摘要：公路隧道機電系統(tǒng)設(shè)計為了實現(xiàn)其安全、可靠、可控、經(jīng)濟、穩(wěn)定、便捷等功能，劃分為以下八大系統(tǒng)：照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、火災(zāi)檢測報警與消防系統(tǒng)、通信與廣播系統(tǒng)、緊急疏散控制系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等進行設(shè)計。文章闡述了隧道機電工程中各個系統(tǒng)的設(shè)置、特點和工作模式。

關(guān)鍵詞：公路隧道；機電工程；公路建設(shè)；建設(shè)里程

中圖分類號：U453.7文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2009）02-0158-02

山嶺地區(qū)公路建設(shè)中，隧道方案因為其具有的能克服高程和地形障礙、改善總體線形、縮短行車?yán)锍痰戎T多優(yōu)勢，得到了廣泛的應(yīng)用，建設(shè)里程逐年增加，建設(shè)規(guī)模也不斷擴大。而公路隧道尤其是長隧道，由于光線變化大、空氣質(zhì)量差、環(huán)境噪聲大而比一般路段更容易發(fā)生交通事故，且存在發(fā)生二次事故的可能性。因此，長隧道內(nèi)的安全保障是隧道建設(shè)和運營過程中特別關(guān)注的問題。隧道機電工程作為應(yīng)運而生的一門新興的學(xué)科，肩負(fù)著在滿足隧道日常運行的基礎(chǔ)上，切實做好防災(zāi)、減災(zāi)目的地重要任務(wù)。

公路隧道機電系統(tǒng)設(shè)計為了實現(xiàn)其安全、可靠、可控、經(jīng)濟、穩(wěn)定、便捷等功能，劃分為以下八大系統(tǒng)：照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、交通控制系統(tǒng)、火災(zāi)檢測報警與消防系統(tǒng)、通信與廣播系統(tǒng)、緊急疏散控制系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等進行設(shè)計。本文就八大系統(tǒng)做粗淺的探討。

一、照明系統(tǒng)

隧道照明系統(tǒng)是十大系統(tǒng)中最為重要的設(shè)施之一，根據(jù)《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計規(guī)范》（JTJ 026.1-1999）規(guī)定，長度大于100米的隧道都應(yīng)設(shè)置電光照明設(shè)施。按照視覺適應(yīng)的要求，隧道照明主要由白天照明和夜晚照明兩種工況組成，分為洞內(nèi)照明和洞外照明，洞內(nèi)照明包括入口段、中間段、過渡段、出口段、應(yīng)急照明；洞外照明包括引道照明、接近段減光照明等。同時由于隧道建筑物自身的特殊性，其白天照明問題比夜晚照明更加復(fù)雜。設(shè)計過程中，在充分考慮行車速度和通行交通量等因素下，針對各種工況分別進行分段照度和亮度計算。對于洞外復(fù)雜的天氣亮度變化，則通過洞口外照度儀和洞內(nèi)照度儀的數(shù)據(jù)采集，由照明控制計算機（PLC）自動進行控制和調(diào)節(jié)，以達(dá)到在滿足照明要求的情況下實現(xiàn)節(jié)能的目的。

二、通風(fēng)系統(tǒng)

公路隧道按其長度和交通量的不同可采用不同的通風(fēng)方式，分為自然通風(fēng)、縱向通風(fēng)和豎井縱向組合通風(fēng)方式。

自然通風(fēng)主要是利用自然風(fēng)和汽車運動時產(chǎn)生的活塞效應(yīng)進行空氣對流來達(dá)到通風(fēng)的目的。從世界各國的實踐來看，長度在200米以下，甚至200～500米的雙向隧道，在交通量較低的情況下都可以考慮自然通風(fēng)。

縱向通風(fēng)是從一個洞口直接引進新鮮空氣，由另一個洞口把污染空氣排出的方式，主要適用于中長距離的隧道和交通量適中的情況，通常是沿隧道縱向以適當(dāng)?shù)拈g隔安裝射流風(fēng)機，在自然通風(fēng)不足的情況下，用射流風(fēng)機補充新鮮空氣來實現(xiàn)通風(fēng)的目的。

豎井縱向組合通風(fēng)是在縱向通風(fēng)的基礎(chǔ)上，在隧道內(nèi)設(shè)置豎井，實現(xiàn)將長隧道分段的通風(fēng)方式。主要適用于特長隧道和大交通量的情況，根據(jù)不同類型隧道分別設(shè)置在中間或出口側(cè)，起到不同的作用。

針對隧道的不同長度和不同的通風(fēng)方式，通過布設(shè)在隧道內(nèi)的CO檢測器檢測的CO值和煙霧透過率檢測器檢測的VI值，將檢測值與控制目標(biāo)值相比較，經(jīng)通風(fēng)控制計算機（PLC）處理后，給出控制方案，指揮隧道內(nèi)風(fēng)機啟動。

對于任何一個隧道，通風(fēng)設(shè)計都會有多種設(shè)計方案，關(guān)鍵是要選擇建設(shè)安裝投資少、營運管理費用低、綜合經(jīng)濟效益佳的方案。

三、交通控制系統(tǒng)

為了實現(xiàn)公路隧道在不同運營狀態(tài)下的控制策略，保持安全、舒適和高效的特性，在中長隧道中一般都配備有交通監(jiān)視與控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要有交通誘導(dǎo)與控制功能、車輛檢測功能和CCTV監(jiān)視功能。

交通誘導(dǎo)與控制用于隧道在正常交通、火災(zāi)、事故、檢修等各種工況情況下的交通管制，通過切換交通信號來關(guān)閉、開放或改變隧道運行方式。主要包括車輛檢測器、交通信號燈、車道指示器、可變限速標(biāo)志、可變情報板等設(shè)備。

通常情況下，根據(jù)車輛檢測系統(tǒng)檢測到的車流密度，通過可變限速標(biāo)志、交通信號燈等設(shè)施實行交通控制；根據(jù)交通流量和隧道運行工況模式，通過車道指示器、可變情報板實行交通誘導(dǎo)控制。所有的信號檢測與誘導(dǎo)控制都由交通區(qū)域控制器（PLC）來完成。

由于公路隧道采用全封閉的運行方式，為了及時了解隧道內(nèi)的交通情況，第一時間發(fā)現(xiàn)事故和災(zāi)情，在隧道尤其是中長隧道內(nèi)安裝閉路電視（CCTV）監(jiān)視系統(tǒng)是完全必要的。閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)一般包括洞口監(jiān)視和洞內(nèi)監(jiān)視，分別采用全天候低照度三可變鏡頭攝像及電動云臺和定點定焦攝像機進行全方位、實時的監(jiān)視。

四、火災(zāi)檢測報警及消防系統(tǒng)

隧道是一種特殊的管狀結(jié)構(gòu)物，存在潛在的交通事故和火災(zāi)危險，發(fā)生火災(zāi)后對隧道主體工程和人身危害極大，因此預(yù)防火災(zāi)發(fā)生、制止災(zāi)害擴大、防止造成嚴(yán)重后果是火災(zāi)檢測報警及消防系統(tǒng)的重要目標(biāo)。

火災(zāi)自動報警及消防系統(tǒng)一般包括以下技術(shù)內(nèi)容：火災(zāi)參數(shù)的有效檢測與模式的識別、火災(zāi)探測信息數(shù)據(jù)處理與自動報警、消防設(shè)備聯(lián)動控制、自動消防系統(tǒng)計算機管理與監(jiān)控數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信、火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計、施工和管理使用維護技術(shù)等。

報警系統(tǒng)中包括自動報警和手動報警，其中手動報警是通過安裝在隧道內(nèi)的一定間距的報警按鈕將報警信號傳輸至消防控制值班室。自動報警則是通過火災(zāi)探測器來感知附近區(qū)域火災(zāi)產(chǎn)生時的物理或化學(xué)現(xiàn)象，并將發(fā)生初期所產(chǎn)生的煙、熱、光轉(zhuǎn)換為電信號，輸入自動報警計算機系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)（PLC）自動處理后，發(fā)出警報或聯(lián)動打開滅火裝置。消防系統(tǒng)一般是以水消防為主，輔以化學(xué)消防，通常采用兩端高位水池保持一定管壓供水和消防水泵后期補水的方式進行配置。

隨著微電子、監(jiān)測、自動控制和計算機通信等技術(shù)的發(fā)展，目前國內(nèi)已逐步形成以火災(zāi)探測與自動報警為基本內(nèi)容，計算機協(xié)調(diào)控制和管理各類消防滅火與消防設(shè)備，具有一定自動化和智能化水平的隧道火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

五、通訊與廣播系統(tǒng)

隧道機電工程的通訊與廣播系統(tǒng)都包括有線和無線兩部分。有線通訊是為了解決洞內(nèi)人員與外界的聯(lián)絡(luò)和出現(xiàn)事故時的及時報警，通過在隧道中每隔一定距離設(shè)置一處報警電話，實現(xiàn)于控制中心的聯(lián)絡(luò)；無線通訊則是通過洞內(nèi)定向無線系統(tǒng)為進入洞內(nèi)的無線通訊設(shè)備提供服務(wù)；有線和無線廣播主要用于交通信息發(fā)布、現(xiàn)場管理等，有線廣播一般每兩個橫洞之間設(shè)置一組。

六、緊急疏散控制系統(tǒng)

為了應(yīng)對隧道內(nèi)可能發(fā)生的重大交通事故和火災(zāi)等情況，在隧道內(nèi)設(shè)置有效的緊急疏散系統(tǒng)是十分必要的。一般是在雙向通行長隧道中設(shè)置汽車橫通道和人行橫通道，其中一個洞一旦發(fā)生緊急事故，經(jīng)中央控制室確認(rèn)后，進入緊急疏散控制狀態(tài)，發(fā)出控制指令，緊急廣播、橫通道卷簾門均開啟，指揮滯留車輛、人員經(jīng)橫通道進入另一洞室疏散，組織人員進行搶救，防止事態(tài)擴大。

七、中央控制系統(tǒng)

這部分是整個機電工程的中樞，匯集了隧道內(nèi)所有現(xiàn)場檢測信號和控制信號，以多層網(wǎng)絡(luò)的形式由中央控制計算機實現(xiàn)對各系統(tǒng)的控制與管理，協(xié)調(diào)各子系統(tǒng)的聯(lián)動與互鎖控制，并采用人機對話的方式實現(xiàn)人工干預(yù)控制和系統(tǒng)自動控制的有機結(jié)合。

八、供配電系統(tǒng)

供配電系統(tǒng)是隧道機電工程的關(guān)鍵系統(tǒng)，它的運行好壞，直接關(guān)系到整座隧道能否正常營運。鑒于該系統(tǒng)在整個機電工程中的重要作用，故要求其在供配電過程中必須滿足安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的要求。

根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》規(guī)定及要求，隧道通風(fēng)、照明、監(jiān)控、消防等重要電力負(fù)荷為一級負(fù)荷，應(yīng)由兩路電源供電，同時還應(yīng)設(shè)置獨立的備用電源和應(yīng)急電源。故在實際設(shè)計過程中，通常采用高壓雙回路（來自不同的供電回路）供電、高壓計量、低壓無功補償?shù)墓╇姺绞剑ɑ蛟鲈O(shè)自動化發(fā)電機組）。對于特長隧道或隧道群，考慮到由于供電線路距離太長可能帶來較大的線路損耗，可采用高壓集中配電，設(shè)置多個變配電所的方式進行供電，以減少線路損耗。對于中短隧道，為節(jié)省投資、減少人員運行費用，可考慮采用箱式變電站。為保證隧道內(nèi)設(shè)備用電的可靠性，必須采用UPS供電。當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生停電時，UPS供電電源將在發(fā)電機沒有完全啟動之前取代市電，繼續(xù)向用電設(shè)備供電，以確保特別重要負(fù)荷電源不間斷。

目前，公路隧道機電工程設(shè)計尚處在經(jīng)驗積累階段，需要逐步完善，更好地應(yīng)用新技術(shù)、新工藝，解決實踐過程中發(fā)現(xiàn)的問題，相信在不久的將來，這門學(xué)科必將大放異彩，為高速公路安全便捷運行鋪平道路。

參考文獻

[1]李曉春，謝開炎．淺談隧道機電工程（公路2000年1月）．

[2]趙忠杰．公路隧道機電工程[M]．北京人民交通出版社，2007．

作者簡介：周曉琳（1974- ），浙江麗水人，浙江佳途勘測設(shè)計有限公司工程師，研究方向：隧道機電工程。