高速公路机电工程设计中的关键要点分析

文 / 中咨华科交通建设技术有限公司 王毅

作为我国基础工程建设的重要组成部分，高速公路不仅对文化交流、经济发展起决定性作用，同时也支撑当地民众出行的需求。要实现高速公路预期功能，就需要从监控、收费、供电等子系统进行深入优化，使其能够满足项目实际需求，为项目运营提供可靠的支持。本文基于我国高速公路建设现状，分别从监控系统、收费系统、通信系统、供电系统四个层面探究了机电工程设计的要点，以期能够为我国基础工程建设提供理论支持。

我国基础工程建设的快速发展，为各领域的持续发展创造了良好的外部环境，其中机电系统的建设往往直接关切着项目预期功能及综合效益。近些年，先进节能技术在机电系统中的不断普及促进着机电设备向着节能提效的方向发展，创造了高效、安全、稳定的过程条件。在这样的背景下，就需要技术人员能够充分重视机电工程的设计，能够密切联系实际条件对设计方案做出深度优化。

监控系统的设计要点

监控管理体制

监控系统的建设主要由各级监控中心构成，以此形成结构化、系统化的监控网络。对于隧道洞口位置一般可额外设置无人监控机房，强化重点位置的管理。若涉及到特长隧道等跨度较大的路段，还可在其附近布置管理站来保证监管效果。

监控中心系统构成

对于各级监控中心而言，其一般通过监控数据网及视频网系统来构建。其具体可按以下进行布置：监控数据网内应当设置专门服务器、监控工作站、通信中转站以及视频管理站等。对于路段内存在隧道的，一般还需要在此基础上另外设置隧道监控站、火灾预警站、紧急通信站等。视频网系统则主要包括了控制切换及视频存储两个部分。对于各个功能站点应配置独立服务器，保障工作的顺利开展。监控软件的选择应当满足国家现行规范及当地法规要求，并与工程实际需求进行结合。监控设备的布置数量及位置应当结合隧道路线及空间来确定，一般应当保证能够满足最长3000m的监控视野，且其监控设备的数量应尽可能控制在40台以下。

外场设备布设

外场设备的布设根据功能要求的不同可分为A1类及A2类两个等级。A1类的主要要求在于采集信息数据、诊断交通状态、监控车流分布、公路匝道控制、实时资讯发布；而A2类的基本功能则在于采集信息数据、诊断交通状态、监控车流分布、实时资讯发布。外场设备在布设时应当严格遵照我国现行规范标准执行，以此确定监控等级及系统配置情况。

特别地，在布设外场设备时应当特别注重以下几点：1.对重难点路段予以足够重视，尤其是特长隧道、大跨度桥梁、服务区、互通立交等位置应当采取针对性措施来进行加强。2.布置外场设备时应当协调好其与其他构筑物之间的关系，尽可能避免出现高填现象。3.平衡好外场设备、主体结构之间的关系，在此基础上组织好桥隧工程中管道、预埋件的布置。4.结合当地交管部门的观测数据来完善布局规划，特别应当注重交调站的布置。

外场设备的供电方式

在目前实际工程建设中，外场设备的布置大多位于收费站、桥隧工程等位置附近，应当保证其与供电源之间的距离小于2.5km，且秉承就近原则取电用电。外场设备的供电一般可采取220V/380V的电压。但在实际工程中由于外场设备布置密度的不同，许多设备的间距往往较大，这就导致设备实际的电压大于设计值，尤其是对可变情报板德国功率较大的设备而言这一现象往往更为突出，在这样的情况下项目能源消耗及运营成本将显著提高。

对于这一问题，我国通常采用太阳能、风力发电的方法来进行弥补，同时这也需要技术人员能够优化设备布置，基于实际条件选择合适的供电方式。

收费系统的设计要点

收费管理模式

我国高速公路收费系统当前大多采用收费结算中心—地区收费分中心—路段收费分中心—收费站的结构。

在收费系统的管理上，主要有以下三种:1.分散管理。在这一管理模式下收费系统的工作主要由收费站承担，而各级中心仅作为辅助及监管单位，对收费站的工作进行监督与指导。2.集中管理。集中管理即是将各项工作收归分中心统一管理。3.局部集中管理。这是一类介于分散管理与集中管理之间的管理模式，将管理区间内分布较为集中的收费站集中起来由相近分中心管理，且分中心、收费站间仅对数据进行传输交流。

收费车道工作方式

1.入口车道。目前我国在入口车道设置的形式上主要可分为人工发卡、无人值守全自动发卡及电子不停车(ETC)三类。其中人工发卡作为传统收费形式的重要内容，经过长期的发展已经形成了较为完备的体系与流程，具有良好的可靠性，能够应对复杂化、多样化的收费需求，但其对人力、物力的需求较大，运营成本较高；不同于人工发卡，无人值守全自动发卡具有一定的智能化能力，可以显著提升车道的通行能力，并且降低IC卡损坏、遗失的风险，提升运营效益。但该种收费方式对于设备的要求较高，同时在车型判定上存在的一定的不足，可能导致作弊问题；ETC是目前我国高速公路收费中常见的一类方式，其能够做到无需停车即收费，可以大大降低资源消耗、车辆磨损，同时提升高速公路的运载能力，综合改善项目整体服务质量。所以，在目前我国高速公路收费系统中，大多选用“人工发卡+无人值守全自动发卡+ETC”的收费车道。

2.出口车道。我国目前在出口车道的管理上，对货车、客车采取不同的标准，其中前者主要以重量作为计费依据，后者则按照车型、里程确定收费标准。

3.ETC车道。随着智能化技术、互联网技术的不断发展，ETC车道逐渐成为了我国高速公路收费系统的重要组成部分，并逐步形成了跨省市区联网的ETC网络，显著提升了高速公路运营的综合水平。

基于我国ETC车道建设已有的经验，对于县级及以上公路匝道可按照一入一出的标准设置ETC车道。同时对于县级以下、交通流量较大的公路匝道，可根据实际需求适当增设ETC车道。此外，在交通流量较小且车道小于二入三出设置的路段，可适当留出ETC车道的空间，为后续升级改造提供足够的面积。

联网收费路径识别的问题

在高速公路收费系统智能化的过程中，路径识别成为了一项重要的话题，也是制约收费系统进一步发展的关键因素，目前我国在路径识别方面主要采用以下方法：1.概率识别。这一类方法主要有最短路径法、协商发法及调查法等。2.精确识别。这一类方法主要有车牌识别法、射频识别法(RFID)等。在具体工程中，大多需要组合采用多种方法，来达到精准化、合理化的目的。

路径识别大多基于工程所在地交管部门的要求来统一确定，如需提升路径识别的精度可在路段附近适当增设涉笔，所以在新建项目中应当基于实际需求适当增加工程成本。

通信系统的设计要点

管理体制

通信系统的管理一般遵循：各级通信中心—通信站的结构。

组网方案

通信网络的构建主要有干线传输网和接入网两部分。其中，干线传输网的搭建应密切联系当地通信规划及技术条件来确定。我国高速公路的通信系统中接入网大多选用基于SDH的综合业务接入网技术。

与全省高速公路通信系统的联网

各路段的通信系统作为地区路网通信的组成部分，在设计时应当考虑到路网整体的规划需求，能够形成准确、客观的认识，明确各路段通信系统的主要意义，基于此来配置传输系统。

此外，在对高速公路通信系统进行设计时可对附近其他项目的建设情况进行调研，确保在道路交接位置能够做到通信网络的有效联通，并应预留足够的空间为未来长远规划奠定基础。

供电照明的设计要点

供电方式

目前我国供电照明系统的供电模式主要可分为以下两类：1.中压供电模式。基于项目沿线桥隧分布情况将高速公路划分为若干个供电区段。基于各区段内的用电需求，引入若干路10kV外线来供给该区段内的用电需求，在进行中压配电后可再次分出若干个出线回路。2.单点供电模式。这一供电模式也即就近供电，在提供一路10kV外线的基础上，基于该路段的用电需求配置发电机组来作为备用电源供给系统正常运转。

在设计方案汇总，对于不同的供电强度及供电区段，可选择不同的供电方式，其可遵照以下原则进行确定：在设计开始前对建设沿线的电网分布进行调研，了解各个点位的负荷程度，同时基于项目用电需求与当地供电单位进行协调，确定供电来源、容量等，初步优化用电点之间的空间分布；对于电网分布较密集的地区，可采取就近取点的原则；而对电网分布较稀疏的地区，可建立起中压网来满足当地用电负荷；对于位置较为独立的房建区域，可以选用电网单点就近供电模式。

结语

总体来看，机电系统的建设承担着高速公路功能性，且其各项内容较为复杂，需要技术人员做好内外设备并优化接口，积极与当地主管部门进行协调沟通，确保设计方案的科学性、合理性为民众提供更加优质的服务。