淺談提高城市快速路下立交防汛排水系統(tǒng)能力

時榮華

（上海成基市政建設(shè)發(fā)展有限公司，上海市200433）

1 城市快速路下立交及防汛特點(diǎn)

隨著各地經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，給市內(nèi)交通帶來的壓力也越來越大，快速路作為城市道路網(wǎng)的主骨架，已經(jīng)成為緩解城市交通壓力的有效手段。城市快速路由于其快速、便捷、封閉性較強(qiáng)的特性，是駕駛員出行的首要選擇，車流量十分巨大。

我國每年6月至9月為主汛期，期間強(qiáng)對流天氣及臺風(fēng)多發(fā)，常有瓢潑大雨，容易產(chǎn)生積水影響道路安全通行，嚴(yán)重時可危及人員生命安全。如2008年北京的大暴雨，造成37人死亡的嚴(yán)重后果。因此，如何在巨大的車流量下，保證道路運(yùn)行安全是一個重大的課題。

快速路下立交排水系統(tǒng)主要依靠排水泵站，泵站排水設(shè)施主要由集水池、供配電設(shè)備、排水泵、自動控制系統(tǒng)、排水管路（含閥件）及出口壓力井組成，道路雨水通過集水井收集后，由排水泵提升后強(qiáng)排至周邊市政管網(wǎng)。

由于下立交標(biāo)高低于一般路面，外排水主要依靠排水泵提升后強(qiáng)排入市政管網(wǎng)，涉及供電系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等多個機(jī)電系統(tǒng)，多為無人值守的自動化運(yùn)行泵站。且下立交通常長度較短，一旦暴雨涌入，可能在短時間內(nèi)就被淹沒，如有人員受困車內(nèi)，極易發(fā)生人員傷亡事故。

2 防汛排水系統(tǒng)隱患

以上海某環(huán)線下立交為例（下文引述均為此環(huán)線內(nèi)容，不再重復(fù)表述），該環(huán)線于2006年建成通車，曾經(jīng)也發(fā)生過暴雨中斷交通的情況，所幸并無人員傷亡。該環(huán)線所有下立交泵站均為無人值守泵站，現(xiàn)場水泵啟停由PL C自動化控制系統(tǒng)完成，但在實(shí)際運(yùn)行中，還是發(fā)現(xiàn)了不少隱患。

2.1 下立交排水受制地區(qū)排水

快速路下立交暴雨重現(xiàn)期一般為10 a一遇，但周邊地面輔道暴雨重現(xiàn)期僅為1 a一遇，導(dǎo)致暴雨時地面輔道積水較深，嚴(yán)重時可能蔓延倒灌入下立交，造成泵站排水負(fù)荷增加。

2.2 泵站內(nèi)排水能力尚有潛力

快速路下立交泵站排水泵均為多用一備的熱備用方案，變壓器容量無法負(fù)荷泵站內(nèi)所有水泵同時運(yùn)行，極端雨量情況下難以保證排水量。實(shí)際在2009年某次強(qiáng)降雨情況下，市政雨水井雨水噴涌而出，一處下立交內(nèi)所有水泵已全部開足，但水位仍緩慢上升，此時若能使1臺備用水泵投入運(yùn)行，在管網(wǎng)存在潛力的情況下（管徑、壓力等），極端情況可發(fā)揮備泵的作用。

2.3 泵站內(nèi)電氣控制柜標(biāo)高較低

ABCG泵站內(nèi)電氣控制柜標(biāo)高相對下立交最低點(diǎn)的相對標(biāo)高均小于800mm的一般值見表1。若下立交內(nèi)產(chǎn)生積水，很容易造成控制柜內(nèi)進(jìn)水，影響主要排水設(shè)備的正常運(yùn)行，如水泵停轉(zhuǎn)、泵站失電等。

表1 下立交泵站電氣控制柜標(biāo)高調(diào)查表

2.4 自動化控制系統(tǒng)存在隱患

如前文所述，所有由于下立交泵站為無人值守泵站，現(xiàn)場水泵啟停均由PL C自動控制系統(tǒng)完成，但此系統(tǒng)自動控制完全依賴于超聲波液位計及PL C控制器。包括監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程控制，也完全依賴于PL C控制器實(shí)現(xiàn)。一旦這兩個主要部件發(fā)生故障，泵站遠(yuǎn)控、自動功能將徹底癱瘓。

2.5 遠(yuǎn)程監(jiān)控中心報警信息提示性弱

由于下立交泵站均設(shè)計為無人值守泵站，現(xiàn)場PL C自動控制設(shè)備根據(jù)液位情況自動控制水泵啟停，所有運(yùn)行信息均由監(jiān)控中心進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。因此，水位是現(xiàn)場排水設(shè)備能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵。同時，電力系統(tǒng)作為泵站所有動力來源也是一個重要的監(jiān)視參數(shù)。

經(jīng)實(shí)地測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下立交水位異常時（高水位、低水位），或供電線路失電、跳閘時，并無明顯的報警提示。僅在次級監(jiān)控頁面上顯示，且并不主動彈出報警窗口提示，遠(yuǎn)方監(jiān)控人員很難第一時間發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行處置。

3 提高防汛排水系統(tǒng)能力

針對以上防汛薄弱環(huán)節(jié)，根據(jù)多年來的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，我們研究了一系列的對應(yīng)措施。通過充分挖掘泵站內(nèi)部排水能力、提高電氣控制柜抗水高度、完善自動化控制系統(tǒng)、監(jiān)控中心新增聲光報警箱等一系列綜合機(jī)電系統(tǒng)治理，提高下立交防汛排水系統(tǒng)能力。

3.1 充分挖掘下立交泵站內(nèi)部排水潛力

如上文所述，雖然下立交泵站內(nèi)排水能力足以滿足快速路封閉環(huán)境的排水要求，但目前百年一遇的強(qiáng)降雨天氣多發(fā)，加之實(shí)際排水能力受地區(qū)排水能力影響后會有所下降。而下立交內(nèi)多用一備的水泵運(yùn)行能力又有可以挖掘的排水量潛力，只不過受制于變壓器容量，無法同時運(yùn)行。

以某下立交泵站為例，其電源進(jìn)線為兩路10 k V高壓進(jìn)線，2臺變壓器容量均為250 k V A，一用一熱備。泵房內(nèi)配置有3臺潛水泵，每臺功率為90 kW，全部開啟時水泵動力負(fù)荷就達(dá)270 kW，考慮到水泵降壓軟起動瞬時電流為運(yùn)行電流的3倍，單臺變壓器無法負(fù)荷3臺水泵同時開啟。若想要增加水泵運(yùn)行臺數(shù)，有兩個方案，增大變壓器容量或改造水泵供電模式。

因泵站已建成投用，增大變壓器容量工程量巨大，且下立交供電需中斷施工，可行性不高。而改造水泵供電模式這一方案主要將下立交內(nèi)一臺水泵負(fù)載接至備用電源線路上，并增加雙電切換裝置，依舊保持雙電切換能力，使原來一用一熱備的供電方式變?yōu)閮陕烦Ｓ?。改造后甲乙兩路電源依然互為備用，各臺水泵仍然為雙電供電，僅將一臺水泵負(fù)載獨(dú)立接駁于備用變壓器，充分挖掘了下立交內(nèi)原有設(shè)備的潛力。

3.2 提高電氣控制柜抗水高度

針對ABCG下立交電氣控制柜抗水高度低的問題，分別采取增加擋水墻、控制柜移位、增設(shè)抬高支架的方法。保證下立交內(nèi)電氣控制柜抗水高度大于800mm。

改造后據(jù)實(shí)際觀察，在極端暴雨情況下，即使下立交內(nèi)有少量積水，但主要排水設(shè)備依然保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 完善自動化控制系統(tǒng)

（1）下立交泵站水泵無法遠(yuǎn)控

部分下立交泵站內(nèi)由水泵運(yùn)行完全依賴于自動控制，無法遠(yuǎn)程干預(yù)水泵啟停。針對這種情況，我們通過改造本地PL C控制器，增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，使其接入本地控制網(wǎng)絡(luò)，并在軟件界面增設(shè)啟停按鈕，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控水泵啟停的功能。

（2）自控系統(tǒng)完全依賴PL C及超聲波液位計

由于下立交水泵控制系統(tǒng)完全依賴于PL C及超聲波液位計，當(dāng)這兩個主要部件出現(xiàn)故障時，泵站將完全癱瘓。為防止這一情況的出現(xiàn)，我們采取的是在各下立交泵站增加浮球液位計作為后備保險措施。

首先，在泵站集水井內(nèi)增加兩處浮球液位開關(guān)，分別為高液位和低液位。高液位設(shè)置于一泵自動運(yùn)行水位之上，低液位設(shè)置于自動停泵水位之下，并將其接入控制回路。當(dāng)自控系統(tǒng)出錯時，其作為后備控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自動停泵，自動啟泵的功能。浮球高低液位信號同樣接入PL C控制器內(nèi)，通過自控網(wǎng)絡(luò)傳送至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)超限報警的功能。

3.4 監(jiān)控中心新增聲光報警箱增強(qiáng)報警提示性

在監(jiān)控中心新增遠(yuǎn)程下立交集水池液位報警及電力異常報警聲光報警箱，實(shí)現(xiàn)：水位異常報警提示、電力異常報警提示。

為了實(shí)現(xiàn)水位高低液位異常報警及電力報警，需增加報警聯(lián)動軟件。如下立交發(fā)生水位異?；螂娏Ξ惓＃暪鈭缶鲿詣訄缶枰跃?，并在監(jiān)控軟件界面中自動彈出發(fā)生異常水位的下立交監(jiān)控界面，讓監(jiān)控人員進(jìn)行查詢及操作；當(dāng)出現(xiàn)水位過高、過低、高壓失電、低壓失電、浮球高低液位報警時，報警箱紅燈閃亮，并發(fā)出鳴叫，報警信號傳輸迅速、聲音響亮。同時監(jiān)控軟件彈窗報警，具有很強(qiáng)的提示性。

4 新技術(shù)探索

4.1 氣象監(jiān)測系統(tǒng)

通過在下立交敏感點(diǎn)布設(shè)氣象監(jiān)測系統(tǒng)，可獲悉溫度、濕度、雨量、風(fēng)力風(fēng)向等實(shí)時氣象信息，數(shù)據(jù)傳輸可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活采用有線或無線傳輸方式，安裝便捷，適應(yīng)性強(qiáng)。汛期一旦出現(xiàn)強(qiáng)降雨，監(jiān)控中心可根據(jù)現(xiàn)場氣象情況及時啟動應(yīng)急預(yù)案，動態(tài)調(diào)整防汛應(yīng)急力量的配備，保障各項(xiàng)應(yīng)急搶險工作順利開展。

4.2 移動APP技術(shù)

目前移動客戶端A PP應(yīng)用十分廣泛，為了更高效地防止和減輕汛期災(zāi)害，可以將應(yīng)急預(yù)案電子化，結(jié)合氣象監(jiān)測、應(yīng)急車輛G P S系統(tǒng)、防汛調(diào)度、防汛物資運(yùn)用等多方面工作，對接各類開放平臺，如浙江省臺風(fēng)路徑預(yù)系統(tǒng)、上海市下立交積水點(diǎn)測量系統(tǒng)、上海市氣象局氣象預(yù)測平臺等，開發(fā)防汛專用A PP客戶端。通過移動客戶端，隨時隨地便能知曉氣象預(yù)警信息、臺風(fēng)路徑情況、現(xiàn)場實(shí)時雨量、現(xiàn)場視頻、地道積水深度、泵站設(shè)備信息及應(yīng)急物資情況等情況，如同千里眼，順風(fēng)耳，徹底改變指揮人員只有到達(dá)監(jiān)控中心后，才能了解現(xiàn)場信息的弊端。

5 結(jié)論

通過充分挖掘自身排水潛力、提高設(shè)備抗水高度、完善自動化控制、增強(qiáng)報警提示性等一系列的綜合治理措施，練好內(nèi)功，確保下立交防汛排水系統(tǒng)自身過硬。配合綜合氣象系統(tǒng)、移動A PP等技術(shù)，多方保障下立交防汛工作正常開展。經(jīng)過多年實(shí)踐觀察，效果令人滿意，切實(shí)提高了下立交的防汛能力。在“百年一遇”惡劣天氣頻繁出現(xiàn)的今日，能有效保證設(shè)備運(yùn)行正常、排水順暢，保障車輛正常通行，人員生命安全。