隧道交通安全数字化管控体系

[摘 要]在智慧公路建设全面实施的当下，深入推进数字转型、智能升级、融合创新，已成为高速公路行业高质量发展的重要方向。广东博大高速公路有限公司博深分公司针对隧道交通安全管控难点痛点，应用新一代数字技术，通过搭建隧道高压自动转换系统、隧道消防设施监测系统、隧道事件自动检测系统和隧道BIM系统，并综合考虑系统的可靠性和经济性、兼容性和可开发性、可前瞻性和先进性、实用性和可接入性，构建起隧道交通安全数字化管控体系，在消除隧道交通安全隐患、提升隧道突发事件应急能力的同时，提高了隧道精细化管理水平。

[关键词]高速公路；隧道安全管理；数字化转型

一、公司简介

广东博大高速公路有限公司博深分公司（简称“博深分公司”）成立于2009年10月，隶属广东博大高速公路有限公司，主要负责博（罗）深（圳）高速公路的投资、建设和运营管理。公司下设7个职能部门、2个中心收费站、1个信息服务中心。

博深高速公路是广东省高速公路网规划中“第四纵线”深圳至湖北武汉的第二段，也是粤港澳大湾区发展规划的一部分，2015年1月31日正式投入运营。

博深高速公路起于惠州市博罗县罗阳镇，通过博罗立交与广惠高速公路相接，途经惠州市的博罗县龙溪镇、仲恺区潼湖镇、沥林镇、惠阳区新圩镇，东莞市的谢岗镇、清溪镇、凤岗镇，与深圳市龙岗区龙岗街道、横岗街道，与盐排高速公路及机荷高速公路相接，路线全长63.2公里。公路为双向六车道，设计时速为100km/h，总投资93.31亿元。其中，特大桥、大桥和隧道总长占全线的 51.3%。

目前，博深高速公路沿途设凤岗、杨岗、官井头、清溪、约场、沥林北、军垦农场、潼湖、义和9个收费站及1对谢岗服务区，通过博罗枢纽、岗头互通枢纽、沥林西枢纽、大湖洋立交枢纽、清林迳互通枢纽、排榜枢纽6个互通枢纽分别与新博、广惠、河惠莞、潮莞、惠塘、深外环、盐排、机荷8条高速公路连接。

在习近平新时代中国特色社会主义思想引领下，博深分公司坚定不移贯彻新发展理念，坚持稳中求进工作总基调，秉承“至臻建设 欢畅同道”的核心价值观，践行“博大精深 行稳致远”的企业文化理念，深入推进公司治理体系和治理能力现代化建设，着力建设好、运营好博深高速公路。

近年来，博深分公司紧跟数字经济发展方向，不断创新收费、养护、路政、机电、监控等数字化、智能化、科技化管理模式，为粤港澳大湾区高质量发展做出了突出贡献。

公司先后获得银瓶山隧道“中国建设工程鲁班奖”、广东省企业管理现代化创新成果一等奖、广东省五一劳动奖状、全国交通企业文化建设优秀单位、全国交通运输安全文化建设优秀单位、广东省工人先锋号、广东省公路养护管理工作“先进单位”、广东省安全文化建设示范企业、省市级“青年文明号”和“巾帼文明岗”等多项荣誉。

二、实施背景

近年来，随着社会经济的不断发展、公路建设进程的不断推进，我国公路隧道已逐渐从建设期进入运营期。

截至2020年，我国公路隧道数量为21326座，同比增长11.8%，隧道总长度达到2199.93万米，同比增长15.99%。其中，公路特长隧道数量增长至1394座，公路特长隧道长度达到623.55万米；公路长隧道数量达到5541座，隧道总长度为963.32万米。

博深分公司运营管理的博深高速公路现有7座隧道。其中，特长隧道1座，长隧道2座，中隧道2座，短隧道2座。隧道单洞总里程近20千米。随着博深高速公路车流量的不断增加，隧道内的行车安全风险也在持续升高。如何构建隧道交通安全数字化管控体系，提高隧道安全通行能力，成为保障博深高速安全运营的一项重要课题。

（一）构建管控体系的必要性

1.随着粤港澳大湾区发展，路段交通量逐年上升，隧道内“两客一危”、货车、泥头车随之增加。车辆种类繁多，增加了隧道内行车安全不稳定因素。

2.传统的事故发现基本都是靠人工巡检视频，效率非常低下。另外，发现和处置事故的不及时，更容易引起二次事故的发生。

3.由于隧道为封闭环境，发生事故后，不能及时管控车辆的进入，易引发二次事故，并且二次事故往往比一次事故严重，人员伤亡和财产经济损失较大。

4.隧道内发生危化品爆炸或火灾事故，往往会造成隧道内浓烟密布或者断电，导致救援人员无法通过视频监控查看隧道内情况，较难指挥司乘人员使用消防设施和逃生。

5.隧道内发生事故后，监控人员由于不能及时了解隧道内滞留车辆数量，特别是危化品车辆数量，无法确认隧道内车辆是否全部疏散出来，导致无法及时提供相关数据，影响整个应急救援工作。

如果建立了隧道3D模型，就能及时了解事故位置，掌握周边消防设施和逃生通道，减少人员伤亡。

（二）构建管控体系的迫切性

1.隧道交通事故呈现上升趋势

近年来，随着高速公路交通的迅猛发展，高速公路隧道交通事故呈上升态势。以博深高速公路银瓶山隧道为例，仅2021年就有340余起交通事故。主要原因如下：

一是环境因素。隧道地形多为山地，入口路段弯道、坡道较多，通常为事故多发路段，采取紧急制动时容易诱发车辆甩尾、侧翻。车辆在雨天行驶中，进入隧道轮胎打滑，车速过快时容易失控，就会发生碰撞隧道壁、原地掉头、横卧路中以及与后车相撞等事故。

二是隧道因素。驾驶员在白天行车驶入隧道时，会产生暗适应，造成人眼和心里不适应，一般驾驶员会不经意采取紧急制动措施，继而引发车辆甩尾和侧翻。另外，由于隧道是相对封闭环境，尘埃和车辆排出的废油气长期沉积在路面，得不到雨水冲洗、阳光暴晒，降低了路面附着系数，车辆进入隧道速度稍有变化，极易打滑失去控制。

三是车辆因素。车辆日常保养和检修工作未做到位，安全部件等存在严重安全隐患，尤其在雨天更易出现交通事故。车辆超载增加了车辆惯性，同时增加了车辆有效制动距离，尤其是在隧道长下坡、多弯道路段，车辆制动效能严重降低，容易引发交通事故。另外，车辆超高运输改变了车辆的行驶稳定性，容易发生侧翻事故。

四是人为因素。高速公路路面较好、线性顺畅、视野开阔，绝大多数车辆行驶速度快。由于车速快，车辆操控性减弱，制动距离增大，当车辆高速驶入隧道时，驾驶员采取制动减速距离不足。另外，当车辆高速驶入隧道时，由于光线暗适应等多种因素影响，驾驶员本能会松开油门，条件反射猛踩刹车，使车辆失去平衡，产生甩尾、跑偏等现象，这时如果驾驶员本能地踩死刹车，就会致使车辆转向失控，发生侧翻、碰撞隧道壁、追尾等事故。

2.隧道交通安全重视程度增强

近年来，高速公路隧道交通安全事故屡屡发生，给利益相关方带来极大损失，引发社会各界的广泛关注。

（1）高速公路业主亟须降低责任风险

高速公路业主是隧道交通安全管理的主体责任方和业务直接需求方。各类交通标志标线是否清晰有效、是否采取足够的安全管理措施、隧道设备设施是否检测和维护到位、隧道应急处置方案是否完善等，都会给业主带来巨大的潜在责任风险。

隧道交通安全管理系统既可以帮助业主实时掌握隧道内交通流信息、降低交通事故发生率，同时也能够帮助业主降低隧道交通安全管理风险。

（2）司乘人员亟须减少潜在损失

由于隧道属于封闭空间，距离长，预警信息不足等客观原因和驾驶技能缺失、安全意识淡薄等主观原因，司乘人员也深受交通事故的困扰。一旦发生事故，驾驶人不仅车辆、货物损失，还需要承担隧道设施设备的损坏责任，更严重涉及人员伤亡需要附法律责任。

隧道交通安全管理系统能够为行驶车辆提供及时的预警信息，减少潜在损失，因此得到了广大司乘人员的欢迎。

（3）监管部门迫切需要降低监管风险

隧道内发生交通事故后，容易造成交通拥堵，甚至隧道交通全封闭，严重的还会造成经济损失和人身伤亡，甚至产生一系列的负面影响和损失。

因此，监管部门迫切希望高速公路业主积极部署隧道交通安全管理系统，降低隧道交通安全管理风险。

三、主要目标

博深分公司依托多年高速公路隧道交通安全管理经验，在对博深高速公路隧道进行现场实地调研的基础上，充分利用新设备、新技术建设隧道高压自动转换系统、隧道消防设施监测系统、隧道事件自动检测系统和隧道BIM系统，不断完善隧道高清卡口设施及系统，创新搭建隧道数字化交通安全管理系统，并综合考虑系统的可靠性和经济性、兼容性和可开发性、前瞻性和先进性、实用性和可接入性，构建隧道交通安全数字化管控体系，并与现有的路运一体化平台融合，形成高速公路管、养、监综合管理体系，以实现隧道精细化管理，实时对进出隧道的车辆进行监控和分析，提高隧道突发事件管理水平，提升智慧隧道软实力。

隧道数字化交通安全管理系统通过综合利用自动检测技术、BIM技术、自动识别技术、数据处理技术、语音自动合成技术等，完善隧道供电自动转换、隧道消防设施自动监测、隧道事件自动检测、隧道三维可视化、隧道内车流实时检测和分析、“两客一危”等重点车辆主动报警、隧道内行驶超时车辆报警、隧道内事故预警提醒及车流管控等功能，切实提高隧道供电保障和消防设施养护效率，真正实现隧道应急调度管理可视化，能够及时指引疏导司乘人员紧急逃生，实时查看隧道内车流及车型并进行分析，实时关注“两客一危”、泥头车等重点车辆的行驶状况。尤其是隧道内发生交通事故后，确保能够及时发布管控预警信息，及时管控隧道外车辆及人员的进入。

四、主要做法

博深分公司在构建隧道交通安全数字化管控体系过程中，通过建设高压双电源自动切换系统、高位水池水位监测系统、消防管道水压和流量自动监测系统等紧密关联的子系统，拓展完善设施监测、预警提醒、流量统计、可视化模拟应急指挥等功能，确保有效防止或减少隧道内交通安全事故的发生，提高隧道应急调度指挥水平。

（一）搭建高压双电源自动切换系统

博深高速银瓶山隧道全长6.9千米，属于特长隧道。隧道机电设施（照明、风机、紧急电话、监控摄像机、消防设施等）的正常运行直接关系到隧道的安全和畅通。由于银瓶山隧道机电系统设计为单路电源供电，加上地方供电系统不稳定，停电的情况时有发生，维护人员不能及时到现场手动切换电源，导致隧道机电设施长时间不能正常运行，存在重大安全隐患。

对此，博深分公司创新设计双电源自动切换方案，并定制高压自动切换装置，将隧道两端配电房的两路独立电源以互为备份的方式进行自动转换，使得隧道一侧配电房停电时，隧道全部机电设施仍能正常运行。

高压自动切换装置投入使用以来，每次隧道停电切换所需时间大大缩短，由原来人工切换的30分钟降低到自动切换的30秒以内，大幅度缩减隧道停电时间，有效提高了银瓶山特长隧道供电可靠性和安全保障。此项技术和定制设备的应用，具有很好的创新性和实用性。（如图1所示）

（二）搭建高位水池水位监测系统

博深高速共有四个隧道高位水池，且均处于人迹罕至的高山深处。人工巡查高位水池水位需要翻山越岭，费时、费力、难度大、效率低。

博深分公司在隧道高位水池安装微波水位检测设备，检测数据实时上传监控中心，水池水位低于设定值时自动启动抽水。同时，在高位水池内安装水位标尺和红外监控摄像机，监控图像上传监控中心，监控员可直观监测高位水池水位，解决微波水位检测设备失灵或数据不准的问题，进一步提升高位水池水位监测的可靠性。

以前隧道高位水池每月需人工巡检1次，每个水池每次巡检需耗时约3小时；建立隧道高位水池水位监测系统后，水位实时自动监测和报警，降本增效成效显著。（如图2所示）

（三）搭建消防管道水压和流量自动监测系统

高速公路隧道消防管道通常安装的都是机械式压力表，需要人工在隧道内徒步巡检消防管道水压，不仅工作效率低，还不能及时发现问题。尤其是消防管道通常处于隧道检修道内，发生管道漏水时很难精确定位。

博深分公司在隧道消防管道上安装电子式水压和流量监测仪，监测数据利用LoRa无线网络汇集后，通过光纤网络上传至监控中心后台，监控人员和机电维护人员可实时掌握隧道消防水压和流量，远程判断隧道消防水压是否达标，是否有漏水，并能精确定位漏水位置。

原来隧道消防管道每月需人工巡检2次，每次耗时约3天；建立隧道消防管道水压和流量自动监测系统后，实现了水压和流量实时自动监测和报警，在节省人力和物力的同时，有效降低了隧道内人工巡检的安全风险。该系统获得国家知识产权局颁发的《一种超声波水流检测装置》实用新型专利。（如图3所示）

（四）搭建隧道消防泡沫液自动监测系统

消防泡沫液是应对隧道危化品车辆事故的重要保障，隧道消防泡沫液液位是否达标通常只能人工现场巡检时通过目测判断，效率低、时效性差。

博深分公司在全部隧道消防泡沫液箱增加液位检测装置，监测数据利用LoRa无线网络汇集后，通过光纤网络上传至监控中心后台，监控人员和机电维护人员可实时掌握隧道消防泡沫液是否充足。

原来隧道消防泡沫液每月需人工巡检2次，每次耗时约4天；建立隧道消防泡沫液自动监测系统后，实现泡沫液液位实时自动监测和报警，在大大提升工作效率的同时，降低了隧道内人工巡检的安全风险。该系统获得国家知识产权局颁发的《一种隧道消防水成膜状态自动检测装置》实用新型专利。（如图4所示）

（五）搭建风机自动监测系统

风机是隧道消防和通风的重要设施。通常路段监控中心平台只能监测风机的供电和通信状态，如果风机电机或是风机出现软启故障时，监控中心平台是无法远程监测到。因此，隧道风机日常巡检只能人工现场确认，耗费人力，效率低。

博深分公司建立隧道风机自动监测系统，通过在风机控制柜安装电压和电流监测模块，并将数据上传监控中心，实现对风机运行状态的远程监测。

以前隧道风机每月需人工巡检2次，每次耗时约2天；建立隧道风机自动监测系统后，实现风机运行状态实时自动监测，在提升工作效率的同时，降低了隧道内人工巡检的安全风险。（如图5所示）

（六）搭建视频交通事件检测系统

博深高速公路隧道监控摄像机达200多台，实现了监控无盲区全覆盖。然而，由于隧道车流量大且货车居多，经常会出现交通拥堵、异常停车、沿路抛洒等交通异常事件。对此，依靠监控员人工视频轮巡发现异常情况的时效性较差。

博深分公司将隧道监控摄像机全部升级改造为高清摄像机，并采用基于AI算法的视频交通事件检测设备对全部隧道监控图像进行检测分析，实现隧道异常事件的实时报警提示。该系统投入运行后，隧道内交通异常事件检测成功率达90%以上。（如图6所示）

（七）搭建3D管理系统

利用SuperMap GIS技术、BIM技术和三维GIS应用分析技术，搭建三维地理信息服务平台，建设3D可视化系统，1∶1将隧道三维立体呈现。

首先收集隧道基础资料，采集隧道地形信息，再进行数据信息处理，制作相应三维模型模块，最后将各模块进行合成，数据信息入库、校对，实现3D可视化效果。

同时，通过关联隧道摄像枪、车道指示灯、交通信号灯、风机、卷闸门、火灾报警设备和消防设备等，可实时显示隧道各种设备的状态和事故发生时的占道区域，也可以直接利用摄像机实时查看图像。

隧道BIM建模和3D运行系统主要用于隧道应急管理，通过3D模型来还原现场。当隧道发生事故导致网络通信中断，隧道摄像机无法查看现场情况时，监控中心的监控员就能通过查看系统，迅速了解事故发生地点周围设施设备情况，并第一时间进行应急指挥调度。（如图7所示）

（八）搭建重点车辆态势感知预警系统

在银瓶山隧道北行入口、南行出口处新增2套高清卡口设施，同时对原有2处高清卡口设备进行更换，同时在管理中心后台搭建重点车辆态势感知预警系统平台。

在前端主要由高清抓拍摄像机（含车牌识别功能）、地感线圈与车辆检测器、补光灯、闪光灯、工业交换机、光纤收发器等构成高清卡口系统，系统覆盖“出入口车道+应急车道”，全面监控车辆通行情况，在外场前端完成车辆检测、视频测速、号牌识别、车型、车身颜色识别、图片抓拍、补光灯控制和过往车辆记录本地储存等任务。同时，通过数据传输通道将前端设备采集信息实时传送至搭建的隧道重点车辆态势感知预警系统，实现重点车辆预警、信息查询、稽查布控、可疑车辆信息管理、统计分析、路径识别、设备管理等有关功能。（如图8所示）

（九）搭建突发事件车辆禁入管控系统

在银瓶山隧道入口前方设置管控设备，具体实施如下：

1.在水流田特大桥南行方向桥头新增 1 套门架式可变情报板（CMS），用于发布隧道警情信息，同时，新增标志版面附着于情报板立柱，版面信息为“违法抓拍路段，请按限速行驶”。

2.在隧道南行入口前方约 200 米桥头处新增门架用于安置车道指示灯（共 4 套，含应急车道）。隧道发生警情时，启用红色禁止进入信号，同时新增标志版面附着于新增门架立柱，版面信息为“车道指示灯为红色时，禁止通行”，在隧道前新增门架前方10m 处新增彩色路面，用于车道指示灯为红色时，车辆停止区域。

3.在水流田特大桥两侧桥头之间设置3套可变限速标志，限速值分别为每小时90千米、60千米、30千米。发生警情时，车道指示灯为红色时启用，告知司乘人员分级降速。

4.在水流田特大桥两侧桥头之间之间设置 10 套广播设施，间距约 200米一套。发生警情时，用于提示司乘人员，告知其避免驶入隧道。

现场设备控制信号（含车道指示灯、情报板、广播、限速标志灯）均利用光纤收发器传至就近通信站，接入万兆网，传至管理中心，接入现有监控一体化平台统一管理。

5.与交警部门实现互联。交警中队监控工作站新增平台接入，实现对本项目所有外场设备的控制和联动，可实现一键联动功能。无警情时，车道指示灯行车道为绿色通行，最右侧应急车道为禁止通行状态，限速标志显示为 每小时100千米。

发生警情时，人工确认后可一键启用车道指示灯为红色，隧道洞口现有信号灯及车道控制标志均为红色，可变限速标志通电显示，广播播报警情信息并告知司乘人员停车于彩色路面处。距离隧道洞口2千米左右情报板处显示“前方事故，请按限速行驶”，距离隧道洞口500米处情报板显示“前方事故，禁止驶入隧道”。

该系统可设置多种交通警情模式和倒计时功能，并根据不同交通事故类型选择不同模式，一键启动，快速反应，主动预警，防止二次事故发生。（如图9所示）

（十）建立隧道突发事件应急预案

隧道发生火灾等重大突发事件时，监控人员需要电话和短信通报公司领导、交警、消防、应急等相关人员，控制隧道信号灯、风机，发布可变情报板信息，开启车行横洞门和语音广播组织人员和车辆疏散等，涉及的应急处置事项多，流程复杂，容易遗漏和出错。而传统隧道突发事件应急预案只是书面文案，可操作性和实时性不佳。

博深分公司秉持“大监控、大调度”理念，在现有监控一体化平台的基础上，建立隧道突发事件应急预案，将隧道各子系统进行集成，实现各子系统的信息共享与联动。同时，预设各类突发事件应急处置措施和流程，在隧道发生突发事件时，监控人员启动相应预案，并按预案进行指挥调度、系统控制和操作，以智能管控提升隧道突发事件应急处置效率。（如图10所示）

五、实施效果

博深分公司通过建设隧道数字化交通安全管理系统，构建隧道交通安全数字化管控体系，消除了隧道交通安全隐患，提升了隧道突发事件应急能力，助推企业加快实现高质量发展。

（一）实现隧道高压双电源自动切换

银瓶山特长隧道两端配电房分别安装高压双电源自动切换装置，实现两端配电房的两路独立市电以互为备份的方式自动切换，其中一路电源停电或故障时，仍可保障整座隧道的正常供电。

（二）实现隧道高位水池水位自动监测

隧道高位水池安装微波水位测量仪，自动监测高位水池水位，低于阀值时自动启动抽水；同时在高位水池内安装红外监控摄像机和水位标尺，实时视频监控水位，确保隧道消防用水的可靠性。

（三）实现隧道消防设施自动监测

隧道消防管道上安装数字式压力传感器和电磁式流量传感器，隧道泡沫液箱内安装液位传感器，利用LoRa技术组网上传数据信号，实现在监控中心实时掌握隧道消防水压、流量和泡沫液液位，并可自动报警，减少隧道消防设施人工现场巡检的压力。

（四）实现隧道风机运行监测

通过对风机布设传感设备，监测风机主回路供电电压、电流、温度、风机振动等信号，智能终端将传感器采集的信号转换成数字信号，通过数据分析处理，输出风机的运行状态，管理人员可实时掌握设备的运行状态，及时发现设备故障和隐患。

（五）实现事件自动告警

隧道内安装高清枪机和一体化球机，通过高清视频交通事件检测设备实现高清枪机检测到交通异常事件（停车、拥堵、行人、逆行等）时，一体化球机自动对焦现场并录取一段视频。快速发现隧道交通事件的同时，能自动关注事件现场细节，极大提高监控员发现事故的效率。

（六）实现隧道可视化管理

充分利用BIM技术建立隧道3D可视化系统，实现隧道机电设施、消防设施、应急疏散设施、救援设施等立体呈现，系统实时检测和显示隧道摄像枪、车道指示灯、交通信号灯、风机、卷闸门、火灾报警设备和消防设备等状态，在监控中心即可达到身临其境的直观效果，方便监控人员对隧道突发事件的应急指挥调度。

（七）实现隧道车辆实时动态管理

隧道出入口原有高清卡口设备仅具备车辆识别功能，标识路径，不具备统计分析，无法实现隧道内车辆动态管理。为进一步做好隧道内车辆通行管理，通过对原有高清卡口设备进行改造外，另在无高清卡口设备的出入口安装高清卡口设备，对进出隧道的车辆进行车型、车类、车牌、车特征识别，实时统计隧道内车流情况，对超时滞留车辆实时报警提示，实现对隧道车辆实时动态管理，隧道突发事件时实时掌握隧道内滞留车辆数量及相关信息，方便应急疏散和救援。通过车辆外观及危险标志对车辆进行特征识别，检测到“两客一危”等重点车辆时可自动报警，强化对行驶隧道车辆的管控。

（八）实现突发事件车辆禁入

隧道发生火灾等危险情况时，需要立即对隧道进行管控，禁止车辆进入隧道，避免发生次生事故。通过在隧道入口路段设置可变情报板、电子限速标志、语音广播、交通信号灯等，制定联动方案，搭建隧道突发事件车辆进入管控系统。当隧道发生火灾等重大事故时，监控人员通过一键式远程启动管控系统，按照预先设定的联动方案，在相关设备发布对应信息，实现快速禁止车辆进入隧道，防止事故扩大，进一步降低隧道内事故发生率。

（九）实现隧道突发事件高效处置

基于监控一体化平台的隧道应急预案，集成了视频事件检测系统、可变情报板系统、隧道交通信号灯、语音广播、风机、车行横洞门等隧道子系统，实现各子系统的信息共享与联动。发生隧道突发事件时，可一键启动按预案进行指挥调度和系统控制，提升隧道的处置效率。

六、结语

加强高速公路隧道交通安全综合管理，降低隧道交通事故发生率，特别是降低隧道内二次交通事故发生率，是高速公路管理的重中之重。

随着新一代数字技术的快速升级与应用，利用数字化智能化手段加强隧道交通安全管理大势所趋。

下一步，博深分公司将继续利用新技术、新设备进行创新组合，不断为隧道交通安全管理赋能，在减少交通事故发生、降低司乘人员损失的同时，不断提升高速公路交通安全水平和通行效率，努力打造更加安全的交通出行体验，助力区域经济社会加快实现高质量发展。

编辑/王盈 统筹/简单