復(fù)雜地下道路智慧化提升體系與應(yīng)用設(shè)計(jì)研究——以廣州南沙橫瀝島尖為例

文｜廣州市南沙新區(qū)明珠灣開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局 梁睿中；上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司 游克思 羅建暉

1.引言

城市地下道路[1]建設(shè)越來(lái)越多、類(lèi)型越來(lái)越豐富。部分城市核心區(qū)域開(kāi)發(fā)逐步加強(qiáng)，為緩解區(qū)域地面交通設(shè)施不足，設(shè)置了城市地下車(chē)庫(kù)聯(lián)絡(luò)道等地下道路形式[2]，可以有效改善城市區(qū)域交通環(huán)境[3]，但對(duì)地下道路的服務(wù)效率、運(yùn)營(yíng)安全要求等也進(jìn)一步提升。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已有不少智慧地下道路實(shí)際研究和應(yīng)用探索。在國(guó)外，悉尼海底隧道在隧道出入口設(shè)計(jì)了虛擬屏系統(tǒng)，使司機(jī)顯著注意到“停止”標(biāo)志[6]。瑞典公路管理局[8]擬利用C-ITS 技術(shù)提高斯德哥爾摩Bypass 隧道運(yùn)營(yíng)水平，應(yīng)用包括緊急狀況管理、停滯車(chē)輛處理、危險(xiǎn)品車(chē)輛處理。在國(guó)內(nèi)，上海隧道試點(diǎn)軌道智能巡檢機(jī)器人[9]，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候24 小時(shí)巡檢。港珠澳大橋采用基于BIM 的三維監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行隧道設(shè)備監(jiān)視及控制等[10]。

總體上，國(guó)內(nèi)外針對(duì)智慧地下道路化尚處于前期試點(diǎn)階段，智慧化建設(shè)場(chǎng)景的系統(tǒng)性研究相對(duì)較少。本文以廣州南沙橫瀝島尖地下環(huán)路為例，系統(tǒng)研究了智慧化應(yīng)用場(chǎng)景，并針對(duì)智慧交通管控場(chǎng)景開(kāi)展設(shè)計(jì)。

2.復(fù)雜地下道路特征與智慧化提升需求

2.1 特征分析

橫瀝島尖地下環(huán)路單向三車(chē)道，設(shè)計(jì)速度20 km/h，全長(zhǎng)約2.66km。設(shè)置“四進(jìn)四出”四對(duì)接地匝道；預(yù)留三對(duì)匝道銜接明珠灣區(qū)跨江隧道和安益路隧道；設(shè)置40余處內(nèi)部出入口銜接沿線地下車(chē)庫(kù)。區(qū)域地下道路規(guī)模大，涉及多條地下道路；類(lèi)型多，涉及不同功能等級(jí)的地下道路，互聯(lián)互通；系統(tǒng)協(xié)同聯(lián)動(dòng)需求多。

2.2 智慧化提升需求

（1）面臨的新問(wèn)題與挑戰(zhàn)

圖1 橫瀝島尖地下道路

圖2 新問(wèn)題與挑戰(zhàn)

地下道路規(guī)模化、網(wǎng)絡(luò)化特點(diǎn)，對(duì)其交通和運(yùn)營(yíng)安全帶來(lái)新的問(wèn)題。以安全防災(zāi)為例，由于環(huán)路復(fù)雜的布局和火災(zāi)事故的隨機(jī)性，同時(shí)涉及到環(huán)路、地塊等多設(shè)施的聯(lián)動(dòng)，預(yù)設(shè)的防災(zāi)預(yù)案難以涵蓋所有情況[12]。在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，地下環(huán)路復(fù)雜環(huán)境下的煙霧擴(kuò)散、發(fā)展態(tài)勢(shì)等難以預(yù)判，以為有效排煙控?zé)熀驼_的疏散救援決策提供依據(jù)。

（2）不同應(yīng)用主體的需求

地下道路應(yīng)用主體包括道路使用者、運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)、政府管理部門(mén)以及地塊物業(yè)等：①地下道路使用者需求包括綜合信息服務(wù)、安全與舒適的行車(chē)環(huán)境等。②道路運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)需求包括設(shè)施設(shè)備等綜合監(jiān)控、基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)、緊急事件管理等。③政府管理部門(mén)需求包括交通違法執(zhí)法、交通擁堵和事故管理、交通信息采集與發(fā)布、火災(zāi)緊急救援等。④地塊物業(yè)需求包括環(huán)路內(nèi)部、匝道、地塊接口運(yùn)行情況，交通、火災(zāi)事件信息等。

3.智慧化提升體系研究

3.1 技術(shù)思路

在梳理復(fù)雜地下道路現(xiàn)階段存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，從對(duì)象維度、應(yīng)用維度和分級(jí)維度等三個(gè)維度構(gòu)建智慧應(yīng)用場(chǎng)景體系。對(duì)象維度主要是針對(duì)使用者、管理者和政府監(jiān)管的需求展開(kāi)；應(yīng)用維度主要結(jié)合地下道路運(yùn)營(yíng)管理業(yè)務(wù)展開(kāi)；分級(jí)維度則是根據(jù)智慧化場(chǎng)景模塊所能實(shí)現(xiàn)的功能等級(jí)進(jìn)行場(chǎng)景體系的構(gòu)建，各等級(jí)功能描述見(jiàn)表1所示。

表1 分級(jí)維度下各功能等級(jí)描述

3.2 智慧化提升應(yīng)用場(chǎng)景體系研究

根據(jù)上述建設(shè)思路、目標(biāo)和原則，結(jié)合橫瀝島尖地下環(huán)路實(shí)際需求，考慮了近遠(yuǎn)期實(shí)施。遠(yuǎn)期實(shí)施重點(diǎn)做好空間和管線配套的預(yù)留，共形成“5 大功能模塊+24 個(gè)建設(shè)場(chǎng)景”。

表2 智慧化場(chǎng)景體系規(guī)劃

圖3 智慧交通管控模塊部署

4.設(shè)計(jì)與應(yīng)用案例

本文重點(diǎn)以智慧交通管控應(yīng)用模塊為例展開(kāi)介紹。通過(guò)智慧交通管控，實(shí)現(xiàn)全線交通流信息感知，增強(qiáng)交通事件、交通流態(tài)勢(shì)研判能力支撐輔助決策，主要建設(shè)內(nèi)容如表3所示。

表3 近期智慧交通模塊主要建設(shè)內(nèi)容

4.1 地上地下一體化交通引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

區(qū)域一體化交通引導(dǎo)與控制系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)采集隧道內(nèi)外交通流各項(xiàng)指標(biāo)，將預(yù)警、引導(dǎo)信息和控制指令自動(dòng)發(fā)布于周邊路網(wǎng)、隧道入口、內(nèi)部地塊開(kāi)口的可變信息標(biāo)志。用以預(yù)防和緩解交通擁堵、路網(wǎng)交通流均衡分配。

4.2 地面-地下環(huán)路-地塊出入口一體化聯(lián)動(dòng)控制設(shè)計(jì)

（1）地塊出口控制設(shè)計(jì)

圖4 多級(jí)交通引導(dǎo)標(biāo)志系統(tǒng)

圖5 地下道路地塊出口控制設(shè)置

通過(guò)聯(lián)動(dòng)控制地塊出口閘機(jī)及信號(hào)燈，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)、管養(yǎng)等情況下，臨時(shí)管制進(jìn)入環(huán)路交通流，合理調(diào)節(jié)地塊進(jìn)入環(huán)路交通量。

（2）地下環(huán)路洞口控制設(shè)計(jì)

洞口控制設(shè)置通過(guò)增設(shè)洞口閘機(jī)及其他聲光警示設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)、管養(yǎng)等情況下，通過(guò)洞口閘機(jī)臨時(shí)管制進(jìn)入環(huán)路交通流，防止火災(zāi)、水淹、交通嚴(yán)重?fù)矶虑闆r下，造成人員傷亡、擁堵加劇等。

4.3 重點(diǎn)路段監(jiān)管設(shè)計(jì)

（1）彎道交通風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警設(shè)計(jì)

彎道交通風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警通過(guò)毫米波雷達(dá)檢測(cè)小半徑轉(zhuǎn)彎區(qū)域交通事件、擁堵情況，并通過(guò)路側(cè)設(shè)置的可變情報(bào)板對(duì)即將進(jìn)入該區(qū)域車(chē)輛進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)警示。

（2）不同凈高銜接段的交通管控設(shè)計(jì)

不同凈高銜接段的交通管控，可以檢測(cè)明珠灣越江隧道中、擬進(jìn)入地下環(huán)路的車(chē)輛高度，警示超高車(chē)輛禁止進(jìn)入銜接的地下環(huán)路系統(tǒng)。

5.結(jié)論

本文以廣州南沙橫瀝島尖地下道路為例，分析了復(fù)雜城市地下道路的系統(tǒng)特征、存在的問(wèn)題以及智慧化提升需求，從不同使用主體需求出發(fā)，結(jié)合智慧化相關(guān)技術(shù)，探究了復(fù)雜地下道路的智慧化提升體系，最終將其應(yīng)用到實(shí)際建設(shè)中。針對(duì)地下道路系統(tǒng)的復(fù)雜性，結(jié)合智慧化技術(shù)進(jìn)行提升設(shè)計(jì)，可以有效形成感知更全面、管控更高效和決策更智能的地下道路系統(tǒng)。智慧化技術(shù)在城市地下道路領(lǐng)域應(yīng)用不斷深入，在區(qū)域一體化交通引導(dǎo)與控制系統(tǒng)、地面-地下環(huán)路-地塊出入口一體化聯(lián)動(dòng)控制、重點(diǎn)路段監(jiān)管等方面可以廣泛應(yīng)用。本文旨在為我國(guó)城市地下道路智慧化提升提供思路，為今后建設(shè)地下道路智慧系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

圖6 地下道路洞口控制設(shè)置

圖7 彎道風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

圖8 不同凈高銜接段交通管控