高速公路機(jī)電工程設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要點(diǎn)分析

文 / 中咨華科交通建設(shè)技術(shù)有限公司 王毅

作為我國基礎(chǔ)工程建設(shè)的重要組成部分，高速公路不僅對文化交流、經(jīng)濟(jì)發(fā)展起決定性作用，同時(shí)也支撐當(dāng)?shù)孛癖姵鲂械男枨?。要?shí)現(xiàn)高速公路預(yù)期功能，就需要從監(jiān)控、收費(fèi)、供電等子系統(tǒng)進(jìn)行深入優(yōu)化，使其能夠滿足項(xiàng)目實(shí)際需求，為項(xiàng)目運(yùn)營提供可靠的支持。本文基于我國高速公路建設(shè)現(xiàn)狀，分別從監(jiān)控系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)四個(gè)層面探究了機(jī)電工程設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，以期能夠?yàn)槲覈A(chǔ)工程建設(shè)提供理論支持。

我國基礎(chǔ)工程建設(shè)的快速發(fā)展，為各領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境，其中機(jī)電系統(tǒng)的建設(shè)往往直接關(guān)切著項(xiàng)目預(yù)期功能及綜合效益。近些年，先進(jìn)節(jié)能技術(shù)在機(jī)電系統(tǒng)中的不斷普及促進(jìn)著機(jī)電設(shè)備向著節(jié)能提效的方向發(fā)展，創(chuàng)造了高效、安全、穩(wěn)定的過程條件。在這樣的背景下，就需要技術(shù)人員能夠充分重視機(jī)電工程的設(shè)計(jì)，能夠密切聯(lián)系實(shí)際條件對設(shè)計(jì)方案做出深度優(yōu)化。

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

監(jiān)控管理體制

監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)主要由各級監(jiān)控中心構(gòu)成，以此形成結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。對于隧道洞口位置一般可額外設(shè)置無人監(jiān)控機(jī)房，強(qiáng)化重點(diǎn)位置的管理。若涉及到特長隧道等跨度較大的路段，還可在其附近布置管理站來保證監(jiān)管效果。

監(jiān)控中心系統(tǒng)構(gòu)成

對于各級監(jiān)控中心而言，其一般通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)及視頻網(wǎng)系統(tǒng)來構(gòu)建。其具體可按以下進(jìn)行布置：監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)應(yīng)當(dāng)設(shè)置專門服務(wù)器、監(jiān)控工作站、通信中轉(zhuǎn)站以及視頻管理站等。對于路段內(nèi)存在隧道的，一般還需要在此基礎(chǔ)上另外設(shè)置隧道監(jiān)控站、火災(zāi)預(yù)警站、緊急通信站等。視頻網(wǎng)系統(tǒng)則主要包括了控制切換及視頻存儲兩個(gè)部分。對于各個(gè)功能站點(diǎn)應(yīng)配置獨(dú)立服務(wù)器，保障工作的順利開展。監(jiān)控軟件的選擇應(yīng)當(dāng)滿足國家現(xiàn)行規(guī)范及當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)要求，并與工程實(shí)際需求進(jìn)行結(jié)合。監(jiān)控設(shè)備的布置數(shù)量及位置應(yīng)當(dāng)結(jié)合隧道路線及空間來確定，一般應(yīng)當(dāng)保證能夠滿足最長3000m的監(jiān)控視野，且其監(jiān)控設(shè)備的數(shù)量應(yīng)盡可能控制在40臺以下。

外場設(shè)備布設(shè)

外場設(shè)備的布設(shè)根據(jù)功能要求的不同可分為A1類及A2類兩個(gè)等級。A1類的主要要求在于采集信息數(shù)據(jù)、診斷交通狀態(tài)、監(jiān)控車流分布、公路匝道控制、實(shí)時(shí)資訊發(fā)布；而A2類的基本功能則在于采集信息數(shù)據(jù)、診斷交通狀態(tài)、監(jiān)控車流分布、實(shí)時(shí)資訊發(fā)布。外場設(shè)備在布設(shè)時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵照我國現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，以此確定監(jiān)控等級及系統(tǒng)配置情況。

特別地，在布設(shè)外場設(shè)備時(shí)應(yīng)當(dāng)特別注重以下幾點(diǎn)：1.對重難點(diǎn)路段予以足夠重視，尤其是特長隧道、大跨度橋梁、服務(wù)區(qū)、互通立交等位置應(yīng)當(dāng)采取針對性措施來進(jìn)行加強(qiáng)。2.布置外場設(shè)備時(shí)應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)好其與其他構(gòu)筑物之間的關(guān)系，盡可能避免出現(xiàn)高填現(xiàn)象。3.平衡好外場設(shè)備、主體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上組織好橋隧工程中管道、預(yù)埋件的布置。4.結(jié)合當(dāng)?shù)亟还懿块T的觀測數(shù)據(jù)來完善布局規(guī)劃，特別應(yīng)當(dāng)注重交調(diào)站的布置。

外場設(shè)備的供電方式

在目前實(shí)際工程建設(shè)中，外場設(shè)備的布置大多位于收費(fèi)站、橋隧工程等位置附近，應(yīng)當(dāng)保證其與供電源之間的距離小于2.5km，且秉承就近原則取電用電。外場設(shè)備的供電一般可采取220V/380V的電壓。但在實(shí)際工程中由于外場設(shè)備布置密度的不同，許多設(shè)備的間距往往較大，這就導(dǎo)致設(shè)備實(shí)際的電壓大于設(shè)計(jì)值，尤其是對可變情報(bào)板德國功率較大的設(shè)備而言這一現(xiàn)象往往更為突出，在這樣的情況下項(xiàng)目能源消耗及運(yùn)營成本將顯著提高。

對于這一問題，我國通常采用太陽能、風(fēng)力發(fā)電的方法來進(jìn)行彌補(bǔ)，同時(shí)這也需要技術(shù)人員能夠優(yōu)化設(shè)備布置，基于實(shí)際條件選擇合適的供電方式。

收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

收費(fèi)管理模式

我國高速公路收費(fèi)系統(tǒng)當(dāng)前大多采用收費(fèi)結(jié)算中心—地區(qū)收費(fèi)分中心—路段收費(fèi)分中心—收費(fèi)站的結(jié)構(gòu)。

在收費(fèi)系統(tǒng)的管理上，主要有以下三種:1.分散管理。在這一管理模式下收費(fèi)系統(tǒng)的工作主要由收費(fèi)站承擔(dān)，而各級中心僅作為輔助及監(jiān)管單位，對收費(fèi)站的工作進(jìn)行監(jiān)督與指導(dǎo)。2.集中管理。集中管理即是將各項(xiàng)工作收歸分中心統(tǒng)一管理。3.局部集中管理。這是一類介于分散管理與集中管理之間的管理模式，將管理區(qū)間內(nèi)分布較為集中的收費(fèi)站集中起來由相近分中心管理，且分中心、收費(fèi)站間僅對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸交流。

收費(fèi)車道工作方式

1.入口車道。目前我國在入口車道設(shè)置的形式上主要可分為人工發(fā)卡、無人值守全自動發(fā)卡及電子不停車(ETC)三類。其中人工發(fā)卡作為傳統(tǒng)收費(fèi)形式的重要內(nèi)容，經(jīng)過長期的發(fā)展已經(jīng)形成了較為完備的體系與流程，具有良好的可靠性，能夠應(yīng)對復(fù)雜化、多樣化的收費(fèi)需求，但其對人力、物力的需求較大，運(yùn)營成本較高；不同于人工發(fā)卡，無人值守全自動發(fā)卡具有一定的智能化能力，可以顯著提升車道的通行能力，并且降低IC卡損壞、遺失的風(fēng)險(xiǎn)，提升運(yùn)營效益。但該種收費(fèi)方式對于設(shè)備的要求較高，同時(shí)在車型判定上存在的一定的不足，可能導(dǎo)致作弊問題；ETC是目前我國高速公路收費(fèi)中常見的一類方式，其能夠做到無需停車即收費(fèi)，可以大大降低資源消耗、車輛磨損，同時(shí)提升高速公路的運(yùn)載能力，綜合改善項(xiàng)目整體服務(wù)質(zhì)量。所以，在目前我國高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中，大多選用“人工發(fā)卡+無人值守全自動發(fā)卡+ETC”的收費(fèi)車道。

2.出口車道。我國目前在出口車道的管理上，對貨車、客車采取不同的標(biāo)準(zhǔn)，其中前者主要以重量作為計(jì)費(fèi)依據(jù)，后者則按照車型、里程確定收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。

3.ETC車道。隨著智能化技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，ETC車道逐漸成為了我國高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的重要組成部分，并逐步形成了跨省市區(qū)聯(lián)網(wǎng)的ETC網(wǎng)絡(luò)，顯著提升了高速公路運(yùn)營的綜合水平。

基于我國ETC車道建設(shè)已有的經(jīng)驗(yàn)，對于縣級及以上公路匝道可按照一入一出的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置ETC車道。同時(shí)對于縣級以下、交通流量較大的公路匝道，可根據(jù)實(shí)際需求適當(dāng)增設(shè)ETC車道。此外，在交通流量較小且車道小于二入三出設(shè)置的路段，可適當(dāng)留出ETC車道的空間，為后續(xù)升級改造提供足夠的面積。

聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)路徑識別的問題

在高速公路收費(fèi)系統(tǒng)智能化的過程中，路徑識別成為了一項(xiàng)重要的話題，也是制約收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素，目前我國在路徑識別方面主要采用以下方法：1.概率識別。這一類方法主要有最短路徑法、協(xié)商發(fā)法及調(diào)查法等。2.精確識別。這一類方法主要有車牌識別法、射頻識別法(RFID)等。在具體工程中，大多需要組合采用多種方法，來達(dá)到精準(zhǔn)化、合理化的目的。

路徑識別大多基于工程所在地交管部門的要求來統(tǒng)一確定，如需提升路徑識別的精度可在路段附近適當(dāng)增設(shè)涉筆，所以在新建項(xiàng)目中應(yīng)當(dāng)基于實(shí)際需求適當(dāng)增加工程成本。

通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

管理體制

通信系統(tǒng)的管理一般遵循：各級通信中心—通信站的結(jié)構(gòu)。

組網(wǎng)方案

通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建主要有干線傳輸網(wǎng)和接入網(wǎng)兩部分。其中，干線傳輸網(wǎng)的搭建應(yīng)密切聯(lián)系當(dāng)?shù)赝ㄐ乓?guī)劃及技術(shù)條件來確定。我國高速公路的通信系統(tǒng)中接入網(wǎng)大多選用基于SDH的綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)技術(shù)。

與全省高速公路通信系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)

各路段的通信系統(tǒng)作為地區(qū)路網(wǎng)通信的組成部分，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到路網(wǎng)整體的規(guī)劃需求，能夠形成準(zhǔn)確、客觀的認(rèn)識，明確各路段通信系統(tǒng)的主要意義，基于此來配置傳輸系統(tǒng)。

此外，在對高速公路通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)可對附近其他項(xiàng)目的建設(shè)情況進(jìn)行調(diào)研，確保在道路交接位置能夠做到通信網(wǎng)絡(luò)的有效聯(lián)通，并應(yīng)預(yù)留足夠的空間為未來長遠(yuǎn)規(guī)劃奠定基礎(chǔ)。

供電照明的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

供電方式

目前我國供電照明系統(tǒng)的供電模式主要可分為以下兩類：1.中壓供電模式?；陧?xiàng)目沿線橋隧分布情況將高速公路劃分為若干個(gè)供電區(qū)段。基于各區(qū)段內(nèi)的用電需求，引入若干路10kV外線來供給該區(qū)段內(nèi)的用電需求，在進(jìn)行中壓配電后可再次分出若干個(gè)出線回路。2.單點(diǎn)供電模式。這一供電模式也即就近供電，在提供一路10kV外線的基礎(chǔ)上，基于該路段的用電需求配置發(fā)電機(jī)組來作為備用電源供給系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

在設(shè)計(jì)方案匯總，對于不同的供電強(qiáng)度及供電區(qū)段，可選擇不同的供電方式，其可遵照以下原則進(jìn)行確定：在設(shè)計(jì)開始前對建設(shè)沿線的電網(wǎng)分布進(jìn)行調(diào)研，了解各個(gè)點(diǎn)位的負(fù)荷程度，同時(shí)基于項(xiàng)目用電需求與當(dāng)?shù)毓╇妴挝贿M(jìn)行協(xié)調(diào)，確定供電來源、容量等，初步優(yōu)化用電點(diǎn)之間的空間分布；對于電網(wǎng)分布較密集的地區(qū)，可采取就近取點(diǎn)的原則；而對電網(wǎng)分布較稀疏的地區(qū)，可建立起中壓網(wǎng)來滿足當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷；對于位置較為獨(dú)立的房建區(qū)域，可以選用電網(wǎng)單點(diǎn)就近供電模式。

結(jié)語

總體來看，機(jī)電系統(tǒng)的建設(shè)承擔(dān)著高速公路功能性，且其各項(xiàng)內(nèi)容較為復(fù)雜，需要技術(shù)人員做好內(nèi)外設(shè)備并優(yōu)化接口，積極與當(dāng)?shù)刂鞴懿块T進(jìn)行協(xié)調(diào)溝通，確保設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、合理性為民眾提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。