基本介紹
- 中文名：高速公路機電系統
- 也稱：高速公路智慧型交通系統工程
- 主要包括：“三大系統”和“隧道機電系統”
- 設計依據：《公路隧道設計規範》
三大系統,監控系統,收費系統,通信系統,地位,隧道機電系統,隧道監控系統,隧道通風系統,隧道照明系統,供配電系統,火災報警系統,
三大系統
監控系統
監控系統一般由監控中心和外場設備兩部分組成。監控中心由計算機系統、閉路電視監視控制設備、投影設備、不間斷電源系統等組成。監控中心計算機系統採用區域網路結構，能接入視頻、數據和語音信息，構成一個多媒體的信息平台，具備方便的擴展性。計算機系統具有每天24h連續工作的能力。監控軟體工程是交通監控系統的靈魂工程，它採集外場設備檢測到的信息，進行分析處理，生成相應的控制方案，通過外場的情報板等設備發布路況信息。
收費系統
高速公路收費系統是高速公路建設費用回收的途徑，收費系統一般採用“收費車道—收費站—各運營公司收費中心—收費結算中心”的四級收費體制。各級站點的核心都為計算機設備，這些設備通過乙太網交換機連成網路。收費車道採集的原始收費數據，通過計算機網路實時傳送到收費站，收費站將採集的數據集中後傳送給收費結算中心和相應的運營公司的收費中心。在收費結算中心，對每次出口的收費按照該車輛的車型和實際行駛所通過的路段、里程進行分割計算，得出各路段的應收款，然後存入收費結算中心的資料庫，並將清算的結果送給相應的運營公司的收費中心。
通信系統
高速公路通信系統是高速公路現代化管理的重要支撐系統，它要準確及時的傳輸監控系統和收費系統的話音、數據和圖像等信息，保持高速公路各管理部門之間業務聯絡通訊的暢通，並要為高速公路內部各部門和外界建立必要的聯繫；同時高速公路通信系統作為交通專用通信網的重要組成部分，是交通信息的主要傳輸載體，為各種網路服務及會議電視系統提供傳輸通道。
隨著計算機技術，網路技術和通信技術的迅速發展，高速公路通信技術也從簡單的無線對講系統發展到800MHz無線集群系統，從小容量微波通信發展到SDH系列數字光纖傳輸系統，從單純的電話業務發展到包括話音、數據和圖像等多種信息的綜合通信，並從模擬通信向數字通信演變，開始組建先進的寬頻綜合業務數字(B-ISDN)通信系統。
近年來，我國的高速公路發展非常迅速，高速公路網正在逐步形成。高速公路通信系統已開始從單條路的內部通信向路網環境的廣域通信轉變，高速公路各現場監控站有大量監測數據需要及時傳送給監控中心；各個收費站也有大批數據檔案要定時傳送給收費中心，這些傳輸任務都由通信系統承擔。因此為了保證通信的高可靠性，高速公路辟有專用的通信網路。
地位
智慧型交通系統（ITS：Intelligent Transportation System）：是以先進的交通信息系統為基礎，將信息採集技術、數據通信技術、自動控制技術以及計算機處理技術等有效的運用與整個運輸管理體系，使人、車、路密切地配合、和諧地統一，從而建立起一種在大範圍內全方位發揮作用的實時、準確和高效的運輸綜合管理系統。
通信、收費和監控系統所涉及的技術領域ITS的核心和基礎是交通信息化，ITS系統是通信、收費和監控系統在交通網路中的發展，而後者是前者的重要支撐
隧道機電系統
隧道監控系統
隧道機電工程中，通常將“現場控制網路”、“交通監控系統”、“閉路電視系統”、“緊急電話系統”、“有線廣播系統”、“環境檢測系統”均歸類為隧道監控系統。
現場控制網路
隧道的現場控制網路採用工業乙太網方式，隧道控制網路分為三級。
第一級為隧道管理所分中心控制，與隧道變電所監控環網構成控制、通信環網。
第二級為隧道本地區域控制，與隧道內監控設備構成現場匯流排系統。
第三級為主本地控制器控制級。利用雙洞隧道可構成具有真正物理意義“環”的特點，將隧道內各本地控制器連線為冗餘光纖環網。如若光纖因事故或火災斷開時具有真正意義的迂迴路由可保證隧道控制通道的暢通。通過隧道變電所內工業控制計算機可以對隧道內區域控制器及其所控設備實施控制，進行線上實時監控、離線過程控制、遠程維護等。主本地控制器設定在隧道變電所。
交通監控系統
交通監控系統由現場控制網路和隧道現場監控設備組成。現場控制網路主要由隧道上、下行區域控制器ACU、變電所內的區域控制器ACU、工業乙太網交換機、連線光纜等組成，隧道的現場控制網路採用工業乙太網方式。
閉路電視系統
隧道閉路電視系統由中控室內閉路電視監控設備、圖像傳輸設備、外場攝像機等組成。具體的設備布設按設計要求。比如：
1、外場設備：
在隧道的洞口設定全方位彩色攝像機(含雲台、變倍鏡頭、自動光圈、解碼器等)；
在隧道內每間隔150m設一台具有背光補償及強光抑制的固定彩色攝像機，配有自動光圈以適應光線的變化；
隧道內行車橫洞前增設1台全方位彩色攝像機(含雲台、變倍鏡頭、自動光圈、解碼器等)。
2、傳輸設備：
隧道內攝像機傳輸方案：外場視頻圖像傳輸至隧道管理站採用節點式傳輸方式。具體方式為：隧道外場每3台攝像機通過同軸電纜接入1台三路視頻數字非壓縮節點機，3台三路視頻數字非壓縮節點機通過占用一芯光纖可將隧道內8～10路圖像傳輸至隧道管理站內的10路視頻數字非壓縮節點機。視頻圖像在隧道管理站進行集中監視。
緊急電話系統
當隧道內行駛的車輛發生故障，或隧道內出現交通事故及火災等情況時，司機或有關人員可通過隧道沿線設定的緊急電話分機及時向中控室發出報警，以便通知有關部門迅速採取措施，確保隧道內的行車及人身安全。
緊急電話系統由緊急電話控制台、緊急電話分機和傳輸線路構成。
緊急電話分機的一般布設形式：在隧道內沿行車方向右側每隔約200m左右布設一部緊急電話分機，隧道外距隧道洞口約5m左右布設一部緊急電話分機。隧道入口是駕駛員適應光線變化的路段，在此路段停車容易造成交通事故的發生。為此，在隧道入口200米範圍內不布設緊急電話分機。
在隧道內每部緊急電話分機上方距電纜溝頂面3.3m處設定一個雙面顯示緊急電話電游標志，用於指示緊急電話的位置。隧道緊急電話採用現場交流220V供電，電源取自隧道內的監控配電箱。
有線廣播系統
隧道設定有線廣播系統，以便隧道出現緊急情況時，隧道管理站能利用隧道有線廣播系統進行廣播，及時疏導交通。
在隧道管理所內控制台為主控制台，隧道變電所隧道管理站內可以輔助控制台。主、副控制台之間採用光傳輸。
隧道變電所內有線廣播設備：主要由有線廣播系統分控器、信源設備(含調音台、專用麥克、卡座、CD等)、信號放大器、光端機、防雷配線箱等組成。
外場有線廣播設備：由隧道入口布設一台25w揚聲器、隧道內每50米布設一台15w揚聲器及傳輸線纜等組成。外場有線廣播音區由軟體分區。
環境檢測系統
環境檢測系統有一氧化碳/能見度檢測器、風速風向檢測器、氣象監測站等。
一氧化碳/能見度檢測器一般設於隧道洞內距入出口約250m處及隧道中間。風速風向檢測器一般設於隧道洞內距入出口約250m處。
監控設備供電電源均為220VAC，線纜壓降按一般設備≤5%考慮。特殊情況壓降不超過10%。隧道綜合接地網要求其接地電阻≤1Ω。隧道洞外設備安裝電源避雷器以及數據、信號防雷器。
隧道通風系統
設計依據
（1）《公路隧道設計規範》JTG D70—2004；
（2）《公路隧道通風照明設計規範》JTJ026.1-9999。
設計原則
（1）遵守現行有關規範，借鑑、參考國內外類似工程的成功經驗，結合工程實際情況，按安全、經濟、先進、合理、環保的原則進行隧道機電工程設計；
（2）通風設備應能滿足隧道阻塞、火災等異常工況的通風需求；
（3）通風控制方案以自動控制為主，手動控制為輔；
（4）通風控制方案考慮多種控制方法相結合；
（5）通風控制方案考慮火災時的風機運轉控制模式。
通風衛生標準
（1）隧道內CO允許濃度δ：
①正常運營時，中隧道洞內CO的設計濃度取值為δ=300ppm；特長隧道洞內CO的設計濃度取值為δ=250ppm；長隧道洞內CO的設計濃度取值為250ppm≤δ≤300ppm，各隧道按插入法取值。
②交通阻滯時，隧道內各車道均以怠速行駛，平均車速vt≤20km/h，阻滯段長度不大於1000m，阻滯時間不超過20分鐘，洞內CO的設計濃度250<δ≤300ppm。
（2）隧道煙塵允許濃度K：見下表：
運營工況 | 交通阻滯 | 正常運營 | 交通 | 養護 | ||
計算車速(km/h) | 10～20 | 30～40 | 50～60 | 70～80 | 管制 | 維修 |
隧道煙塵允許濃度K(m) | 0.0090 | 0.0090 | 0.0075 | O.0070 | 0.0120 | 0.0035 |
（3）稀釋空氣中異味：根據本工程交通量和隧道規模的特點，特長隧道空間不間斷
換氣頻率按每小時4次取值，其餘中、長隧道均按每小時5次取值，同時應保證隧道內
換氣風速Vr≥2.5m/s。
（4）火災工況：火災時排煙風速按Vr=3.0m/s取值。
射流風機布設方案
①風機每2台一組，每組間隔約150m；
②距洞口約200m開始布設，以後每組按150m間距均勻布設；
③特長隧道為避免中間段太長距離無風機，不利於防災排煙，所以考慮在特長隧道中間段適當布設幾組風機；
④當隧道兩端均設定變電所時，風機儘量平均布設在隧道兩端；當僅有一端設定變電所時，將風機布設在靠近隧道變電所一側。
隧道照明系統
設計依據 （1）《公路隧道通風照明設計規範》JTJ026.1-1999；
（2）《電力工程電纜設計規範》(GB50217-94)；
（3）《公路照明技術條件》JT/T367-1997；
（4）《公路隧道照明燈具》(JT/T 609-2004)；
（5）《消防應急照明燈具》(GB 17945-2000)。 隧道照明系統設計內容包括照明設施規模、類型、照明標準確定、照明計算以及燈具選擇和布置。 隧道照明系統設定內容有：洞外引道照明、洞內主線照明、應急照明、應急停車帶照明、橫洞照明及避災引導燈。
供配電系統
設計依據
（1）《供配電系統設計規範》GB50052-95；
（2）《民用建築電氣設計規範》JGJ16-2008；
（3）《電力工程電纜設計規範》GB50217-2007；
（4）《10kv及以下變電所設計規範》GB50053-94；
（5）《低壓配電設計規範》GB50054-95；
（6）《通用用電設備配電設計規範》GB50055-93；
（7）《建築物防雷設計規範》GB500057-94(2000)。
隧道供電系統設計內容包括負荷統計及分級、供電方案，變配電設備的選型、布置和安裝等。隧道變電所高壓外線引接按永久用電和施工用電結合考慮，即由現在施工用電就近的桿上引接，在變電所附近改用埋設方式引入隧道變電所，不考慮重新架設長距離供電線路。
隧道用電負荷主要為通風、照明，以及少量消防、監控、通信設施用電。
根據中斷供電所造成的損失或影響的程度，隧道用電負荷分為一級負荷、二級負荷。一級負荷中的關鍵設施，作為特別重要負荷。
負荷等級 | 負荷名稱 | |
一級 | 特別重要負荷 | 隧道應急照明、避災引導燈等標誌燈 |
緊急停車帶照明、橫洞門電機及照明 | ||
中央控制設備 | ||
閉路電視系統主要設備 | ||
交通監控設備 | ||
其他負荷 | 隧道基本照明、火災工況排煙風機、消防水泵 | |
有線廣播設備、閉路電視系統監視器等次要設備 | ||
變電所照明 | ||
二級 | 隧道加強照明 | |
一般通風風機 | ||
檢修電源插座及其他所用電 | ||
火災報警系統
隧道消防系統有水消防和火災報警系統。火災報警系統也可以劃分到監控系統。水消防均由具有相關資質的專業施工公司承建。火災報警系統一般由隧道機電工程施工單位施工。
隧道內火災報警系統採用光纖分散式溫度監測系統。相鄰的隧道變電所火災報警控制器利用光端機以及火災報警光纜相連後再接入隧道管理站火災報警控制器，實現火災報警聯網功能。
隧道的火災報警控制器和光纜感溫探測器控制單元設於隧道變電所內，接收並處理火災報警按鈕的報警信號，產生聲光報警信號，接入變電所的區域控制器內。火災報警信號通過乙太網傳輸至隧道管理站的消防火災報警計算機，此計算機主要用於加強隧道管理站、對隧道火災集中監控的能力。可控制CCTV系統顯示火災和事故發生的區段，報警可自動或人工解除。
光纜探測器和手動火災報警按鈕設於隧道內。隧道內火災報警按鈕每間隔50m設一個，光纜探測器則沿著隧道縱向全長敷設在隧道頂部。
火災報警控制器能自動報火警、故障，顯示報警具體位置，同時發出聲報警信號。能同時實時監測隧道的所有探測單元；能顯示每個探測單元的溫度值和溫升速率值；發生火災報警時，能準確顯示報警位置；可根據實際現場情況，任意設定探測器的靈敏度；具有數據存儲功能。
手動火災報警按鈕由按鈕、綠色工作表示燈和紅色報警表示燈組成，按下面蓋，能立即向火災報警控制器報警，同時點亮按鈕上方的紅色表示燈，經人工復原後，該按鈕可重複使用。
另外系統內設備還有：光纜檢測控制器、光纜探測器、聲光報警器、智慧型煙感探測器、數據光端機等。
