高速公路隧道机电工程关键设施检测技术

文／陈文君 广东交科检测有限公司 广东广州 510550

引言：

近年来我国的高速公路网络越发完善，各种高速公路在投入使用后为国民经济创造了较大财富。但由于高速公路的线路较长，常常建有大量隧道，因为其结构特殊，再加上空间封闭、光照不佳，为保障车辆在隧道中的通行安全性，有关部门需建立高质量的隧道机电工程，配置照明、消防、监控、通风等设备。如隧道机电工程中设备出现问题，将增大通行风险，从安全性角度有必要进行设施检测，合理应用先进的设施检测技术评估设施性能。未来的隧道机电工程中需继续研究全新的设施检测技术。

1.工程概况

某高速公路南段，其全长150km，为双向六车道设计，设计时速120km/h。在此高速公路项目中，隧道机电工程为重要构成，隧道机电设施包括视频监控系统、紧急电话、广播系统、环境检测设备、诱导设施、通风设施、消防设施、隧道照明、本地控制器、供配电设施等。

2.高速公路隧道机电工程的设施类型

2.1 隧道照明设施

高速公路中的隧道路段不同于常规路段，其空间狭小，现场地形地质条件复杂，光照不佳，大部分情况下隧道内无自然光照。如车辆在隧道中通行时照明条件不佳，极易造成交通事故。为减弱驾驶员进出隧道时的黑洞、白洞效应，需给隧道设置专门的照明设施，使隧道光照符合通行要求。但由于隧道环境特点，相关人员在配备照明设施时需考虑实际情况[1]。从隧道空间构造出发，照明系统内应包含人横洞照明、引道照明、主洞照明。另外，考虑到突发事故下的照明要求，还需在隧道内安装应急照明设备。在选择隧道照明设施时，主要需考虑以下要求：（1）光照度要求，全面考虑隧道结构形式、车速等因素，给不同位置选择符合光照度要求的照明设施。（2）能效要求，应优先采用能符合照明要求、能耗较低、寿命较长的设施。（3）可靠性要求，保障照明设施在投入使用后的故障率较低。

2.2 隧道通风设备

高速公路项目中为降低隧道成本，在前期的设计与施工中往往未给隧道预留足够的空间。当汽车进入隧道后，行驶过程中将伴随着较多的尾气与粉尘，如隧道通风不佳，将导致尾气、粉尘等长时间聚集在隧道内，影响隧道内的空气质量。因此，为保障隧道内的空气循环，减小尾气、粉尘等对各种机电设备的影响，必须在隧道内安装通风设备。为提高新风供应的稳定性，在新风机组进风口位置应安装电动密封阀，机组停机时该密封阀同步关闭；循环机组新风支管上应设置电动双位机械式定风量阀，只要某一系统保持最佳的运行状态，其对应的新风电动双位机械式定风量阀将打开，处于最大新风量位置，机组送风机进行变频调节，达到所需风量要求，同步启动排风机，维持隧道内的空气循环[2]。在选择隧道通风设备时，主要需关注风量要求，此阶段需分析隧道的长度、横断面积、交通流量等因素，保障通风设备在投入使用后能为隧道提供足够的风量，满足通风要求；噪声规定，通风设备应保持低噪音，避免运行时噪音过大；能效要求，选择节能型通风设备。

2.3 隧道消防系统

高速公路隧道机电系统运行中，常常因操作、环境等因素而诱发火灾事故，引起人员伤亡与经济损失。为此，高速公路隧道中也需从消防安全角度设置消防指示灯，采用先进技术建立消防系统，即使隧道中出现火灾隐患或者发生安全事故，人员也能依据消防指示灯快速撤离现场，由消防系统自动发送预警信号并启动灭火装置，在最短的时间内消灭火灾，减小危害。在设计隧道消防系统时，相关人员需分析火灾威胁及火势扩散情况，设置水平疏散区域、垂直疏散区域，在关键区域配备消防设施。

2.4 隧道监控设备

与一般的公路相比，高速公路上的车流量较大，车辆行驶速度也较快，发生交通安全事故的几率较高。为提高高速公路隧道安全性，隧道机电工程中需配备监控设备，建立不同监控设备之间的关联关系，形成现代化监控系统，由此系统监控隧道中的车流量、车辆行驶、设备运行等情况，在出现异常情况时及时处理。隧道监控系统中集成了多种监控设备，还能在监控系统与其他机电设备之间建立联系，实现全方位监控，有关部门可依据监控结果制定相应的工作方案。

3.高速公路机电设施检测重点

3.1 整体运行状况检测

高速公路隧道机电工程中包含的设备种类较多，任何一种设备出现运行问题，都将影响通行安全性。结合当下隧道机电系统的构成情况，基本实现了照明、监控与通风，在检测设施时应重点检测各种设施的整体运行情况。整体检测与评估中应从更为全面的角度分析每一设施的可靠性、灵敏度，如每一设施的状态良好，在隧道中出现突发问题时，不同设施之间可加强配合，发挥每一设施的功能优势，保障响应速度。针对设施的整体运行状态检测，有关人员在日常需经常性组织模拟活动，通过计算机来模拟、检验隧道机电子系统、各种机电设备的运行情况。信息时代到来后，在隧道机电工程的设施检测中可采用的技术越发多样，借助计算机技术建立的监控系统，可全天候、全方位监测，将监控结果以可视化的方式呈现，有关人员在接收了这些信息后，能全面、准确掌握隧道情况，减少事故；交通信号灯能发送信号信息，在特殊时段内有序疏散交通；环境监测系统能动态分析隧道风速、风向、风量等，将这些数据作为调整和控制设备的依据。

3.2 预防性检测

隧道机电系统运行中，能通过预防性方式减少事故。为此，为提高机电设施的运行效率，有关人员在日常需开展各种预防工作，监控设备参数，从整体与细节角度分析设施的运行情况，做到问题的早发现、早处理。日常的维护检修工作中，有关人员需保持认真严谨的工作态度，一旦发现机电设施的问题，需及时向相关部门上报，及早调试与维护。另外，有关部门需根据行业内对隧道机电工程的要求，建立完善的机电维护管理体系，形成以周、月、年为周期的检查方式，并依据机电设备设施类型选定检测内容及方法。在完成维护检修工作后，相关人员需全面整合已有的检修数据，以数据为基准判定设备的可靠性，在日常进行预防性检测，及时发现问题。

4.高速公路隧道机电工程关键设施的检测要点

4.1 外观及内业资料检查

针对隧道机电工程的设施检测，外观与内业资料的检查为基础性工作。在外观检查中相关人员需分析机电工程设备机箱的安装水平，并同步检查电力线、信号线、防雷、接地、安全保护等工艺、技术、流程等是否符合行业规定；内业资料检查主要需保障全部设备的各方面资料完整且准确，如不仅应包含设备采购、验收阶段的资料，还应包含施工和监理资料。

4.2 隧道监控系统的检测

4.2.1 车辆检测器车速和车流量相对误差

在检测隧道监控系统时，相关人员需遵循行业标准确定车辆检测器车速、车流量的相对误差。具体的检测过程中应参照标准中的交通量、车速计数精度规定，测量车速误差需将一辆车作为一个样本，计算每辆车瞬时车速的雷达测速仪测量值、检测器测量值的误差，按照要求获取了检测结果后，计算全部样本的平均值。

4.2.2 闭路电视监视系统视频传输通道

隧道机电工程中的设施运行情况，在很大程度上与视频传输通道有关，这一通道能否符合行业规定，关乎数据、图像信息传输的效率与安全。在检测过程中在视频通道输入端应连接数字信号发生器，同时在视频通道输出端安装数字视频检测仪，由该仪器检测传输通道的输出量误差大小。为得到相对准确和可用的数据，在前期安装好设备并做好连接处理后，需从输入端开始发送高清多波群信号或者sin/x 信号，由检测仪器获取传输通道的幅频数据；发送高清五阶梯波信号，检测传输通道的非线性失真情况；发送高清晰度彩条信号，检测信号时延差[3]。

4.2.3 紧急电话与有线广播系统

高速公路隧道中经常出现各种突发情况，为确保发生问题后能第一时间与外界联系，必须在隧道内安装紧急电话。结合实际情况，隧道紧急电话一般都同步设有有线广播系统，现有的相关标准中常将紧急电话与广播作为一个分项，在检测过程中统计场外紧急电话分机数量即可。在检测“分机音量”、“广播音量”时，一般需执行《高速公路有线紧急电话系统》（GB/T19516-2017）中的测定流程及方法。检测广播音量时，在广播喇叭正前方1m位置配备声级计采集音量信息；获取分机音量信息时，需在扬声器正前方0.4m 位置安装声级计。

4.2.4 隧道环境

车辆在隧道中通行时常常伴随着尾气排放，再加上隧道自身的环境，其环境中的一氧化碳等污染物的含量较高。为保障隧道环境，机电工程中常配有专业设备，检测隧道环境时应利用专门的仪器测定烟雾、CO 等的浓度，并同步分析照度、风速、风量等信息。检测中很多指标都需利用现代传感装置来采集数据，为降低检测结果与实际的误差，检测之前应根据待检测项目选定传感器类型，并将这些传感器安装在恰当位置。

4.2.5 隧道视频交通事件检测系统

高速公路隧道机电工程中的视频交通事件检测系统，可在车辆通行过程中自动测定交通事件，捕捉与交通安全、车辆行驶有关的数据及图像，在此过程中不采集在交通参数数据。

4.3 隧道通风系统的检测

4.3.1 射流分机

为满足隧道通风要求，一般在隧道的正上方往往安装有射流分机，这一设备的安装难度较大，为提高射流分机的运行效率，有关人员在前期的工作中需遵循安装规范，由专人检查预埋件隐蔽工程资料、风机拉拔检测报告。在检测射流风机这一关键设施时，风机平均风速为重要指标，行业内的相关标准中对这一测量方法、流程等都有相对清晰的规定。为提高检测规范性，有关人员可将隧道断面细分为16 个测试区域，统计通风系统的运行情况，启动风机，当其风速相对稳定后，取各点3 次测试的平均值，此结果即为该断面对应测点的风速。

在测定风速时为控制偏差，应重点关注以下要点：当隧道通风系统设计工况达到要求时再启动风机，与此同时，隧道断面流场符合均匀性要求时方可进入检测环节，一般在风机开启0.5h 后再测试；隧道车行横洞、人行横洞的开闭情况对检测结果有直接影响，在检测期间相关人员需密切关注这些的开启和关闭情况；合理控制风机安装高度；配备激光测距仪，将该仪器规范安装于风机正下方位置[4]。

4.3.2 轴流风机

隧道中还常常安装有轴流风机，这类型风机在运行中的能耗较高，针对其运行特点，需检测该设备的风速调节、风阀启闭、叶片角度调节、控制等功能，以评估此设备的运行状态。

4.4 隧道照明系统的检测

照明系统是为了保障隧道的照明情况，为车辆通行创造良好的通行条件。现阶段在高速公路隧道中，可选择的照明设备设施相对较多，再加上有计算机技术等的支持，可构建性能稳定、功能齐全的照明系统。隧道机电工程关键设施的检测中，有关人员需根据要求检测照明系统，及时发现照明设备的问题。针对照明系统的检测，应通过亮度半封闭测量法获得数据，对于公路隧道的入口段、过渡段、中间段、出口段等特殊位置，均应选择100m 作为检测对象，纵向间隔5m，横向间隔每车道3 点的方式来布置测点，获取每一测点的亮度值。功能性检测方面，需检测每一回路的照明情况。

4.5 隧道消防系统检测

4.5.1 手动火灾报警系统

隧道消防系统的手动火灾报警子系统，因为为手动操作，关键应考虑其人工操作便捷性和灵敏度。检测过程中应测定管理站警报器的音量，并保障在手动按下报警按钮后能触发警报器，在检测音量时需在特定位置安装声级计，而在后续按钮按下后的启动操作检测中，则需进行多次重复操作，评估其响应水平。

4.5.2 自动火灾报警系统

自动火灾报警系统的自动化程度较高，当此系统识别到火灾隐患后，可第一时间发送预警并同步启动相关装置灭火。针对火灾探测响应的检测，火盆法相对适用，具体的检测过程中需执行行业规范，在现场开展点火试验，在此试验中记录火灾检测器的响应时间，试验过程中有关人员需按照要求完成防护工作[5]。

4.5.3 电光标志

高速公路隧道中的光电标志属有源标志，对减小隧道火灾或者其他事故损失、引导现场人员有序撤退具有重要的意义。依据当前隧道中的电光标志情况，多以疏散指示标记、消防设备指示标记为主，在检测期间需关注这些标志的亮度，利用分光色度计采集数据。

4.5.4 消防设施

隧道消防系统内配备有多种消防设施，这些不同类型的消防设施被安装在不同位置，在面临火灾威胁时有关人员可从这些地方取用消防设施，快速灭火。隧道机电工程的设施检测中，对消防设施的检测十分关键，因为一旦隧道内配备的消防设施存在性能、功能等方面的问题，将影响隧道防火能力，在火灾出现后易因为消防设施质量缺陷而引起重大伤亡。在检测消防设施时，应检测设施的安全防护能力、用水设施的水压参数。功能性检验方面，需检测灭火器、消火栓等在火灾条件下能否正常使用，有关部门需经常性组织应急演练，在演练中评估这些消防设施的使用性能。

5.高速公路隧道机电工程的设施管理措施

5.1 构建运维管理平台

5.1.1 设备全生命周期管理

隧道机电工程中包含多种设备设施，在保障这些设施的正常使用，发挥各自的功能优势，在日常的工作中有关部门需采取智能化管控措施，引入数据库技术，建立全生命周期管理体系，做好不同环节的精细化管控。

5.1.2 BIM 三维可视化运维

信息时代到来后，针对各项管理工作，可采用的技术越发多样。在高速公路隧道机电工程的设施管理中，有关部门可尝试采用BIM 技术，建立三维可视化模型，模拟各种机电设备、设施的运行过程，依据模拟结果采取切实可行的运维措施。

5.1.3 高效移动端管控

在管理高速公路隧道设施时，移动端管控的优势明显，这一管理模式下需利用手机、PAD 等手持终端随时查看机电设备的运行情况，及时发现机电设备的故障。另外，利用这些手持终端同样能扫描查看设备厂商、维修手册、备件库等方面的信息，以通过整合这些信息来维护、检修设备。

5.2 全面分析设备故障成因

高速公路隧道机电设备在长期使用的过程中，可能因环境、操作、老化等出现各种故障，如在日常未注重设备的故障检测、分析与处理，将导致许多故障的处理不够及时，在故障发展到后期再处理，设备运行风险大大提高。为此，在当前的条件下为促进设施设备管理，相关人员必须做好故障的分析、检测，总结每种设备、每一种故障的发生频次、原因、维修措施，形成文字或者电子维修资料，在后续有需要的情况下直接调取这些资料，辅助实际工作。一些机电设备的使用频次高，且已投入多年，对于这类型设备需加大故障检测频率，及时发现和处理问题；新引进的机电设备，应为其配备巡检系统、红外线测温仪等先进设备，自动分析和评估设备的运行水平，整合设备的运行数据，自动发现风险并标记故障数据，方便专业人员分析故障原因。

5.3 建立故障响应机制

为保障高速公路隧道机电设备出现问题后能快速处理，有关部门需总结工作经验，逐步建立故障响应机制。在建立这一机制时主要需注意以下方面：（1）建立故障检测数据库，在该数据库中存储日常的设备检测、维修数据，保障设备数据的完整性与准确性，帮助相关人员从整体性角度分析机电设备的运行情况。（2）诊断分析，定期、不定期诊断机电设备的运行情况，分析设备温度、能耗、功能等，评估其性能。

结语：

隧道机电工程为高速公路中的重要构成，在当下行业发展的过程中，相关部门必须重视隧道机电设施的检测，遵循行业规范确定检测内容，选择先进的检测技术，构建现代化检测技术体系与路径。