城市地下道路提質升級探討

吳良駿

（上海城建城市運營集團有限公司，上海市 200023）

0 引言

城市地下道路作為解決城市交通擁堵的重要手段，越來越多的城市開始建設和使用地下通道來緩解城市道路壓力。城市地下道路是對既有中心城市交通網的補充和完善，在一定程度上改善區(qū)域交通網、保護城市生態(tài)環(huán)境[1]。

隨著隧道建設技術的不斷成熟，越來越多城市地下道路投入使用，由于我國不同地區(qū)經濟發(fā)展水平、道路交通環(huán)境、隧道建設條件和建設年代差異，為保障現役城市地下道路運營安全，提高地下道路養(yǎng)護管理水平和運營安全，交通運輸部提出有關公路隧道管理與養(yǎng)護的通知與行業(yè)標準規(guī)范，主要從三個方面進行城市地下道路提質升級，一是補齊隧道交通工程與附屬設施短板，保障車輛通行隧道安全；二是推進城市地下道路土建結構改造，保障隧道主體結構安全；三是強化隧道交（竣）工驗收[2]。

針對城市地下道路提升特點和技術的研究主要集中在隧道安全設施、消防照明設施、土建病害和智能化管養(yǎng)平臺等方面。涂耘[3]等詳盡闡述公路隧道提質升級的總體思路和技術要點，指出公路隧道提質升級應重點關注隧道洞口、洞身和路面，與發(fā)達國家相比，隧道照明、通風、交通安全設施及智能化管養(yǎng)平臺是急需補齊的短板。武瑞兵[4]以隧道機電設施在日常養(yǎng)護維修中的問題為基礎，提出了隧道智能監(jiān)控管理信息化設計思路，解決了原各個子系統(tǒng)運行相互獨立、統(tǒng)計繁瑣和操作分散的問題，實現了隧道設備控制、交通監(jiān)控、智慧維護和應急一體化運行。

本文以“城市地下道路提質升級”為背景，從交通安全、結構病害和智慧管理水平三方面問題入手，提出城市地下道路提質升級思路和技術方案。

1 現狀問題分析

1.1 交通安全問題

（1）部分節(jié)點交通擁堵嚴重

城市地下道路作為城市道路運輸網的重要組成部分，其承接大量過境交通量，交通壓力一般較大，容易發(fā)生交通擁堵。特別是某些節(jié)點處交通擁堵比較嚴重，主要體現在：a.在高峰時間段，城市地下道路出口路段較為擁堵，通行能力較差。b.城市地下道路通行能力存在瓶頸，出現交通事故后，難以疏導。c.通行能力不足，入口交通組織不善，車輛匯入段擁堵，部分路段出口匝道同隧道主線之間的過渡段和加減速車道長度不足。d.出現潮汐式擁堵現象，節(jié)假日擁堵明顯。

（2）安全設施設置不完善

城市地下道路相關交通標志標線在交通標注設計方面存在隨意性大、形式多樣、缺乏統(tǒng)一、質量難以把控、可識別性不強、安全隱患大等問題。并且隨著使用該過程中耗損，標志標線等難以保證在車輛正常行駛條件下清晰可見，存在標志標線缺損、不連續(xù)、積灰等問題。

（3）隧道洞口的黑洞效應

隧道洞口的黑洞效應嚴重影響行車安全。隧道入口處，照明亮度過低，沒有足夠的反應時間，使駕駛員在室外亮度下接近隧道時看到的隧道猶如“黑洞”[5]。生理上，駕駛員瞳孔迅速擴大，難以準確在視網膜上聚焦，容易產生“兩眼一抹黑”的瞬時盲期，誘發(fā)交通事故

以上海外灘隧道為例，圖1為上海外灘隧道東門路入口，可以看到，外灘隧道東門路入口存在照明亮度過低問題，容易誘發(fā)交通事故。圖2表明，外灘隧道東門路入口進入隧道后，亮度大幅度衰減，亮度值為40 cd/m2，具有明顯黑洞效應，嚴重影響行車安全[6]。

圖1 黑洞效應（以外灘隧道為例，東門路入口）

圖2 亮度值（外灘隧道東門路入口）

1.2 結構病害問題

隨著城市地下道路運行時間的增加，隧道結構病害逐漸顯現，主要包括裂縫、滲漏水、路面隆起、剝落剝離和襯砌變形等常見病害。如圖3所示，為隧道裂縫病害，包含縱向裂縫、斜向裂縫和環(huán)向裂縫；圖4為隧道滲水病害，包含點滲漏、線滲漏和面滲漏。隧道結構化病害直接影響機動車行駛舒適性與安全性[7]。

動，比如從10 Hz開始，然后跳到15 Hz、20 Hz、25 Hz、30 Hz……等直到額定頻率然后穩(wěn)定工作。然而研究發(fā)現，變頻電動機從低頻逐步啟動時，轉速從0增加至工作轉速，而后每升高一個頻段所出現的剛性動載荷都小于第一頻段的動載荷[2]。即若求機構的最大振動動載荷，求首頻段最大動載荷就是該機構的最大動載荷。

圖3 裂縫病害

圖4 滲水病害

1.3 智慧化管控水平不足

目前，我國城市地下道路智能化水平相對較低。近幾年，一些部門開展了一系列智能化綜合監(jiān)控措施，但城市地下道路智慧化水平仍有待提升，具體體現在運維養(yǎng)護效率不高、交通管控與服務水平不足[8]。通過調研，目前地下道路智慧化存在以下問題：

（1）“監(jiān)多控少”、數據不共享、信息不對稱、管控不及時等問題；設備設施更多依靠人工檢查，無法提前預防養(yǎng)護。

（2）智能化檢測手段有限，一旦發(fā)生問題，維修比較難，如結構滲水，無法準確識別位置等。

2 提升建議措施

2.1 交通安全與照明設施完善

針對城市地下道路標志標線缺失、樣式不統(tǒng)一、版面不規(guī)范等問題，建議完善各類交通標志、標線，保證各交通標志、標線應清晰可見，線型誘導連續(xù)，無缺損、遮擋，隧道洞口段采用減速標線或彩色路面，完善入口護欄漸變過渡，加強隧道緊急停車帶迎車面端頭的防護，明晰隧道輪廓[9]。

建議完善照明設施，主要消除隧道洞口的“黑洞效應”，并控制照明設施能耗。提質升級技術要點如下：

（1）洞口減光處理，增強洞口安全警示措施，減少“黑洞效應”。

（2）優(yōu)化照明燈具布置方式，采用高性能發(fā)光反光易潔涂料提高反射率。

（3）在滿足規(guī)范要求下，合理使用現有照明設備，盡量節(jié)省改造資金、縮短施工周期。

2.2 交通運行管控提升

為提升城市地下道路智慧化管理水平，建議構建智慧化交通分析與管控平臺，平臺應依托傳感器數據，采用事件監(jiān)測算法，實現交通運行狀態(tài)感知、事件監(jiān)測、運行態(tài)勢分析及運行狀態(tài)預警[10]。主要功能應滿足以下方面：

（1）隧道交通運行狀態(tài)全息感知

交通流流量速度等采集，交通事件的識別，以及實現個體車輛行駛狀態(tài)感知，最后達到交通流運行狀態(tài)綜合感知.見圖5。

圖5 交通運行狀態(tài)全息感知

（2）隧道交通運行態(tài)勢分析

主要包含隧道重點路段運行風險研判和多維全時隧道交通運行狀態(tài)評估[11]?；诟兄乃淼栏鞣侄诬囕v數據，構建交通運行狀態(tài)識別算法，實現重點路段風險感知與多維全時運行狀態(tài)監(jiān)控。

（3）基于實時交通態(tài)勢的隧道運行狀態(tài)預警與管控。

構建交通運行風險的智能預警管控方案庫，基于實時交通運行狀態(tài)對重點路段、匝道、車道精準管控。

2.3 智慧防災與預控

城市地下道路防災智慧監(jiān)測預控應根據風險識別和風險源進行分級情況判定，制定針對性的防災和監(jiān)測技術方案[12]。建議構建城市地下道路防災智慧監(jiān)測預控系統(tǒng)，系統(tǒng)應包含以下方面：水災智慧監(jiān)測與防控；火災智慧監(jiān)測，提升火災識別率、減少誤報，早期火災識別和提升火災的空間定位準確性；火災智慧預警與管控；智能防控決策和動態(tài)救援疏散救援；消防性能實時評估系統(tǒng)。

首先應具備實施探測隧道火災狀況功能，能夠對現場數據進行采集，采用火焰識別算法對采集數據進行分析[13]，并連接有消防部門的報警主機。其次，系統(tǒng)應能實現隧道內災情智能預測，通過以往隧道災情大數據分析，實時分析現場各溫濕度傳感器采集數據、共享并挖掘交通事件檢測數據，比對、研習、預測隧道內火災發(fā)生概率，一旦超出預設概率閾值，觸發(fā)預報警。然后，系統(tǒng)應具備智能疏散引導功能，通過分析隧道線路走向以及匝道口、疏散口位置，針對不同火災發(fā)生點生成相應的事故疏散撤離方案。最后，系統(tǒng)應具備輔助決策支持，三維場景重構、仿真模擬，在線推演功能，可實現基于三維環(huán)境場信息采集、重構、動態(tài)反饋、火災蔓延態(tài)勢預測的智慧疏散救援決策，并在線模擬評估救援手段效率，提出優(yōu)化方案。

2.4 智慧管養(yǎng)

2.4.1 結構監(jiān)測預警

建議構建隧道結構監(jiān)測系統(tǒng)，通過實時的、精確的隧道結構工作狀態(tài)數據監(jiān)測、分析與處理，提供實時的數據支持，實時掌握結構運行狀態(tài)，以便及時發(fā)現問題并且采取措施，提高結構的養(yǎng)護科學決策水平。檢測對象及內容見表1。

表1 監(jiān)測對象及內容

通過位移計、激光測距儀、錨桿測力計、精力水準儀等多個自動采集儀采集隧道數據，監(jiān)測圍巖及支護結構、隧道拱頂和地表、附近建筑物、孔隙水壓力和土壓力等。并將數據傳輸至數據處理中心，進行綜合分析，判定隧道自身穩(wěn)定性，有預見性的防止事故發(fā)生，保證施工和運營安全?？傮w架構見圖6。

圖6 隧道結構健康監(jiān)測架構圖

2.4.2 養(yǎng)護維修系統(tǒng)

建議建立養(yǎng)護維修系統(tǒng)，實現運維自動化、以實時監(jiān)控信息自動流向監(jiān)管端和養(yǎng)護端，提升管養(yǎng)效率[14]。通過感知檢測系統(tǒng)，與車輛實現雙向信息傳遞，與主機實現信息交互，將所有報警實時推送至現場維護人員，將重大報警事件信息提供至決策管理人員，管理人員通過主機下達決策命令，決策主機傳遞維修工單通知現場維護人員進行維修操作，并進行維修信息編錄，此外維修主機可對車輛傳遞輔助信息服務。

3 結論與討論

作為城市地下道路規(guī)模最大、數量最多的國家，保障城市地下道路運營安全，為社會公眾提供更好的服務十分必要。在現行相關規(guī)范和技術指南下，結合隧道自身問題，開展提質升級行動。本文通過對城市地下道路現狀問題及提升方案分析，得出以下結論：

（1）提質升級是保障城市地下道路行車安全、為出行者提供安全、舒適和便捷出行體驗的重要手段。

（2）城市地下道路提質升級應該根據自身建設條件和交通環(huán)境等差異，因隧制宜，合理利用原有設施，分類施策、分批實施的原則，針對各自問題，采取有針對性的實施建議。

（3）智能化技術在城市地下道路領域不斷深入應用，在隧道交通運行狀態(tài)全息感知、運行態(tài)勢分析、運行狀態(tài)預警管控、防災智慧檢測和智能養(yǎng)護等方面具有較好應用前景。建議城市地下道路可以增設智能化設備，實現隧道智能化管控與管養(yǎng)。

（4）本文為我國城市地下道路提質升級技術方案提供了一定技術參考，對打造安全、智能的城市地下道路提供有力的技術支撐。