舟山连岛工程西堠门大桥活动风障设计与实现

吕康凯

【摘 要】阐述了西堠门大桥独特的地址环境和恶劣的自然环境下活动风障的设计技术要求和实现的方式，有力的保护了西堠门大桥的通车安全和大桥安全。其独特的设计模式大大的提高安全系数。

【关键词】活动风障；控制；监控；通信

0 引言

舟山大陆连岛工程由岑港大桥、响礁门大桥、桃夭门大桥、西堠门大桥和金塘大桥等五座跨海大桥及接线公路组成。起于舟山本岛，途经里钓岛、富翅岛、册子岛、金塘岛，于宁波镇海炼化厂西侧登陆，按高速公路标准建设，全长约50公里，其中桥长约25公里，总投资逾百亿元。

西堠门大桥是舟山大陆连岛工程的第四座跨海大桥。建设中的西堠门大桥跨越西堠门水道，连接册子岛和金塘岛。按照工程设计，该桥全长2948米，行车道跨度24.5米，双向四车道， 通航等级为30000吨级，通航净高49.5米，通航净宽630米，主跨采用485米+1650米+578米的悬索桥方案，该跨径在目前悬索桥建设中位居世界第二、国内第一。

西堠门大桥地处我国沿海高风速带、受台风影响频繁的舟山群岛，一年四季均可出现大风天气，以冷空气大风（俗称季风）和热带气旋（风力≥12级即为台风）大风为主。11至次年3月和8～9月為大风最为集中的时段，占年大风日数的7成左右，其中11月至次年3月主要受冷空气影响产生的大风， 8～9月则主要受热带气旋产生的大风。风况复杂，风速大，风环境非常恶劣。工程区域基本风速为41.12米/秒。根据我国《公里桥梁抗风设计规范》（JTG/TD60-01-2004）第4.1.3条规定，桥面安全行车风速为25m/s。浙江省高速公路管理处指定的高速公路管理规定中明确规定，高速公路通行的最大风速为25m/s。为了适当提高台风和季风盛行地区跨海桥梁的通行标准，并兼顾目前舟山地区海上渡轮的最大通航风速为10级，建议将西堠门大桥通行的最大风速提高到为27m/s，略高于10级风（24.5m/s～28.4m/s）的均值26.5m/s。

根据研究发现，桥面设置3.0m高度、5根矩形断面（200mm×80mm）横杆的风障后，安全行车基本风速27m/s，桥面等效风速控制为25m/s。但推荐风障结构的阻力系数CD为1.98，远大于设计所用的CD值（1.1），大桥结构将无法承受。因此，风障必须采用活动形式。根据气象预报，在结构允许时风障立起挡风，保障行车，提高通行能力；当结构受力将不能承受时风障放倒，降低风阻系数，确保桥梁安全。

1 设计实现

西堠门大桥活动风障控制系统设计内容包括：风障的供电方案、配电系统、控制系统、监控系统、 通信系统。

（1）供电方案

西堠门电动风障活动单元供电需求：每1个独立动作单元包括1台三相电机，每个独立单元划分为一个供电区间。每个供电区间的功率为12.0KW。每个供电区间依次轮流供电。每个供电区间内的独立活动单元相互之间并联。

（2）配电系统

钢箱梁段供电设施有北锚变电站、钢箱梁内间隔布置的地埋式变配电设施、南塔变电站。采用钢箱梁内间隔布置的地埋式变配电设施供电，可以实现就近分段供电，减小低压供电半径，采用北锚和南塔变电站供电，2座站分段供电，各供半座桥。另外考虑风障主要应对恶劣台风天气，在需要运行时，外部供电电源受到台风影响可能无法正常供电，为了保证风障电力，在钢箱梁两端分别预留发电电源连接的转接口，当市电不能正常供电时，通过2台50KW的移动发电机供电。

控制系统

西堠门电动风障的控制需求：在风障水平或竖直位置时，切断电机电源，在风障转动时，接通电机电源。风障按两级进行控制，一级为供电区间电源的投切控制，二级为活动单元的运行控制。

1）一级控制要求：可以对所有风障发布指令，按顺序各区间依次运行。在当前区间风障转动到位后，自动切断电源，同时开始为下区间供电，即，系统只对正在运行的区间供电；在起始亦可以选择对某区间独立供电。参照工艺单位提供的资料。

2）二级控制要求：每个供电区间的独立活动单元分别独立控制。接收到上层运行信号后，各个独立活动单元同时动作。参照工艺单位提供的资料。

（3）监控系统

活动风障控制系统主要是对西堠门大桥钢箱梁段的活动风障的各个活动单元、各个区间配电单元的遥信、遥控。

①单独遥控

改变某一对象运行状态的控制，包括活动风障单元操作（升/降/停）控制、区间电源的投入/切除等操作控制。

②模拟操作

系统支持图形、符号、颜色的不同区分各种信号状态。可对各活动风障单元和区间配电执行元件（交流接触器）进行不下位模拟对位操作。并用不同符号或颜色区别于正常状态。

③系统联动控制方式

根据气象站发布的气象预报信息或西堠门大桥气象检测器的实测信息，进行分析判断，当分析大风将要到来或已经过去时，发出相关告警提示信号，并实时联动活动风障进行相关操作。

（4）通信系统

风障控制系统三层通信网络结构：操作层、通信层、控制层。活动单元层（多回路逻辑可编程I/O单元――设于现场单元配电控制箱内）→区间单元层（逻辑可编程I/O单元――设于现场区间配电控制箱内）共同组成操作层；通行管理机→百兆交换机共同组成通信层；设于监控中心的活动风障工作站为控制层。

2 操作层

2.1 活动单元层

活动单元层通过各活动单元配电控制箱内的智能MCC测控保护装置，遥测、遥信、遥控各个活动风障。同一配电区间内的各活动单元配电控制箱内智能MCC测控保护装置通过光纤连接形成现场操作层的底层―活动单元层。

2.2 区间单元层

区间单元层通过各区间配电控制箱内的智能MCC测控保护装置，遥测、遥信、遥控各个区间的配电。区间配电控制箱内的区间管理装置具有对本区间内各个活动单元的逻辑管理控制功能，充当本区间的管理者。同一供电回路的各区间配电控制箱内区间管理装置通过光纤连接形成现场操作层的第二层―区间单元层。

3 通信层

通信层通过各通信管理机和工业以太网交换机将操作层采集的信号上传到监控中心的活动风障监控工作站，将风障监控工作站的控制指令下传至操作层进行控制操作。

4 控制层

控制层通过活动风障监控工作站将操作层采集的信号、气象预报信息、西堠门大桥气象检测信息进行分析，显示风障工作状态、下发各种控制指令。

5 结语

西堠门桥位处水文、地质、气候条件复杂的海域，其独特的地理环境加上及其恶劣的自然环境使得建设施工上面遭遇重重难关。但是在全体大桥建设者坚持理念创新、管理创新和科技创新，实施精细化管理，不断攻坚克难关，活动风障是其中创举之一。自从风障施工完毕后，根据风向和风速情况，适时的竖起和放倒风障，减少大桥振动幅度，保障了行车安全，同时也确保桥梁安全！实践表明，该设计符合西堠门独特地理环境和恶劣的自然环境。系统运行良好！有力的保障了大桥的安全。

【参考文献】

[1]《工业与民用配电设计手册》第三版，中国电力出版社.

[2]《智能建筑设计技术》第二版，同济大学出版社.

[3]《建筑电气安装工程图集》第二版，中国电力出版社.

[4]《SCADA监控与数据采集软件系统的设计与开发》 机械工业出版社.