一、高寒地區公路隧道機電工程建設

1、設計注意事項

為適應上述高寒地區公路隧道特點，并充分考慮交通量狀況、建設投資控制和營運管理需求，機電工程設計應注意：

（１）根據交通量參數科學掌握設計規范中技術指標的選擇，按需配置各系統設備；

（２）控制工程投資規模，在有限的投資規模條件下實現運營管理需求；

（３）充分利用當地的自然條件如太陽能、風能等，盡量減少長距離的供電傳輸；

（４）系統可靠性、穩定性要特別重視；

（５）易維護，通用性強，應選用主流成熟的系統或產品。

2、系統配置建議

（１）隧道監控系統①閉路電視子系統常規設置：洞口云臺攝像機—監視洞口區域情況；洞內和變電所攝像機—監視隧道內和變電所內情況。高寒地區：由于高寒地區車流量少，一般事故對車流量幾乎沒有影響，不易引起監控人員的注意。建議對隧道內外圖像進行視頻分析，這樣可避免發生事故后不能及時發現從而引發重大安全事故的隱患。一般高速公路發生意外事故后會立即引起相關路段的車流量或相關變化，如堵塞、煙霧超標、報警等，容易引起監控人員注意。視頻事件檢測儀應能檢測交通事故、事故車輛、車輛停駛（暢通停車、擁堵停車）、交通擁堵（移動擁堵、停止擁堵）、車輛減速、車輛超速、車輛低速、車輛逆行、車輛排隊長度超過閾值、行人、遺撒遺棄物、煙霧和火災等；且能檢測包括流量、速度、占有率、車頭間距、隊列長度、車輛分型等交通數據。視頻事件檢測儀應能對警報的優先級進行分級以避免對同一事件事故進行多次報警。②交通控制子系統常規設置：洞口—車輛檢測器、情報板、限速標志、交通信號燈等；洞內—車輛檢測器、情報板、限速標志、車道指示器、ＰＬＣ等。高寒地區：由于高寒地區車流量少，可根據情況適當減少設置規模，以滿足運營和管理要求為目標，如洞口可僅設一塊Ｆ型可變情報板和交通信號燈，不設限速標志等，洞內僅設置車道指示器，不設情報板和限速標志等。ＰＬＣ作為整個公路隧道機電工程的核心硬件設備，不僅用于交通監控子系統，也服務于通風照明、供配電、消防等子系統的控制。因此，必須保證在任何情況下ＰＬＣ都能正常穩定的工作，否則整個機電工程都不能正常運轉，對公路隧道的正常運營造成隱患。在高寒地區，必須采用極端環境型ＰＬＣ，普通型ＰＬＣ不管是溫度還是海拔都無法達到實際應用的環境要求。高寒地區公路路面易結冰，結冰對交通安全和暢通造成極大危害。隧道區域海拔高度又在相對更高，比其它路段更容易出現結冰現象，因此有必要在隧道口增設路面結冰檢測裝置，對路面結冰進行實時監控。

（２）火災報警與緊急電話系統常規設置：火災報警系統含手報和火災自動檢測兩部分，手報５０ｍ一個，火災自動檢測應全隧道無縫覆蓋。緊急電話系統含緊急電話和廣播，緊急電話２００ｍ一個，廣播應全隧道無縫覆蓋。高寒地區：本系統無特殊要求，但設備應能適應高寒地區惡劣的氣候條件。盡管高寒地區交通量小，火災隱患和造成的損失相對小，但基于防患于未然，應保持火災報警系統的正常運行，需要定期測試維護。產品應選擇售后服務好的品牌，應能及時更換故障單元，并對系統進行維護測試。

（３）中控室系統常規設置：中控室設電視墻、大屏、地圖板、計算機、操作臺等。高寒地區：中控室軟件為整個機電工程的核心，應把高寒地區公路隧道的特殊控制方案集成進去，如：惡劣氣候條件下的交通控制，極小交通流量的通風照明控制等。還有各種特殊情況下的預案和應急方案，應能和路段實現聯動。為節省投資建議隧道中控室不設大屏、地圖板等設備。

（４）隧道通風系統－－常規設置：風向風速儀、ＣＯ／ＶＩ檢測儀、風機等。高寒地區：可根據交通量情況適當減少設置規模，以滿足運營和管理要求為目標。風機也可分成二期建設，在交通量達到要求時再上二期設備。目前在長隧道和特長隧道僅設射流風機的技術已非常成熟，原則上可僅設置射流風機，軸流風機設置需進行技術經濟多項對比專題研究后，才能設置。現行《公路隧道通風照明設計規范》（ＪＴＪ０２６．１－１９９９）給出了海拔０ｍ～２４００ｍ范圍針對煙霧的海拔高度系數取值，當海拔大于２４００ｍ時規范說明該系數取值可按直線延伸，有關試驗研究結果表明當海拔大于２４００ｍ時，該系數線性延伸結果與實際值有一定的差異。隨著海拔高度的升高，柴油車空燃比下降，汽車的黑煙顆粒物排放量會大大增加。這些黑煙顆粒物成為高海拔地區公路隧道通風設計的重要影響因素，尤其在計算上坡隧道煙霧作為控制需風量時影響權值很大。因此通風設計需考慮海拔系數的影響，并應考慮車輛排放標準和對空氣質量要求的提升。當海拔高度不同時，大氣壓力將發生變化，海拔高度越高，大氣壓力越小，空氣的密度也越小。射流風機用于高海拔隧道時，可以按照海拔高度進行調整，以提高射流風機的性能，充分發揮射流風機電機的功率。①選取功率小一些的電機由于空氣密度的降低，使所需風機推力及電機功率降低，為了節省設備費用，可選取功率小一些的電機以適應風機所需實際功率。②提高風機出口風速，減少風機數量為了不降低電機的實際使用功率，可以通過增加風機的葉片角度來增加風機的出口速度及風機的推力，因而增加風機的負載，達到充分利用風機功率的目的。增加風機推力的最大好處是可降低風機的數量，降低通風設備的投資。具體的功率和出口風速可通過計算得出。設備潤滑脂（油）應有防凍措施，如：風機的潤滑脂（油）應選用低溫性能好的潤滑脂（油）。這類潤滑脂（油）低溫時，粘度小，啟動時，各摩擦之間潤滑好，啟動阻力小，利于啟動。另外，還可采用加熱潤滑脂（油），以降低脂（油）粘度，減小啟動阻力。

（５）隧道照明系統常規設置：亮度檢測儀、洞外照明設施、洞內照明設施等。高寒地區：可根據交通量小的實際情況適當降低照度標準，以滿足運營和管理要求為目標。也可分成二期建設，在交通流量達到要求時再上二期設備。若降低照度標準，應加強靜態安全設施的設置或采用有源誘導標加強誘導。由于高寒地區車流量少，隧道口可不設路燈或高桿燈照明，但應加強靜態安全設施的設置或采用有源誘導標加強誘導。

（６）隧道消防系統常規設置：高位水池、低位水池、消防水管、消防箱、滅火器、水成膜泡沫滅火裝置等。高寒地區：要安全渡過超低的環境溫度和晝夜間的巨大溫差，隧道外高、低位水池以及消防供水管道須埋設在凍土層以下，同時設保護層和防潮層；洞外閘閥、室外消火栓均采用地下安裝方式，同時砌筑保溫井；洞內管道、閘閥及消火栓供水支管采用電伴熱方式防凍；泵房內室內管道和設備防凍均采用電伴熱方式。消防設備應選用滿足需求的高原專用型設備，并注意消防水源的補充狀態。管理人員必須定期檢查管道是否漏水、堵塞以及冬季防止管道封凍，并結合氣候、地域等特點，制定不同類別的防災和救援預案。高寒地區隧道的消防救援，應充分考慮以下因素：①必須做好消防設備的保溫防凍；②消防應急設施設置應便于救援人員操作；③應對災害預防和管理以及緊急救援方案結合消防設備進行設計；④要結合地域等實際，制定切實可行的消防救援預案及組織實施流程，采取安全可靠的消防系統，才能防患于未然；⑤在隧道發生火災時，采取正確的通風方式和合適的通風風速，并進行正確的行車組織，才能切實可行地實施救援。

（７）隧道供配電系統常規設置：高低壓開關柜、配電箱、ＵＰＳ、ＥＰＳ、柴油發電機組等。高寒地區：在高海拔地區，隨著海拔高度增加，大氣氣壓逐漸降低，空氣的絕緣強度也隨之下降，因此海拔超過１０００ｍ的地區必須使用高原型開關設備。元件的安裝位置按高寒地區的使用要求進行修正，加大導體間絕緣距離、絕緣件的爬電距離，母線均做圓角處理，避免尖端放電，合理布置和選用電器元件，以解決高寒地區絕緣和散熱的問題。高原地帶空氣中氧氣的含量隨著海拔高度的升高而降低，海拔高度每升高１０００ｍ，大氣壓力下降９％，空氣密度下降梯度為６％～１０％，含氧量下降１０％，可見海拔高度越高，空氣含氧量越少，柴油機越難啟動。啟動后柴油發電機組還應考慮高寒地區降效等因素。設備液體應有防凍措施或采用防凍液體，如：柴油發電機的柴油（選擇合適的牌號，保證最低溫度時有較好的流動性）等。高寒地區由于地廣人稀，應考慮接入電源的質量，如果接入電源電壓波動超出國家標準，為減少電費支出和延長燈具壽命，建議在基本照明回路增設智能照明控制器，保證回路電壓在要求范圍內。蓄電池的最佳工作溫度在２０℃～４０℃范圍內，隨著環境溫度的降低，蓄電池的輸出能力也相應下降，隨著環境溫度的降低，蓄電池輸出能力在－３０℃時，只有額定輸出的３４％左右。故供配電的ＵＰＳ、ＥＰＳ等的蓄電池應采用低溫性能好，結構形式與普通型不同的蓄電池。低溫時，應無液態酸冰凍現象，可在－４０℃環境條件下正常工作，冷啟動功率、充電速度等指標與在同等條件下的普通蓄電池相比應具有明顯優勢。或采用對蓄電池進行加熱保溫，保證蓄電池低溫條件下正常充電且具有足夠的電流輸出，從而提高設備低溫性能，且延長蓄電池的使用壽命。

二、施工建設及運營維護

1、設備選型及工期

（１）在機電工程建設招投標中，設備選型應考慮地理和氣候因素。所選設備應能在高寒的環境下正常工作，即能適應高海拔，低氣溫，冬天風大、下雪下霜等惡劣氣候。如：室外應選用工業級，室內可根據情況選用商品級設備，應注意防冰凍、防起霜等問題，如室外攝像機應能適應低溫的要求，ＩＰ等級要高；光纜采用低溫特性好的優質光纜，攝像機的基礎和立柱需加強，防止畫面抖動，攝像機應有自動除霜功能等。

（２）應合理安排工期和施工順序。機電工程的設備安裝調試受低溫氣候的影響不大，但隧道外設備的基礎施工、消防管道施工、光電纜管溝施工等應避免在封凍季節進行。

2、運營管理和維護

除前述提及的系統和設備特殊要求、各種救援預案演練外，為保障正常運營和發揮機電工程最大效用，還需要加大對司乘人員的宣傳工作，使司乘人員根據機電工程誘導有序參與公路隧道交通活動。隧道機電工程的運營管理和維護需要相當高的技術含量，也要求管理和維護人員具有較高的技術水平素養。而高寒地區公路隧道往往處于偏遠山區，生活、工作條件艱苦，難以吸引和留住高水平技術人員，因此有關管理方面要特別注意人才的培養和保護。

三、結束語

高寒地區公路隧道建設正方興未艾，其特殊的機電工程技術需要進一步研究、開發和總結。如極小交通流量下的照明節能技術研究，隧道通風及其它機電設備海拔系數研究，類似地質災害預警的高寒地區公路隧道機電工程專有系統研究，建設、施工、運營特殊預案研究等。

作者：杜長東　蔡曉峰 單位：重慶市華馳交通科技有限公司