浅谈公路隧道机电工程

摘要：公路隧道机电系统设计为了实现其安全、可靠、可控、经济、稳定、便捷等功能，划分为以下八大系统：照明系统、通风系统、交通控制系统、火灾检测报警与消防系统、通信与广播系统、紧急疏散控制系统、中央控制系统、供配电系统等进行设计。文章阐述了隧道机电工程中各个系统的设置、特点和工作模式。

关键词：公路隧道；机电工程；公路建设；建设里程

中图分类号：U453.7文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）02-0158-02

山岭地区公路建设中，隧道方案因为其具有的能克服高程和地形障碍、改善总体线形、缩短行车里程等诸多优势，得到了广泛的应用，建设里程逐年增加，建设规模也不断扩大。而公路隧道尤其是长隧道，由于光线变化大、空气质量差、环境噪声大而比一般路段更容易发生交通事故，且存在发生二次事故的可能性。因此，长隧道内的安全保障是隧道建设和运营过程中特别关注的问题。隧道机电工程作为应运而生的一门新兴的学科，肩负着在满足隧道日常运行的基础上，切实做好防灾、减灾目的地重要任务。

公路隧道机电系统设计为了实现其安全、可靠、可控、经济、稳定、便捷等功能，划分为以下八大系统：照明系统、通风系统、交通控制系统、火灾检测报警与消防系统、通信与广播系统、紧急疏散控制系统、中央控制系统、供配电系统等进行设计。本文就八大系统做粗浅的探讨。

一、照明系统

隧道照明系统是十大系统中最为重要的设施之一，根据《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ 026.1-1999）规定，长度大于100米的隧道都应设置电光照明设施。按照视觉适应的要求，隧道照明主要由白天照明和夜晚照明两种工况组成，分为洞内照明和洞外照明，洞内照明包括入口段、中间段、过渡段、出口段、应急照明；洞外照明包括引道照明、接近段减光照明等。同时由于隧道建筑物自身的特殊性，其白天照明问题比夜晚照明更加复杂。设计过程中，在充分考虑行车速度和通行交通量等因素下，针对各种工况分别进行分段照度和亮度计算。对于洞外复杂的天气亮度变化，则通过洞口外照度仪和洞内照度仪的数据采集，由照明控制计算机（PLC）自动进行控制和调节，以达到在满足照明要求的情况下实现节能的目的。

二、通风系统

公路隧道按其长度和交通量的不同可采用不同的通风方式，分为自然通风、纵向通风和竖井纵向组合通风方式。

自然通风主要是利用自然风和汽车运动时产生的活塞效应进行空气对流来达到通风的目的。从世界各国的实践来看，长度在200米以下，甚至200～500米的双向隧道，在交通量较低的情况下都可以考虑自然通风。

纵向通风是从一个洞口直接引进新鲜空气，由另一个洞口把污染空气排出的方式，主要适用于中长距离的隧道和交通量适中的情况，通常是沿隧道纵向以适当的间隔安装射流风机，在自然通风不足的情况下，用射流风机补充新鲜空气来实现通风的目的。

竖井纵向组合通风是在纵向通风的基础上，在隧道内设置竖井，实现将长隧道分段的通风方式。主要适用于特长隧道和大交通量的情况，根据不同类型隧道分别设置在中间或出口侧，起到不同的作用。

针对隧道的不同长度和不同的通风方式，通过布设在隧道内的CO检测器检测的CO值和烟雾透过率检测器检测的VI值，将检测值与控制目标值相比较，经通风控制计算机（PLC）处理后，给出控制方案，指挥隧道内风机启动。

对于任何一个隧道，通风设计都会有多种设计方案，关键是要选择建设安装投资少、营运管理费用低、综合经济效益佳的方案。

三、交通控制系统

为了实现公路隧道在不同运营状态下的控制策略，保持安全、舒适和高效的特性，在中长隧道中一般都配备有交通监视与控制系统。该系统主要有交通诱导与控制功能、车辆检测功能和CCTV监视功能。

交通诱导与控制用于隧道在正常交通、火灾、事故、检修等各种工况情况下的交通管制，通过切换交通信号来关闭、开放或改变隧道运行方式。主要包括车辆检测器、交通信号灯、车道指示器、可变限速标志、可变情报板等设备。

通常情况下，根据车辆检测系统检测到的车流密度，通过可变限速标志、交通信号灯等设施实行交通控制；根据交通流量和隧道运行工况模式，通过车道指示器、可变情报板实行交通诱导控制。所有的信号检测与诱导控制都由交通区域控制器（PLC）来完成。

由于公路隧道采用全封闭的运行方式，为了及时了解隧道内的交通情况，第一时间发现事故和灾情，在隧道尤其是中长隧道内安装闭路电视（CCTV）监视系统是完全必要的。闭路电视监视系统一般包括洞口监视和洞内监视，分别采用全天候低照度三可变镜头摄像及电动云台和定点定焦摄像机进行全方位、实时的监视。

四、火灾检测报警及消防系统

隧道是一种特殊的管状结构物，存在潜在的交通事故和火灾危险，发生火灾后对隧道主体工程和人身危害极大，因此预防火灾发生、制止灾害扩大、防止造成严重后果是火灾检测报警及消防系统的重要目标。

火灾自动报警及消防系统一般包括以下技术内容：火灾参数的有效检测与模式的识别、火灾探测信息数据处理与自动报警、消防设备联动控制、自动消防系统计算机管理与监控数据网络通信、火灾监控系统工程设计、施工和管理使用维护技术等。

报警系统中包括自动报警和手动报警，其中手动报警是通过安装在隧道内的一定间距的报警按钮将报警信号传输至消防控制值班室。自动报警则是通过火灾探测器来感知附近区域火灾产生时的物理或化学现象，并将发生初期所产生的烟、热、光转换为电信号，输入自动报警计算机系统，经过系统（PLC）自动处理后，发出警报或联动打开灭火装置。消防系统一般是以水消防为主，辅以化学消防，通常采用两端高位水池保持一定管压供水和消防水泵后期补水的方式进行配置。

随着微电子、监测、自动控制和计算机通信等技术的发展，目前国内已逐步形成以火灾探测与自动报警为基本内容，计算机协调控制和管理各类消防灭火与消防设备，具有一定自动化和智能化水平的隧道火灾自动报警系统。

五、通讯与广播系统

隧道机电工程的通讯与广播系统都包括有线和无线两部分。有线通讯是为了解决洞内人员与外界的联络和出现事故时的及时报警，通过在隧道中每隔一定距离设置一处报警电话，实现于控制中心的联络；无线通讯则是通过洞内定向无线系统为进入洞内的无线通讯设备提供服务；有线和无线广播主要用于交通信息发布、现场管理等，有线广播一般每两个横洞之间设置一组。

六、紧急疏散控制系统

为了应对隧道内可能发生的重大交通事故和火灾等情况，在隧道内设置有效的紧急疏散系统是十分必要的。一般是在双向通行长隧道中设置汽车横通道和人行横通道，其中一个洞一旦发生紧急事故，经中央控制室确认后，进入紧急疏散控制状态，发出控制指令，紧急广播、横通道卷帘门均开启，指挥滞留车辆、人员经横通道进入另一洞室疏散，组织人员进行抢救，防止事态扩大。

七、中央控制系统

这部分是整个机电工程的中枢，汇集了隧道内所有现场检测信号和控制信号，以多层网络的形式由中央控制计算机实现对各系统的控制与管理，协调各子系统的联动与互锁控制，并采用人机对话的方式实现人工干预控制和系统自动控制的有机结合。

八、供配电系统

供配电系统是隧道机电工程的关键系统，它的运行好坏，直接关系到整座隧道能否正常营运。鉴于该系统在整个机电工程中的重要作用，故要求其在供配电过程中必须满足安全、可靠、优质、经济的要求。

根据《公路隧道设计规范》规定及要求，隧道通风、照明、监控、消防等重要电力负荷为一级负荷，应由两路电源供电，同时还应设置独立的备用电源和应急电源。故在实际设计过程中，通常采用高压双回路（来自不同的供电回路）供电、高压计量、低压无功补偿的供电方式（或增设自动化发电机组）。对于特长隧道或隧道群，考虑到由于供电线路距离太长可能带来较大的线路损耗，可采用高压集中配电，设置多个变配电所的方式进行供电，以减少线路损耗。对于中短隧道，为节省投资、减少人员运行费用，可考虑采用箱式变电站。为保证隧道内设备用电的可靠性，必须采用UPS供电。当供电系统发生停电时，UPS供电电源将在发电机没有完全启动之前取代市电，继续向用电设备供电，以确保特别重要负荷电源不间断。

目前，公路隧道机电工程设计尚处在经验积累阶段，需要逐步完善，更好地应用新技术、新工艺，解决实践过程中发现的问题，相信在不久的将来，这门学科必将大放异彩，为高速公路安全便捷运行铺平道路。

参考文献

[1]李晓春，谢开炎．浅谈隧道机电工程（公路2000年1月）．

[2]赵忠杰．公路隧道机电工程[M]．北京人民交通出版社，2007．

作者简介：周晓琳（1974- ），浙江丽水人，浙江佳途勘测设计有限公司工程师，研究方向：隧道机电工程。