含手報）、雙波長火焰探測器、感煙探測器、感溫探測器、24V電源盤、手動報警按鈕、消火栓按鈕、聲光報警器以及傳輸設備等組成。通過隧道內的雙波長火焰探測器、光纖火災探測器以及與光纖探測器相連的光纖探測系統(tǒng)控制器進行對火災情況的實時監(jiān)控，并在自動檢測到火災情況時向隧道管理所發(fā)出報警。

消防專用電話及消防應急廣播系統(tǒng)與隧道緊急電話及有線廣播系統(tǒng)合用，不另設。

（7）本地控制系統(tǒng)

隧道本地控制系統(tǒng)包括本地控制器（PLC）、工業(yè)以太網(wǎng)交換機、環(huán)網(wǎng)光纖及相應軟件等。隧道本地控制器系統(tǒng)完成隧道區(qū)段設備控制的功能。對本地設備進行小區(qū)域集中管理，在隧道管理所計算機和本地設備之間起上傳下達的作用，以提高通信效率，加強本地手動控制功能。

（8）隧道監(jiān)控設備供電

隧道監(jiān)控系統(tǒng)設備供電為一級負荷，隧道洞內和洞外的監(jiān)控設備的供電就近引自隧道管理所設置的UPS電源。隧道區(qū)域控制器PLC與閉路電視、緊急電話及廣播系統(tǒng)共用一回路供電;交通監(jiān)控系統(tǒng)單獨一回路供電;火災自動報警系統(tǒng)單獨一回路供電。

4.4 監(jiān)控系統(tǒng)設備安裝及纜線敷設

如圖1所示，隧道監(jiān)控系統(tǒng)洞內設備如PLC、攝像機、緊急電話、廣播、車道指示器、火災探測器等主要安裝于隧道內預留設備洞室內或在隧道壁上壁掛安裝;光纜、供電電纜、控制電纜等主要敷設于隧道行車方向右側弱電電纜溝支架上或穿隧道壁預埋鋼管敷設。故在設計中，應提前規(guī)劃設備洞室預留及管線預埋位置，并與隧道專業(yè)密切配合，確保預留洞室、預埋鋼管的位置、尺寸及數(shù)量準確無誤。

隧道監(jiān)控系統(tǒng)洞外設備如洞外攝像機、信號燈、廣播、洞外可變情報板等一般采用立桿安裝。值得注意的是，本工程市政道路沿線路燈采用智慧燈桿設計，智慧燈桿可將道路照明、交通信號設施、交通標志牌、交通監(jiān)測設備、治安監(jiān)控設施、移動通信設施等進行整合，實現(xiàn)多桿合一、多箱合一、多纜合一的目標[2]。

故本工程洞外攝像機、信號燈、廣播等設備安裝于智慧燈桿之上，不再單獨立桿安裝，設計時應與電力照明、交通信號、交安等合桿專業(yè)密切配合，避免各專業(yè)設備安裝位置沖突。

5 結語

隨著城市道路隧道的不斷發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)在提高路網(wǎng)管理水平方面發(fā)揮著越來越重要的作用。在城市山嶺隧道監(jiān)控系統(tǒng)設計中應綜合考慮運營管理需求，結合市政道路規(guī)劃、建設特點適時優(yōu)化調整設計方案，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性，為城市道路隧道智能化運營管理提供技術保障。

參考文獻：

[1]李宇翔. 淺析城市山嶺隧道選線方案設計[J]. 工程建設與設計，2019（8）：96-97.

[2]天府新區(qū)成都直管區(qū)市政基礎設施設計技術導則多桿合一設計細則（2020年試行版）[S].

[3]孟靜 城市道路雙層隧道交通監(jiān)控系統(tǒng)設計探討[J]. 地下工程與隧道，2012（3）：31-34.

[4]城市地下道路工程設計規(guī)范（CJJ 221-2015）[S].

[5]公路隧道設計規(guī)范 第二冊 交通工程與附屬設施（JTG D70/2-2014）[S].

[6]建筑設計防火規(guī)范（GB50016-2014）[S].