文/陳文君 廣東交科檢測有限公司 廣東廣州 510550
近年來我國的高速公路網(wǎng)絡(luò)越發(fā)完善,各種高速公路在投入使用后為國民經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造了較大財富。但由于高速公路的線路較長,常常建有大量隧道,因為其結(jié)構(gòu)特殊,再加上空間封閉、光照不佳,為保障車輛在隧道中的通行安全性,有關(guān)部門需建立高質(zhì)量的隧道機(jī)電工程,配置照明、消防、監(jiān)控、通風(fēng)等設(shè)備。如隧道機(jī)電工程中設(shè)備出現(xiàn)問題,將增大通行風(fēng)險,從安全性角度有必要進(jìn)行設(shè)施檢測,合理應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)施檢測技術(shù)評估設(shè)施性能。未來的隧道機(jī)電工程中需繼續(xù)研究全新的設(shè)施檢測技術(shù)。
某高速公路南段,其全長150km,為雙向六車道設(shè)計,設(shè)計時速120km/h。在此高速公路項目中,隧道機(jī)電工程為重要構(gòu)成,隧道機(jī)電設(shè)施包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、緊急電話、廣播系統(tǒng)、環(huán)境檢測設(shè)備、誘導(dǎo)設(shè)施、通風(fēng)設(shè)施、消防設(shè)施、隧道照明、本地控制器、供配電設(shè)施等。
高速公路中的隧道路段不同于常規(guī)路段,其空間狹小,現(xiàn)場地形地質(zhì)條件復(fù)雜,光照不佳,大部分情況下隧道內(nèi)無自然光照。如車輛在隧道中通行時照明條件不佳,極易造成交通事故。為減弱駕駛員進(jìn)出隧道時的黑洞、白洞效應(yīng),需給隧道設(shè)置專門的照明設(shè)施,使隧道光照符合通行要求。但由于隧道環(huán)境特點,相關(guān)人員在配備照明設(shè)施時需考慮實際情況[1]。從隧道空間構(gòu)造出發(fā),照明系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)包含人橫洞照明、引道照明、主洞照明。另外,考慮到突發(fā)事故下的照明要求,還需在隧道內(nèi)安裝應(yīng)急照明設(shè)備。在選擇隧道照明設(shè)施時,主要需考慮以下要求:(1)光照度要求,全面考慮隧道結(jié)構(gòu)形式、車速等因素,給不同位置選擇符合光照度要求的照明設(shè)施。(2)能效要求,應(yīng)優(yōu)先采用能符合照明要求、能耗較低、壽命較長的設(shè)施。(3)可靠性要求,保障照明設(shè)施在投入使用后的故障率較低。
高速公路項目中為降低隧道成本,在前期的設(shè)計與施工中往往未給隧道預(yù)留足夠的空間。當(dāng)汽車進(jìn)入隧道后,行駛過程中將伴隨著較多的尾氣與粉塵,如隧道通風(fēng)不佳,將導(dǎo)致尾氣、粉塵等長時間聚集在隧道內(nèi),影響隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量。因此,為保障隧道內(nèi)的空氣循環(huán),減小尾氣、粉塵等對各種機(jī)電設(shè)備的影響,必須在隧道內(nèi)安裝通風(fēng)設(shè)備。為提高新風(fēng)供應(yīng)的穩(wěn)定性,在新風(fēng)機(jī)組進(jìn)風(fēng)口位置應(yīng)安裝電動密封閥,機(jī)組停機(jī)時該密封閥同步關(guān)閉;循環(huán)機(jī)組新風(fēng)支管上應(yīng)設(shè)置電動雙位機(jī)械式定風(fēng)量閥,只要某一系統(tǒng)保持最佳的運(yùn)行狀態(tài),其對應(yīng)的新風(fēng)電動雙位機(jī)械式定風(fēng)量閥將打開,處于最大新風(fēng)量位置,機(jī)組送風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)節(jié),達(dá)到所需風(fēng)量要求,同步啟動排風(fēng)機(jī),維持隧道內(nèi)的空氣循環(huán)[2]。在選擇隧道通風(fēng)設(shè)備時,主要需關(guān)注風(fēng)量要求,此階段需分析隧道的長度、橫斷面積、交通流量等因素,保障通風(fēng)設(shè)備在投入使用后能為隧道提供足夠的風(fēng)量,滿足通風(fēng)要求;噪聲規(guī)定,通風(fēng)設(shè)備應(yīng)保持低噪音,避免運(yùn)行時噪音過大;能效要求,選擇節(jié)能型通風(fēng)設(shè)備。
高速公路隧道機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行中,常常因操作、環(huán)境等因素而誘發(fā)火災(zāi)事故,引起人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。為此,高速公路隧道中也需從消防安全角度設(shè)置消防指示燈,采用先進(jìn)技術(shù)建立消防系統(tǒng),即使隧道中出現(xiàn)火災(zāi)隱患或者發(fā)生安全事故,人員也能依據(jù)消防指示燈快速撤離現(xiàn)場,由消防系統(tǒng)自動發(fā)送預(yù)警信號并啟動滅火裝置,在最短的時間內(nèi)消滅火災(zāi),減小危害。在設(shè)計隧道消防系統(tǒng)時,相關(guān)人員需分析火災(zāi)威脅及火勢擴(kuò)散情況,設(shè)置水平疏散區(qū)域、垂直疏散區(qū)域,在關(guān)鍵區(qū)域配備消防設(shè)施。
與一般的公路相比,高速公路上的車流量較大,車輛行駛速度也較快,發(fā)生交通安全事故的幾率較高。為提高高速公路隧道安全性,隧道機(jī)電工程中需配備監(jiān)控設(shè)備,建立不同監(jiān)控設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,形成現(xiàn)代化監(jiān)控系統(tǒng),由此系統(tǒng)監(jiān)控隧道中的車流量、車輛行駛、設(shè)備運(yùn)行等情況,在出現(xiàn)異常情況時及時處理。隧道監(jiān)控系統(tǒng)中集成了多種監(jiān)控設(shè)備,還能在監(jiān)控系統(tǒng)與其他機(jī)電設(shè)備之間建立聯(lián)系,實現(xiàn)全方位監(jiān)控,有關(guān)部門可依據(jù)監(jiān)控結(jié)果制定相應(yīng)的工作方案。
高速公路隧道機(jī)電工程中包含的設(shè)備種類較多,任何一種設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行問題,都將影響通行安全性。結(jié)合當(dāng)下隧道機(jī)電系統(tǒng)的構(gòu)成情況,基本實現(xiàn)了照明、監(jiān)控與通風(fēng),在檢測設(shè)施時應(yīng)重點檢測各種設(shè)施的整體運(yùn)行情況。整體檢測與評估中應(yīng)從更為全面的角度分析每一設(shè)施的可靠性、靈敏度,如每一設(shè)施的狀態(tài)良好,在隧道中出現(xiàn)突發(fā)問題時,不同設(shè)施之間可加強(qiáng)配合,發(fā)揮每一設(shè)施的功能優(yōu)勢,保障響應(yīng)速度。針對設(shè)施的整體運(yùn)行狀態(tài)檢測,有關(guān)人員在日常需經(jīng)常性組織模擬活動,通過計算機(jī)來模擬、檢驗隧道機(jī)電子系統(tǒng)、各種機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況。信息時代到來后,在隧道機(jī)電工程的設(shè)施檢測中可采用的技術(shù)越發(fā)多樣,借助計算機(jī)技術(shù)建立的監(jiān)控系統(tǒng),可全天候、全方位監(jiān)測,將監(jiān)控結(jié)果以可視化的方式呈現(xiàn),有關(guān)人員在接收了這些信息后,能全面、準(zhǔn)確掌握隧道情況,減少事故;交通信號燈能發(fā)送信號信息,在特殊時段內(nèi)有序疏散交通;環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能動態(tài)分析隧道風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)量等,將這些數(shù)據(jù)作為調(diào)整和控制設(shè)備的依據(jù)。
隧道機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行中,能通過預(yù)防性方式減少事故。為此,為提高機(jī)電設(shè)施的運(yùn)行效率,有關(guān)人員在日常需開展各種預(yù)防工作,監(jiān)控設(shè)備參數(shù),從整體與細(xì)節(jié)角度分析設(shè)施的運(yùn)行情況,做到問題的早發(fā)現(xiàn)、早處理。日常的維護(hù)檢修工作中,有關(guān)人員需保持認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度,一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)電設(shè)施的問題,需及時向相關(guān)部門上報,及早調(diào)試與維護(hù)。另外,有關(guān)部門需根據(jù)行業(yè)內(nèi)對隧道機(jī)電工程的要求,建立完善的機(jī)電維護(hù)管理體系,形成以周、月、年為周期的檢查方式,并依據(jù)機(jī)電設(shè)備設(shè)施類型選定檢測內(nèi)容及方法。在完成維護(hù)檢修工作后,相關(guān)人員需全面整合已有的檢修數(shù)據(jù),以數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)判定設(shè)備的可靠性,在日常進(jìn)行預(yù)防性檢測,及時發(fā)現(xiàn)問題。
針對隧道機(jī)電工程的設(shè)施檢測,外觀與內(nèi)業(yè)資料的檢查為基礎(chǔ)性工作。在外觀檢查中相關(guān)人員需分析機(jī)電工程設(shè)備機(jī)箱的安裝水平,并同步檢查電力線、信號線、防雷、接地、安全保護(hù)等工藝、技術(shù)、流程等是否符合行業(yè)規(guī)定;內(nèi)業(yè)資料檢查主要需保障全部設(shè)備的各方面資料完整且準(zhǔn)確,如不僅應(yīng)包含設(shè)備采購、驗收階段的資料,還應(yīng)包含施工和監(jiān)理資料。
4.2.1 車輛檢測器車速和車流量相對誤差
在檢測隧道監(jiān)控系統(tǒng)時,相關(guān)人員需遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定車輛檢測器車速、車流量的相對誤差。具體的檢測過程中應(yīng)參照標(biāo)準(zhǔn)中的交通量、車速計數(shù)精度規(guī)定,測量車速誤差需將一輛車作為一個樣本,計算每輛車瞬時車速的雷達(dá)測速儀測量值、檢測器測量值的誤差,按照要求獲取了檢測結(jié)果后,計算全部樣本的平均值。
4.2.2 閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)視頻傳輸通道
隧道機(jī)電工程中的設(shè)施運(yùn)行情況,在很大程度上與視頻傳輸通道有關(guān),這一通道能否符合行業(yè)規(guī)定,關(guān)乎數(shù)據(jù)、圖像信息傳輸?shù)男逝c安全。在檢測過程中在視頻通道輸入端應(yīng)連接數(shù)字信號發(fā)生器,同時在視頻通道輸出端安裝數(shù)字視頻檢測儀,由該儀器檢測傳輸通道的輸出量誤差大小。為得到相對準(zhǔn)確和可用的數(shù)據(jù),在前期安裝好設(shè)備并做好連接處理后,需從輸入端開始發(fā)送高清多波群信號或者sin/x 信號,由檢測儀器獲取傳輸通道的幅頻數(shù)據(jù);發(fā)送高清五階梯波信號,檢測傳輸通道的非線性失真情況;發(fā)送高清晰度彩條信號,檢測信號時延差[3]。
4.2.3 緊急電話與有線廣播系統(tǒng)
高速公路隧道中經(jīng)常出現(xiàn)各種突發(fā)情況,為確保發(fā)生問題后能第一時間與外界聯(lián)系,必須在隧道內(nèi)安裝緊急電話。結(jié)合實際情況,隧道緊急電話一般都同步設(shè)有有線廣播系統(tǒng),現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中常將緊急電話與廣播作為一個分項,在檢測過程中統(tǒng)計場外緊急電話分機(jī)數(shù)量即可。在檢測“分機(jī)音量”、“廣播音量”時,一般需執(zhí)行《高速公路有線緊急電話系統(tǒng)》(GB/T19516-2017)中的測定流程及方法。檢測廣播音量時,在廣播喇叭正前方1m位置配備聲級計采集音量信息;獲取分機(jī)音量信息時,需在揚(yáng)聲器正前方0.4m 位置安裝聲級計。
4.2.4 隧道環(huán)境
車輛在隧道中通行時常常伴隨著尾氣排放,再加上隧道自身的環(huán)境,其環(huán)境中的一氧化碳等污染物的含量較高。為保障隧道環(huán)境,機(jī)電工程中常配有專業(yè)設(shè)備,檢測隧道環(huán)境時應(yīng)利用專門的儀器測定煙霧、CO 等的濃度,并同步分析照度、風(fēng)速、風(fēng)量等信息。檢測中很多指標(biāo)都需利用現(xiàn)代傳感裝置來采集數(shù)據(jù),為降低檢測結(jié)果與實際的誤差,檢測之前應(yīng)根據(jù)待檢測項目選定傳感器類型,并將這些傳感器安裝在恰當(dāng)位置。
4.2.5 隧道視頻交通事件檢測系統(tǒng)
高速公路隧道機(jī)電工程中的視頻交通事件檢測系統(tǒng),可在車輛通行過程中自動測定交通事件,捕捉與交通安全、車輛行駛有關(guān)的數(shù)據(jù)及圖像,在此過程中不采集在交通參數(shù)數(shù)據(jù)。
4.3.1 射流分機(jī)
為滿足隧道通風(fēng)要求,一般在隧道的正上方往往安裝有射流分機(jī),這一設(shè)備的安裝難度較大,為提高射流分機(jī)的運(yùn)行效率,有關(guān)人員在前期的工作中需遵循安裝規(guī)范,由專人檢查預(yù)埋件隱蔽工程資料、風(fēng)機(jī)拉拔檢測報告。在檢測射流風(fēng)機(jī)這一關(guān)鍵設(shè)施時,風(fēng)機(jī)平均風(fēng)速為重要指標(biāo),行業(yè)內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對這一測量方法、流程等都有相對清晰的規(guī)定。為提高檢測規(guī)范性,有關(guān)人員可將隧道斷面細(xì)分為16 個測試區(qū)域,統(tǒng)計通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行情況,啟動風(fēng)機(jī),當(dāng)其風(fēng)速相對穩(wěn)定后,取各點3 次測試的平均值,此結(jié)果即為該斷面對應(yīng)測點的風(fēng)速。
在測定風(fēng)速時為控制偏差,應(yīng)重點關(guān)注以下要點:當(dāng)隧道通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計工況達(dá)到要求時再啟動風(fēng)機(jī),與此同時,隧道斷面流場符合均勻性要求時方可進(jìn)入檢測環(huán)節(jié),一般在風(fēng)機(jī)開啟0.5h 后再測試;隧道車行橫洞、人行橫洞的開閉情況對檢測結(jié)果有直接影響,在檢測期間相關(guān)人員需密切關(guān)注這些的開啟和關(guān)閉情況;合理控制風(fēng)機(jī)安裝高度;配備激光測距儀,將該儀器規(guī)范安裝于風(fēng)機(jī)正下方位置[4]。
4.3.2 軸流風(fēng)機(jī)
隧道中還常常安裝有軸流風(fēng)機(jī),這類型風(fēng)機(jī)在運(yùn)行中的能耗較高,針對其運(yùn)行特點,需檢測該設(shè)備的風(fēng)速調(diào)節(jié)、風(fēng)閥啟閉、葉片角度調(diào)節(jié)、控制等功能,以評估此設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
照明系統(tǒng)是為了保障隧道的照明情況,為車輛通行創(chuàng)造良好的通行條件?,F(xiàn)階段在高速公路隧道中,可選擇的照明設(shè)備設(shè)施相對較多,再加上有計算機(jī)技術(shù)等的支持,可構(gòu)建性能穩(wěn)定、功能齊全的照明系統(tǒng)。隧道機(jī)電工程關(guān)鍵設(shè)施的檢測中,有關(guān)人員需根據(jù)要求檢測照明系統(tǒng),及時發(fā)現(xiàn)照明設(shè)備的問題。針對照明系統(tǒng)的檢測,應(yīng)通過亮度半封閉測量法獲得數(shù)據(jù),對于公路隧道的入口段、過渡段、中間段、出口段等特殊位置,均應(yīng)選擇100m 作為檢測對象,縱向間隔5m,橫向間隔每車道3 點的方式來布置測點,獲取每一測點的亮度值。功能性檢測方面,需檢測每一回路的照明情況。
4.5.1 手動火災(zāi)報警系統(tǒng)
隧道消防系統(tǒng)的手動火災(zāi)報警子系統(tǒng),因為為手動操作,關(guān)鍵應(yīng)考慮其人工操作便捷性和靈敏度。檢測過程中應(yīng)測定管理站警報器的音量,并保障在手動按下報警按鈕后能觸發(fā)警報器,在檢測音量時需在特定位置安裝聲級計,而在后續(xù)按鈕按下后的啟動操作檢測中,則需進(jìn)行多次重復(fù)操作,評估其響應(yīng)水平。
4.5.2 自動火災(zāi)報警系統(tǒng)
自動火災(zāi)報警系統(tǒng)的自動化程度較高,當(dāng)此系統(tǒng)識別到火災(zāi)隱患后,可第一時間發(fā)送預(yù)警并同步啟動相關(guān)裝置滅火。針對火災(zāi)探測響應(yīng)的檢測,火盆法相對適用,具體的檢測過程中需執(zhí)行行業(yè)規(guī)范,在現(xiàn)場開展點火試驗,在此試驗中記錄火災(zāi)檢測器的響應(yīng)時間,試驗過程中有關(guān)人員需按照要求完成防護(hù)工作[5]。
4.5.3 電光標(biāo)志
高速公路隧道中的光電標(biāo)志屬有源標(biāo)志,對減小隧道火災(zāi)或者其他事故損失、引導(dǎo)現(xiàn)場人員有序撤退具有重要的意義。依據(jù)當(dāng)前隧道中的電光標(biāo)志情況,多以疏散指示標(biāo)記、消防設(shè)備指示標(biāo)記為主,在檢測期間需關(guān)注這些標(biāo)志的亮度,利用分光色度計采集數(shù)據(jù)。
4.5.4 消防設(shè)施
隧道消防系統(tǒng)內(nèi)配備有多種消防設(shè)施,這些不同類型的消防設(shè)施被安裝在不同位置,在面臨火災(zāi)威脅時有關(guān)人員可從這些地方取用消防設(shè)施,快速滅火。隧道機(jī)電工程的設(shè)施檢測中,對消防設(shè)施的檢測十分關(guān)鍵,因為一旦隧道內(nèi)配備的消防設(shè)施存在性能、功能等方面的問題,將影響隧道防火能力,在火災(zāi)出現(xiàn)后易因為消防設(shè)施質(zhì)量缺陷而引起重大傷亡。在檢測消防設(shè)施時,應(yīng)檢測設(shè)施的安全防護(hù)能力、用水設(shè)施的水壓參數(shù)。功能性檢驗方面,需檢測滅火器、消火栓等在火災(zāi)條件下能否正常使用,有關(guān)部門需經(jīng)常性組織應(yīng)急演練,在演練中評估這些消防設(shè)施的使用性能。
5.1.1 設(shè)備全生命周期管理
隧道機(jī)電工程中包含多種設(shè)備設(shè)施,在保障這些設(shè)施的正常使用,發(fā)揮各自的功能優(yōu)勢,在日常的工作中有關(guān)部門需采取智能化管控措施,引入數(shù)據(jù)庫技術(shù),建立全生命周期管理體系,做好不同環(huán)節(jié)的精細(xì)化管控。
5.1.2 BIM 三維可視化運(yùn)維
信息時代到來后,針對各項管理工作,可采用的技術(shù)越發(fā)多樣。在高速公路隧道機(jī)電工程的設(shè)施管理中,有關(guān)部門可嘗試采用BIM 技術(shù),建立三維可視化模型,模擬各種機(jī)電設(shè)備、設(shè)施的運(yùn)行過程,依據(jù)模擬結(jié)果采取切實可行的運(yùn)維措施。
5.1.3 高效移動端管控
在管理高速公路隧道設(shè)施時,移動端管控的優(yōu)勢明顯,這一管理模式下需利用手機(jī)、PAD 等手持終端隨時查看機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況,及時發(fā)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的故障。另外,利用這些手持終端同樣能掃描查看設(shè)備廠商、維修手冊、備件庫等方面的信息,以通過整合這些信息來維護(hù)、檢修設(shè)備。
高速公路隧道機(jī)電設(shè)備在長期使用的過程中,可能因環(huán)境、操作、老化等出現(xiàn)各種故障,如在日常未注重設(shè)備的故障檢測、分析與處理,將導(dǎo)致許多故障的處理不夠及時,在故障發(fā)展到后期再處理,設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險大大提高。為此,在當(dāng)前的條件下為促進(jìn)設(shè)施設(shè)備管理,相關(guān)人員必須做好故障的分析、檢測,總結(jié)每種設(shè)備、每一種故障的發(fā)生頻次、原因、維修措施,形成文字或者電子維修資料,在后續(xù)有需要的情況下直接調(diào)取這些資料,輔助實際工作。一些機(jī)電設(shè)備的使用頻次高,且已投入多年,對于這類型設(shè)備需加大故障檢測頻率,及時發(fā)現(xiàn)和處理問題;新引進(jìn)的機(jī)電設(shè)備,應(yīng)為其配備巡檢系統(tǒng)、紅外線測溫儀等先進(jìn)設(shè)備,自動分析和評估設(shè)備的運(yùn)行水平,整合設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù),自動發(fā)現(xiàn)風(fēng)險并標(biāo)記故障數(shù)據(jù),方便專業(yè)人員分析故障原因。
為保障高速公路隧道機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)問題后能快速處理,有關(guān)部門需總結(jié)工作經(jīng)驗,逐步建立故障響應(yīng)機(jī)制。在建立這一機(jī)制時主要需注意以下方面:(1)建立故障檢測數(shù)據(jù)庫,在該數(shù)據(jù)庫中存儲日常的設(shè)備檢測、維修數(shù)據(jù),保障設(shè)備數(shù)據(jù)的完整性與準(zhǔn)確性,幫助相關(guān)人員從整體性角度分析機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況。(2)診斷分析,定期、不定期診斷機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況,分析設(shè)備溫度、能耗、功能等,評估其性能。
隧道機(jī)電工程為高速公路中的重要構(gòu)成,在當(dāng)下行業(yè)發(fā)展的過程中,相關(guān)部門必須重視隧道機(jī)電設(shè)施的檢測,遵循行業(yè)規(guī)范確定檢測內(nèi)容,選擇先進(jìn)的檢測技術(shù),構(gòu)建現(xiàn)代化檢測技術(shù)體系與路徑。