跨海集群工程運(yùn)營(yíng)安全與節(jié)能的創(chuàng)新突破

文/北京交科公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 港珠澳大橋管理局 招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司 國(guó)家消防工程研究中心 中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所

獲獎(jiǎng)等級(jí)：一等獎(jiǎng)

項(xiàng)目名稱：港珠澳大橋跨海集群工程運(yùn)營(yíng)安全與節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

“港珠澳大橋跨海集群工程運(yùn)營(yíng)安全與節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目是以北京交科公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司作為總體牽頭單位，聯(lián)合科研、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維等多家機(jī)構(gòu)，立足于建設(shè)期，重點(diǎn)面向運(yùn)營(yíng)期，以國(guó)家課題為先導(dǎo)，以成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化為目標(biāo)，聚焦港珠澳大橋運(yùn)營(yíng)安全與節(jié)能重大關(guān)鍵技術(shù)問題，開展聯(lián)合攻關(guān)、協(xié)同創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，最終形成港珠澳大橋暨跨海集群工程運(yùn)營(yíng)安全與節(jié)能核心技術(shù)成果和成套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并成功應(yīng)用于港珠澳大橋的設(shè)計(jì)、施工、管理、維護(hù)等各階段，為其安全、高效、綠色運(yùn)營(yíng)提供了重要的技術(shù)保障。

開展8年聯(lián)合攻關(guān)

港珠澳大橋是粵港澳三地首次合作建設(shè)的超大型跨海集群交通基礎(chǔ)設(shè)施，一橋連接兩個(gè)特別行政區(qū)、三個(gè)關(guān)稅區(qū)、三種法律制度。不但建設(shè)技術(shù)難度大，在運(yùn)營(yíng)期港珠澳大橋同樣面臨巨大挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在如何保證運(yùn)營(yíng)期的“暢通、安全、綠色”等。

首先，港珠澳大橋工程涉及到不同的政治、法律、社會(huì)制度和文化背景，作為首次由粵港澳三地合作共建、共管的工程項(xiàng)目，如何保證跨境通道在不同法律及文化背景下的暢通，交通組織與管理平穩(wěn)、高效、有序地運(yùn)行，是運(yùn)營(yíng)期的迫切需要。

←港珠澳大橋跨海集群工程運(yùn)營(yíng)安全與節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用總體技術(shù)路線圖

其次，港珠澳大橋海底隧道是世界上最長(zhǎng)的公路沉管隧道，也是國(guó)內(nèi)首例特長(zhǎng)沉管隧道。隧道通風(fēng)排煙及聯(lián)動(dòng)救援是安全保障的關(guān)鍵，主要體現(xiàn)在三方面：國(guó)內(nèi)并沒有沉管隧道通風(fēng)排煙的相關(guān)技術(shù)及工程案例，需要?jiǎng)?chuàng)新隧道防排煙體系；隧道機(jī)電系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，涉及到14個(gè)系統(tǒng)，上萬臺(tái)機(jī)電設(shè)備，火災(zāi)工況下需要設(shè)備協(xié)同運(yùn)行，才能達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的；國(guó)內(nèi)外公路隧道尚處于人工控制的階段，救援效率低，且存在誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，港珠澳大橋?qū)儆诔笮涂绾＜汗こ?，建設(shè)期及運(yùn)營(yíng)期能耗巨大，如果想達(dá)到綠色建造及節(jié)碳減排的效果，將面臨巨大挑戰(zhàn)。其中，隧道的通風(fēng)及照明節(jié)能是運(yùn)營(yíng)期節(jié)能的關(guān)鍵，但目前國(guó)內(nèi)外缺乏跨海集群工程節(jié)能減排的技術(shù)體系及沉管隧道節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)，如何降低建設(shè)、運(yùn)營(yíng)過程中的能源消耗和污染物排放，并實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)是關(guān)鍵。

面對(duì)挑戰(zhàn)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)以國(guó)家科技支持計(jì)劃《港珠澳大橋跨海集群工程建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范》課題五中“跨境通道營(yíng)運(yùn)管理的關(guān)鍵技術(shù)”“跨境隧-島-橋集群工程節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)”“港珠澳大橋海底隧道工程排煙試驗(yàn)”“港珠澳大橋主體工程海底隧道消防救援技術(shù)研究”等科研項(xiàng)目，以及依托港珠澳大橋主體工程交通設(shè)計(jì)項(xiàng)目開展了科技攻關(guān)。通過8年多的艱苦努力，最終形成了港珠澳大橋跨海集群工程運(yùn)營(yíng)安全與節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用的成套技術(shù)。

形成系列創(chuàng)新成果

該項(xiàng)目形成了港珠澳大橋運(yùn)營(yíng)期跨境交通管理組織體系與運(yùn)作模式、沉管隧道防排煙及消防聯(lián)動(dòng)救援技術(shù)、跨海集群工程節(jié)能減排成套關(guān)鍵技術(shù)等創(chuàng)新成果，以及一系列標(biāo)準(zhǔn)體系。

← 港珠澳大橋收費(fèi)站

跨境交通管理

該項(xiàng)目構(gòu)建了一整套完整的粵港澳三地實(shí)施跨境交通控制與管理的組織體系和運(yùn)作模式；首次提出了三地合作救援、聯(lián)動(dòng)控制和信息交換所遵循的工作機(jī)制和技術(shù)規(guī)程，制定了跨境救援預(yù)案和應(yīng)急演練程序。提出的專責(zé)小組架構(gòu)及聯(lián)動(dòng)救援預(yù)案被《港珠澳大橋三地口岸執(zhí)法聯(lián)絡(luò)工作機(jī)制》《港珠澳大橋警務(wù)、應(yīng)急救援及應(yīng)用交通管理合作協(xié)議框架》等三地通行政策采納。

沉管隧道通風(fēng)排煙及聯(lián)動(dòng)救援

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)揭示了側(cè)向集中排煙系統(tǒng)及主洞通風(fēng)系統(tǒng)耦合作用下的煙霧擴(kuò)散規(guī)律，制定了運(yùn)營(yíng)通風(fēng)控制策略；首次形成了特長(zhǎng)沉管隧道側(cè)向集中排煙系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)方法。提出的多孔側(cè)向集中排煙技術(shù)，解決了深埋沉管隧道結(jié)構(gòu)安全與通風(fēng)排煙的矛盾，大大縮短了煙霧擴(kuò)散距離。

←側(cè)向集中排煙物理模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)火災(zāi)試驗(yàn)

←隧道縱向溫度分布云圖

← 組圖：隧道洞口區(qū)域CO濃度分布圖及隧道縱向溫度分布云圖

← 港珠澳大橋通車后隧道內(nèi)光環(huán)境

基于最小消防分段方法，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)開發(fā)了特長(zhǎng)海底沉管隧道消防救援系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了各類消防設(shè)施和裝備的狀態(tài)實(shí)時(shí)感知、迅速響應(yīng)、協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)和精準(zhǔn)施救。開發(fā)的聯(lián)動(dòng)救援系統(tǒng)將發(fā)現(xiàn)火災(zāi)到相關(guān)系統(tǒng)的干預(yù)時(shí)間，從4分鐘縮短到1分鐘，速度提高了4倍。

跨海集群工程節(jié)能減排技術(shù)

一方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出了工程能耗和排放的內(nèi)源性和外源性概念，系統(tǒng)構(gòu)建了基于能源消耗、溫室氣體和污染物排放的集群工程綜合性節(jié)能減排指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法。另一方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了沉管隧道多目標(biāo)智能通風(fēng)控制系統(tǒng)、隧道自然光光纖照明系統(tǒng)和自然光結(jié)合人工光照明控制技術(shù)、人工島太陽(yáng)能海水源熱泵冷熱聯(lián)供技術(shù)，創(chuàng)建了跨海集群工程可再生能源利用技術(shù)評(píng)價(jià)模型。開發(fā)的國(guó)內(nèi)外首例隧道用高光能太陽(yáng)光直接照明成套裝備，將自然光利用效率從15%提升到50%。通風(fēng)系統(tǒng)及照明系統(tǒng)節(jié)能達(dá)到30%。

標(biāo)準(zhǔn)體系

在跨海集群工程運(yùn)營(yíng)管理方面，首次形成了涵蓋19個(gè)子系統(tǒng)的《港珠澳大橋設(shè)計(jì)指南》（交通工程篇），《港珠澳大橋營(yíng)運(yùn)維護(hù)手冊(cè)》及《跨境隧-島-橋集群工程節(jié)能減排技術(shù)指南》，為充實(shí)和發(fā)展跨海集群工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系提供了實(shí)踐支撐?！陡壑榘拇髽蚪煌üこ虪I(yíng)運(yùn)維護(hù)手冊(cè)》規(guī)定了不同運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景下機(jī)電設(shè)施的運(yùn)營(yíng)管理方案及設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)的相關(guān)技術(shù)要求，讓運(yùn)營(yíng)管理人員可以從容地運(yùn)營(yíng)管理港珠澳大橋跨海集群工程這一國(guó)內(nèi)最為復(fù)雜的交通工程，為“管好、用好”港珠澳大橋提供了良好的技術(shù)保障。

廣泛用于其他工程

目前，該項(xiàng)目制訂的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及形成的相關(guān)研究成果已用于指導(dǎo)國(guó)內(nèi)其他跨海集群工程。

← 港珠澳大橋監(jiān)控中心

←山竹臺(tái)風(fēng)應(yīng)急響應(yīng)

其中，跨境交通管理問題的解決體現(xiàn)了一種機(jī)制和體制的創(chuàng)新，有效解決了三地法律法規(guī)的差異問題和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的銜接問題，為粵港澳大灣區(qū)其他重大項(xiàng)目先行示范；項(xiàng)目成果不僅成功指導(dǎo)了港珠澳大橋的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，而且已在深中通道、拱北隧道、汕頭海灣隧道等項(xiàng)目中應(yīng)用和實(shí)踐；三地救援聯(lián)動(dòng)及交通控制為粵港澳大灣區(qū)其他項(xiàng)目的建設(shè)及跨省域通道的運(yùn)營(yíng)提供了技術(shù)和實(shí)踐支撐；形成的側(cè)向集中排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)方法，為深中通道等跨海集群工程的建設(shè)提供了技術(shù)支撐；基于最小消防分段方法設(shè)計(jì)開發(fā)的特長(zhǎng)海底沉管隧道消防救援系統(tǒng)，為其他隧道消防救援系統(tǒng)的建立提供了借鑒；建立的跨海集群工程節(jié)能減排指標(biāo)體系和核算辦法為工程全壽命周期節(jié)能減排提供了全過程量化工具，為全面達(dá)成節(jié)能減排目標(biāo)提供重要的技術(shù)支撐；沉管隧道通風(fēng)、照明節(jié)能技術(shù)已應(yīng)用于其他公路隧道，節(jié)能效果顯著。

此外，該項(xiàng)目的研究成果和技術(shù)實(shí)踐，還可以指導(dǎo)“一帶一路”沿線國(guó)家和地區(qū)超級(jí)工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，為建設(shè)“綠色發(fā)展、智慧引領(lǐng)、安全保障”的大型通道工程提供了重要的技術(shù)支撐和借鑒。

←組圖：沉管隧道通風(fēng)系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)示意圖

←組圖：港珠澳大橋沉管隧道消防演練

表1 與當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)主要參數(shù)、效益、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力比較一覽表

項(xiàng)目聯(lián)合攻關(guān)單位

北京交科公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司

北京交科公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱“北京交科”）是交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院的全資企業(yè)，其前身是1973年成立的交通部公路科學(xué)研究所標(biāo)志信號(hào)及其設(shè)備研究室，經(jīng)過多年發(fā)展，目前已成為國(guó)內(nèi)知名的交通行業(yè)設(shè)計(jì)咨詢服務(wù)機(jī)構(gòu)。承擔(dān)了港珠澳大橋、虎門二橋、深圳-中山跨江通道、黃茅?？绾Ｍǖ馈V深改擴(kuò)建項(xiàng)目、北京-雄安新區(qū)高速路（河北段）等國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。

北京交科注冊(cè)資本5008萬元，是科技部評(píng)定的國(guó)家火炬計(jì)劃重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)。2010年順利通過“質(zhì)量、環(huán)境和職業(yè)健康安全”三標(biāo)一體化管理體系認(rèn)證，擁有住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒發(fā)的工程勘察綜合類甲級(jí)資質(zhì)；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部頒發(fā)的公路行業(yè)甲級(jí)、電子通信廣電行業(yè)（電子系統(tǒng)工程）專業(yè)甲級(jí)、建筑行業(yè)（建筑工程）工程設(shè)計(jì)甲級(jí)資質(zhì)；中國(guó)工程咨詢協(xié)會(huì)頒發(fā)的工程咨詢單位甲級(jí)資信；國(guó)土資源部頒發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害防治甲級(jí)資質(zhì)；商務(wù)部批準(zhǔn)頒發(fā)的對(duì)外承包工程資質(zhì)；北京市規(guī)劃和國(guó)土資源管理委員會(huì)頒發(fā)的市政行業(yè)（道路工程、橋梁工程）專業(yè)乙級(jí)和風(fēng)景園林工程設(shè)計(jì)專項(xiàng)乙級(jí)資質(zhì)。北京交科于2009年10月和2016年4月被列入承擔(dān)國(guó)家發(fā)展改革委委托投資咨詢?cè)u(píng)估任務(wù)的咨詢機(jī)構(gòu)名單和交通運(yùn)輸部建設(shè)項(xiàng)目委托技術(shù)咨詢機(jī)構(gòu)名單。

此外，北京交科還先后主持或參與編制公路工程標(biāo)準(zhǔn)80余部，代交通運(yùn)輸部、國(guó)家和地方各級(jí)發(fā)改委審查重點(diǎn)公路工程建設(shè)項(xiàng)目近百項(xiàng)，咨詢項(xiàng)目150余項(xiàng)，設(shè)計(jì)高速公路約2000公里；承擔(dān)了約占全國(guó)特長(zhǎng)公路隧道數(shù)量10%的機(jī)電工程設(shè)計(jì)、咨詢和科研工作，在中國(guó)交通發(fā)展史上創(chuàng)造了輝煌的業(yè)績(jī)。

北京交科先后榮獲全國(guó)“五一勞動(dòng)獎(jiǎng)狀”1項(xiàng)，行業(yè)內(nèi)科技進(jìn)步類獎(jiǎng)22項(xiàng)，優(yōu)秀咨詢類獎(jiǎng)46項(xiàng)，優(yōu)秀設(shè)計(jì)類獎(jiǎng)49項(xiàng)，擁有實(shí)用新型和發(fā)明專利36項(xiàng)、軟件著作22項(xiàng)。并連續(xù)多年在交通運(yùn)輸部公路設(shè)計(jì)全國(guó)綜合信用評(píng)價(jià)中獲得AA級(jí)；在2018年成功入選交通運(yùn)輸部首個(gè)信用“紅名單”暨公路水運(yùn)工程建設(shè)領(lǐng)域守信典型企業(yè)目錄，且榮獲“全國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)文明單位”榮譽(yù)稱號(hào)。

港珠澳大橋管理局

港珠澳大橋管理局（Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge Authority）是由香港特別行政區(qū)政府、廣東省人民政府和澳門特別行政區(qū)政府共同創(chuàng)辦的事業(yè)單位，主要承擔(dān)港珠澳大橋主體部分的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和管理的組織實(shí)施工作。

經(jīng)過15年的籌備和建設(shè)，港珠澳大橋已于2018年10月建成通車。此前，港珠澳大橋管理局就對(duì)國(guó)內(nèi)外類似項(xiàng)目開展了廣泛的調(diào)研，認(rèn)真分析了項(xiàng)目的營(yíng)運(yùn)特性，探索了大橋營(yíng)運(yùn)管理的模式及理念，并在實(shí)際工作中進(jìn)一步提升和完善。

“為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，運(yùn)營(yíng)世界級(jí)品牌，創(chuàng)造社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值”是港珠澳大橋的營(yíng)運(yùn)管理目標(biāo)。港珠澳大橋管理局傳承和發(fā)揚(yáng)港珠澳大橋的建設(shè)精神，以“領(lǐng)先行業(yè)、健康發(fā)展”為原則，以“依托營(yíng)運(yùn)目標(biāo)和營(yíng)運(yùn)理念，高標(biāo)準(zhǔn)開展?fàn)I運(yùn)工作，成為行業(yè)的領(lǐng)軍者”為工作目標(biāo)，不斷提升運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量。