复杂地下道路智慧化提升体系与应用设计研究——以广州南沙横沥岛尖为例

文｜广州市南沙新区明珠湾开发建设管理局 梁睿中；上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 游克思 罗建晖

1.引言

城市地下道路[1]建设越来越多、类型越来越丰富。部分城市核心区域开发逐步加强，为缓解区域地面交通设施不足，设置了城市地下车库联络道等地下道路形式[2]，可以有效改善城市区域交通环境[3]，但对地下道路的服务效率、运营安全要求等也进一步提升。

近年来，国内外已有不少智慧地下道路实际研究和应用探索。在国外，悉尼海底隧道在隧道出入口设计了虚拟屏系统，使司机显著注意到“停止”标志[6]。瑞典公路管理局[8]拟利用C-ITS 技术提高斯德哥尔摩Bypass 隧道运营水平，应用包括紧急状况管理、停滞车辆处理、危险品车辆处理。在国内，上海隧道试点轨道智能巡检机器人[9]，能够实现全天候24 小时巡检。港珠澳大桥采用基于BIM 的三维监控系统进行隧道设备监视及控制等[10]。

总体上，国内外针对智慧地下道路化尚处于前期试点阶段，智慧化建设场景的系统性研究相对较少。本文以广州南沙横沥岛尖地下环路为例，系统研究了智慧化应用场景，并针对智慧交通管控场景开展设计。

2.复杂地下道路特征与智慧化提升需求

2.1 特征分析

横沥岛尖地下环路单向三车道，设计速度20 km/h，全长约2.66km。设置“四进四出”四对接地匝道；预留三对匝道衔接明珠湾区跨江隧道和安益路隧道；设置40余处内部出入口衔接沿线地下车库。区域地下道路规模大，涉及多条地下道路；类型多，涉及不同功能等级的地下道路，互联互通；系统协同联动需求多。

2.2 智慧化提升需求

（1）面临的新问题与挑战

图1 横沥岛尖地下道路

图2 新问题与挑战

地下道路规模化、网络化特点，对其交通和运营安全带来新的问题。以安全防灾为例，由于环路复杂的布局和火灾事故的随机性，同时涉及到环路、地块等多设施的联动，预设的防灾预案难以涵盖所有情况[12]。在发生火灾时，地下环路复杂环境下的烟雾扩散、发展态势等难以预判，以为有效排烟控烟和正确的疏散救援决策提供依据。

（2）不同应用主体的需求

地下道路应用主体包括道路使用者、运营管理部门、政府管理部门以及地块物业等：①地下道路使用者需求包括综合信息服务、安全与舒适的行车环境等。②道路运营管理部门需求包括设施设备等综合监控、基础设施维护、紧急事件管理等。③政府管理部门需求包括交通违法执法、交通拥堵和事故管理、交通信息采集与发布、火灾紧急救援等。④地块物业需求包括环路内部、匝道、地块接口运行情况，交通、火灾事件信息等。

3.智慧化提升体系研究

3.1 技术思路

在梳理复杂地下道路现阶段存在问题的基础上，从对象维度、应用维度和分级维度等三个维度构建智慧应用场景体系。对象维度主要是针对使用者、管理者和政府监管的需求展开；应用维度主要结合地下道路运营管理业务展开；分级维度则是根据智慧化场景模块所能实现的功能等级进行场景体系的构建，各等级功能描述见表1所示。

表1 分级维度下各功能等级描述

3.2 智慧化提升应用场景体系研究

根据上述建设思路、目标和原则，结合横沥岛尖地下环路实际需求，考虑了近远期实施。远期实施重点做好空间和管线配套的预留，共形成“5 大功能模块+24 个建设场景”。

表2 智慧化场景体系规划

图3 智慧交通管控模块部署

4.设计与应用案例

本文重点以智慧交通管控应用模块为例展开介绍。通过智慧交通管控，实现全线交通流信息感知，增强交通事件、交通流态势研判能力支撑辅助决策，主要建设内容如表3所示。

表3 近期智慧交通模块主要建设内容

4.1 地上地下一体化交通引导系统设计

区域一体化交通引导与控制系统，通过实时采集隧道内外交通流各项指标，将预警、引导信息和控制指令自动发布于周边路网、隧道入口、内部地块开口的可变信息标志。用以预防和缓解交通拥堵、路网交通流均衡分配。

4.2 地面-地下环路-地块出入口一体化联动控制设计

（1）地块出口控制设计

图4 多级交通引导标志系统

图5 地下道路地块出口控制设置

通过联动控制地块出口闸机及信号灯，实现火灾、管养等情况下，临时管制进入环路交通流，合理调节地块进入环路交通量。

（2）地下环路洞口控制设计

洞口控制设置通过增设洞口闸机及其他声光警示设备等，实现火灾、管养等情况下，通过洞口闸机临时管制进入环路交通流，防止火灾、水淹、交通严重拥堵情况下，造成人员伤亡、拥堵加剧等。

4.3 重点路段监管设计

（1）弯道交通风险预警设计

弯道交通风险预警通过毫米波雷达检测小半径转弯区域交通事件、拥堵情况，并通过路侧设置的可变情报板对即将进入该区域车辆进行风险警示。

（2）不同净高衔接段的交通管控设计

不同净高衔接段的交通管控，可以检测明珠湾越江隧道中、拟进入地下环路的车辆高度，警示超高车辆禁止进入衔接的地下环路系统。

5.结论

本文以广州南沙横沥岛尖地下道路为例，分析了复杂城市地下道路的系统特征、存在的问题以及智慧化提升需求，从不同使用主体需求出发，结合智慧化相关技术，探究了复杂地下道路的智慧化提升体系，最终将其应用到实际建设中。针对地下道路系统的复杂性，结合智慧化技术进行提升设计，可以有效形成感知更全面、管控更高效和决策更智能的地下道路系统。智慧化技术在城市地下道路领域应用不断深入，在区域一体化交通引导与控制系统、地面-地下环路-地块出入口一体化联动控制、重点路段监管等方面可以广泛应用。本文旨在为我国城市地下道路智慧化提升提供思路，为今后建设地下道路智慧系统建设提供参考。

图6 地下道路洞口控制设置

图7 弯道风险预警

图8 不同净高衔接段交通管控