清連高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造設(shè)計(jì).doc

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清連高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造設(shè)計(jì) 作者：林志毅　李宏杰 來源：中國高新網(wǎng) 更新時(shí)間：2011年08月17日 　　廣東省清連一級(jí)公路道路路面破壞嚴(yán)重，路況越來越差，同時(shí)由于道路開口設(shè)置和混合交通以及交通安全設(shè)施的普遍不足，極大地影響了該段公路的行車安全、舒適和暢通，在使用功能與服務(wù)水平等方面已無法提供汽車專用公路應(yīng)有的效能。根據(jù)交通調(diào)查及交通量預(yù)測結(jié)果，擬將該公路改造提升為高速公路。 　　清（遠(yuǎn)）連（州）一級(jí)公路升級(jí)改造（高速）工程包含5座既有隧道和9座新建隧道，機(jī)電附屬工程將對(duì)這14座隧道整體設(shè)置與主體工程考慮相配套、相協(xié)調(diào)的隧道通風(fēng)、照明、消防、監(jiān)控、供電等營運(yùn)管理設(shè)施，使之滿足高速公路行車運(yùn)營條件。其中對(duì)既有隧道的機(jī)電改造將涉及對(duì)既有設(shè)備的調(diào)查再利用及新技術(shù)新設(shè)備的使用，隧道監(jiān)控系統(tǒng)尤其如此。 一、既有隧道監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)查情況 　　既有隧道包括2座長隧道（石倉嶺隧道和焦沖隧道），1座中隧道（六甲洞隧道），2座短隧道（猴子逕隧道和逕口隧道），原監(jiān)控系統(tǒng)僅在長隧道外場設(shè)置了監(jiān)控設(shè)施，并設(shè)置有石倉嶺隧道管理所和焦沖隧道管理所，內(nèi)設(shè)監(jiān)控室，分別對(duì)兩個(gè)長隧道進(jìn)行獨(dú)立監(jiān)控管理，短隧道無監(jiān)控設(shè)施。 　　監(jiān)控設(shè)備現(xiàn)狀如下： 　　中央控制系統(tǒng)：設(shè)置了緊急電話控制臺(tái)、廣播控制臺(tái)、CCTV主監(jiān)控臺(tái)、監(jiān)視器、服務(wù)器、工作站、模擬電子顯示屏等（監(jiān)視器已老化圖像模糊，其它設(shè)備運(yùn)行正常但性能落后）。 交通控制與誘導(dǎo)系統(tǒng)：在隧道口和洞內(nèi)設(shè)置交通信號(hào)燈、車道指示器、車輛檢測器、火災(zāi)疏散指示標(biāo)志、限速牌、可變情報(bào)板等（設(shè)備維修困難或已損壞）。 　　閉路電視系統(tǒng)：隧道外設(shè)帶云臺(tái)攝像機(jī)，隧道內(nèi)每150m設(shè)1處定焦攝像機(jī)（老化現(xiàn)象嚴(yán)重，且部分光端機(jī)和箱體已損壞，部分傳輸光纖也已斷掉）。 　　火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)：采用空氣管線型差溫火災(zāi)探測器，手動(dòng)報(bào)警按扭每50m設(shè)1處（故障率高）。 　　緊急電話系統(tǒng)：電纜型抗噪音電話，每150m設(shè)1處（容易損壞且線路已老化）。 　　有線廣播系統(tǒng)：洞外和洞內(nèi)均設(shè)置了揚(yáng)聲器，洞內(nèi)設(shè)置間距500m左右（設(shè)備運(yùn)行正常）。 　　從上述內(nèi)容可看出，長隧道原監(jiān)控系統(tǒng)配置較完整，基本符合《公路隧道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T D71-2004），但隨著時(shí)間的推移和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原隧道機(jī)電系統(tǒng)大部分設(shè)備　已經(jīng)陳舊損壞無法維修或技術(shù)落后不能滿足當(dāng)前隧道運(yùn)營管理的需求。因此，需對(duì)該工程所有隧道進(jìn)行整體改造，結(jié)合實(shí)際情況重新設(shè)計(jì)施工。 　　自2000年以來，由于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，新技術(shù)、新產(chǎn)品層出不窮，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，更加促進(jìn)了隧道機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多適用于隧道的先進(jìn)設(shè)備，這些設(shè)備專為隧道惡劣環(huán)境而設(shè)計(jì)，技術(shù)成熟，為本工程的改造施工奠定了基礎(chǔ)。 二、隧道監(jiān)控系統(tǒng)改造設(shè)計(jì) 　　全線可分為兩個(gè)隧道群，延用原隧道管理所。石倉嶺隧道管理所負(fù)責(zé)猴子徑隧道、橫山仔隧道和石倉嶺隧道的營運(yùn)和管理工作，焦沖隧道管理所負(fù)責(zé)杜步嶺段5個(gè)短隧道、石潭段3個(gè)短隧道、逕口隧道及焦沖隧道、六甲洞隧道的營運(yùn)和管理工作，各管理所負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)日常的交通數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控以及綜合信息處理，一旦發(fā)生特殊情況（如交通事故、火災(zāi)等），能在第一時(shí)間組織現(xiàn)場救援。 　　兩個(gè)管理所的監(jiān)控信息最后通過高速公路通信系統(tǒng)上傳至陽山監(jiān)控中心，由陽山監(jiān)控中心進(jìn)行全線交通協(xié)調(diào)，統(tǒng)一監(jiān)控全線運(yùn)營情況。 　　為滿足長隧道升級(jí)改造為高速公路后隧道通風(fēng)控制、照明控制、交通控制等運(yùn)營管理需要，石倉嶺隧道、焦沖隧道和六甲洞隧道監(jiān)控系統(tǒng)須按A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，設(shè)置完善配套的隧道監(jiān)控設(shè)施；各短隧道也應(yīng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)照明和交通的控制。 　　（一）中央控制系統(tǒng) 　　兩個(gè)隧道管理所設(shè)置相同規(guī)模的中央控制系統(tǒng)，由容錯(cuò)服務(wù)器、各系統(tǒng)工作站及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、各系統(tǒng)軟件等組成。各工作站通過服務(wù)器交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)資源共享。 現(xiàn)場控制系統(tǒng)由各隧道內(nèi)的可編程控制器PLC、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、通信線纜等主要設(shè)備材料構(gòu)成。各PLC設(shè)置于各隧道設(shè)備密集的地方，以光纖冗余環(huán)網(wǎng)方式相連接，傳輸各類檢測信息、控制信號(hào)和指令。一旦中央控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，各隧道現(xiàn)場控制系統(tǒng)也可完成對(duì)隧道設(shè)施的基本控制功能。監(jiān)控室內(nèi)設(shè)備全部采用新設(shè)備。 　?。ǘ┩L(fēng)照明控制系統(tǒng) 　　通風(fēng)照明控制系統(tǒng)由管理所通風(fēng)照明監(jiān)控工作站、各隧道相應(yīng)PLC、CO/VI檢測器、風(fēng)速風(fēng)向檢測器、亮度檢測器、控制單元和隧道內(nèi)通風(fēng)機(jī)、照明燈具組成。由工作站對(duì)隧道環(huán)境檢測信號(hào)和交通狀態(tài)、火災(zāi)報(bào)警狀態(tài)的數(shù)據(jù)運(yùn)算處理后，通過交流接觸器來控制設(shè)備配電回路的通與斷，從而控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、風(fēng)速風(fēng)向、運(yùn)行時(shí)間和照明燈具的開啟回路數(shù)。應(yīng)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制和現(xiàn)場手動(dòng)控制兩種控制方式。 　　因機(jī)電附屬工程同時(shí)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，射流風(fēng)機(jī)配電有兩種情況：一組（兩臺(tái)）風(fēng)機(jī)共用一根干線配電電纜和每臺(tái)風(fēng)機(jī)擁有獨(dú)立配電回路，因而對(duì)風(fēng)機(jī)的控制也需分兩種情況。 　?。ㄈ┬盘?hào)控制系統(tǒng) 　　交通信號(hào)控制系統(tǒng)由交通監(jiān)控工作站、現(xiàn)場PLC、各種檢測報(bào)警設(shè)備及交通誘導(dǎo)設(shè)備組成。發(fā)生事故的情況下，為了準(zhǔn)確及時(shí)地實(shí)施疏散，交通信號(hào)控制可依據(jù)洞內(nèi)報(bào)警信號(hào)實(shí)施自動(dòng)控制，另外還可手動(dòng)操作控制。 　　在各長隧道進(jìn)出口設(shè)置了交通信號(hào)燈，可變情報(bào)板，可變現(xiàn)速標(biāo)志板，在洞口和洞內(nèi)橫洞處設(shè)置了兩車道車道指示器，各短隧道也根據(jù)需要在洞口設(shè)置了兩車道車道指示器，以控制進(jìn)入隧道車輛和車速。洞內(nèi)同時(shí)設(shè)置了多種電光指示標(biāo)志。 　?。ㄋ模╅]路電視系統(tǒng) 　　石倉嶺隧道、焦沖隧道、六甲洞隧道設(shè)置了閉路電視系統(tǒng)；在短隧道適當(dāng)位置也設(shè)置了攝像機(jī)，以監(jiān)視箱式變電站和隧道情況。隧道閉路電視信號(hào)均通過光纜傳輸至隧道管理所，在各管理所集中監(jiān)視視頻信息。 　　閉路電視系統(tǒng)可分為三部分，即監(jiān)控室CCTV控制系統(tǒng)，外場攝像機(jī)、視頻及控制信號(hào)傳輸設(shè)備（各部分設(shè)備均采用新設(shè)備）。CCTV控制系統(tǒng)包括視頻矩陣切換控制器、智能控制鍵盤、硬盤錄像機(jī)等。為減少主體施工的工作量，石倉嶺隧道、焦沖隧道盡量利用原來的布設(shè)設(shè)置，基本按照間隔150m左右設(shè)置一臺(tái)定焦距固定攝像機(jī)，在各隧道進(jìn)出口設(shè)置一體化球形攝像機(jī)。 　?。ㄎ澹┗馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng) 　　因原空氣管線型差溫火災(zāi)探測器故障率高，難以維修，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)改用技術(shù)成熟的分布式光纖溫度探測系統(tǒng)，由各隧道管理所監(jiān)控室消防報(bào)警監(jiān)控工作站，隧道現(xiàn)場火災(zāi)報(bào)警控制器、DTS光纖檢測主機(jī)及隧道內(nèi)感溫光纜及信號(hào)線纜構(gòu)成。 　　感溫光纜在隧道內(nèi)通長布設(shè)，將隧道劃分為150m一個(gè)報(bào)警區(qū)段，一個(gè)區(qū)段接一個(gè)光纖反饋信號(hào)模塊。手動(dòng)報(bào)警按鈕按照50m間距布設(shè)。在接收到火災(zāi)信息后，可聯(lián)動(dòng)火災(zāi)發(fā)生區(qū)段的攝像機(jī)進(jìn)一步確認(rèn)災(zāi)情并自動(dòng)錄像，同時(shí)在操作工作站上顯示發(fā)生火災(zāi)的區(qū)段，并通過音響裝置告知值班人員，采取相應(yīng)的對(duì)策。另外中央控制系統(tǒng)可根據(jù)該火災(zāi)信號(hào)快速啟動(dòng)消防水泵，自動(dòng)改變交通誘導(dǎo)信號(hào)，引導(dǎo)車輛安全疏散。報(bào)警信號(hào)消除則由操作臺(tái)手動(dòng)控制。 　　（六）緊急電話和廣播系統(tǒng) 　　緊急電話和廣播系統(tǒng)改為采用光纖型一體化系統(tǒng)，由管理所控制臺(tái)設(shè)備、現(xiàn)場分機(jī)和傳輸設(shè)備　三部分組成。管理所控制臺(tái)設(shè)備主要包括緊急電話監(jiān)控工作站、緊急電話廣播一體化主機(jī)，值班電話、麥克風(fēng)等。石倉嶺隧道管理所和焦沖隧道管理所各設(shè)置一套緊急電話廣播系統(tǒng)，石倉嶺隧道管理所負(fù)責(zé)石倉嶺隧道的緊急電話廣播業(yè)務(wù)，焦沖隧道管理所負(fù)責(zé)焦沖隧道和六甲洞隧道的緊急電話廣播業(yè)務(wù)。 　　隧道內(nèi)緊急電話分機(jī)選用光纖型緊急電話，按間距150m布設(shè)，傳輸介質(zhì)采用光纖；隧道廣播選用號(hào)筒揚(yáng)聲器，采用近端放大方式，廣播控制箱（內(nèi)置廣播功放和控制模塊）設(shè)置在緊急電話洞室內(nèi)，緊急電話分機(jī)能輸出隧道廣播控制信號(hào)，外接廣播功放能直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，緊急電話也從廣播功放引電。 　?。ㄆ撸┕┡潆娤到y(tǒng) 　　原隧道高壓供電采用傳統(tǒng)的直流屏接觸器遠(yuǎn)程控制，繼電器保護(hù)裝置，可靠性低、維護(hù)困難。低壓配電采用PLC實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，但只能控制開關(guān)，對(duì)用電的參數(shù)，質(zhì)量沒有任何監(jiān)控，必須安排人員現(xiàn)場值班巡查。 　　系統(tǒng)改造后隧道機(jī)房擬采用無人值守，因此采用智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行供配電系統(tǒng)的改造。根據(jù)隧道管理模式的需求，在石倉嶺和焦沖隧道管理所分別設(shè)置一套智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本一致，采用設(shè)備分散設(shè)置、高速光纖通訊，主控室控制、管理和調(diào)度的模式。各變電所和箱式變電站均設(shè)智能通信管理機(jī)一套，現(xiàn)場的保護(hù)和監(jiān)控裝置與智能通信管理機(jī)之間采用屏蔽雙絞線連接，并通過RS485口通訊；智能通信管理機(jī)與隧道管理所電力監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過光纖通信網(wǎng)絡(luò)通訊。系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)控高壓（10kV）和低壓（0.4kV），系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)既可遠(yuǎn)程監(jiān)控也可本地監(jiān)控。 三、結(jié)語 　　本次隧道監(jiān)控系統(tǒng)的改造充分利用了現(xiàn)有的先進(jìn)設(shè)備，使系統(tǒng)的先進(jìn)性和可靠性有了很大的提高，同時(shí)考慮到升級(jí)改造的特點(diǎn)和響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保的號(hào)召，通過在機(jī)電系統(tǒng)的改造中對(duì)系統(tǒng)可靠性影響不大的設(shè)備（如舊燈具）進(jìn)行維修利用、在逕口隧道中使用節(jié)能效果出色的無極燈等方式，使本次機(jī)電改造在保證系統(tǒng)先進(jìn)性的同時(shí)也獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。