高速公路隧道機電設(shè)施檢測技術(shù)的應(yīng)用分析

作者簡介：

鄧永和（1992—），助理工程師，研究方向：機電、監(jiān)理、施工。

摘要：隧道作為高速公路重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，其機電設(shè)施的安全穩(wěn)定運行對保障道路暢通和行車安全至關(guān)重要。文章通過介紹高速公路隧道照明、通風(fēng)、消防、監(jiān)控和供配電等設(shè)施概況，針對隧道機電設(shè)施存在的不確定性、敏感性和隱蔽性強、維修條件受限等主要故障特征，分析了當(dāng)前存在的檢測技術(shù)滯后、檢測覆蓋范圍不足、檢測結(jié)果處理效率低下和缺乏智能化技術(shù)支持等問題，并提出了引進先進的檢測技術(shù)、拓展檢測覆蓋范圍、建立智能化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和推進智能化檢測等技術(shù)措施，為高速公路隧道建設(shè)、運營和安全管理提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路；隧道機電設(shè)施；檢測技術(shù)

中圖分類號：U453.7文獻標(biāo)識碼：A 46 154 3

0 引言

隧道的機電設(shè)施作為高速公路關(guān)鍵設(shè)施，對確保道路的流暢性和行車的安全性至關(guān)重要［1］。這些機電系統(tǒng)涵蓋了照明、通風(fēng)、消防、監(jiān)控以及電力供應(yīng)等多個關(guān)鍵部分，其可靠運行對隧道的整體安全與運營效率起著決定性作用。然而，隧道機電設(shè)施存在著不確定性、敏感性和隱蔽性強、維修模式受限等主要故障特征，給檢測和維護帶來了挑戰(zhàn)。面對這些挑戰(zhàn)，采用先進的檢測技術(shù)必不可少。

1 高速公路隧道機電設(shè)施概述

高速公路隧道的機電設(shè)施構(gòu)成了其基礎(chǔ)設(shè)施的核心部分，涵蓋了照明、通風(fēng)、消防、監(jiān)控以及電力供應(yīng)等多個子系統(tǒng)［2］。這些系統(tǒng)共同協(xié)作，確保隧道內(nèi)的交通安全、暢通和舒適。

1.1 照明系統(tǒng)

隧道照明系統(tǒng)是隧道機電設(shè)施的一個關(guān)鍵部分，一般由入口照明、過渡照明、常規(guī)照明及出口照明組成。其主要任務(wù)是維持隧道內(nèi)部適宜的光照強度，以適應(yīng)各種天氣狀況和交通流量，確保駕駛員能夠清晰地識別隧道內(nèi)的路況，進而降低事故發(fā)生的風(fēng)險。照明系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和管理需要綜合考慮能效、成本、維護和環(huán)境影響等因素，以確保隧道內(nèi)行車安全的同時，也實現(xiàn)能源的高效利用和環(huán)境保護。

1.2 通風(fēng)系統(tǒng)

高速公路隧道的通風(fēng)系統(tǒng)是確保隧道內(nèi)空氣質(zhì)量、防止煙霧積聚和提供緊急疏散條件的關(guān)鍵機電設(shè)施。通風(fēng)系統(tǒng)的功能是在隧道內(nèi)形成必要的氣流，以排除車輛尾氣、煙霧和可能的有害氣體，同時為隧道內(nèi)提供新鮮空氣，保障行車安全和舒適。根據(jù)隧道的長度，隧道通常配備自然通風(fēng)和機械通風(fēng)兩種類型。自然通風(fēng)依賴于隧道兩端的高差和風(fēng)流的作用，而機械通風(fēng)則通過風(fēng)機強制進行空氣流動。在某些情況下，隧道會采用混合通風(fēng)方式，結(jié)合自然通風(fēng)和機械通風(fēng)的優(yōu)勢。在緊急情況下，如火災(zāi)發(fā)生時，通風(fēng)系統(tǒng)還需能夠迅速切換到緊急模式，以排除煙霧和有害氣體，確保逃生通道的暢通。因此，通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計和控制必須考慮到各種應(yīng)急情況，并能夠快速響應(yīng)。

1.3 消防系統(tǒng)

隧道消防系統(tǒng)是確保高速公路隧道安全不可或缺的部分，該系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)構(gòu)成，涵蓋了火災(zāi)自動檢測與報警、滅火設(shè)施、疏散引導(dǎo)以及防煙和排煙系統(tǒng)等關(guān)鍵組件?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)是消防系統(tǒng)的“眼睛”，其通過煙霧探測器、溫度傳感器等設(shè)備，實時監(jiān)測隧道內(nèi)的火情，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即啟動報警并通知消防部門。滅火系統(tǒng)則是消防系統(tǒng)的“手”，包括自動噴水滅火系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)等，能夠在火災(zāi)初期迅速進行滅火，控制火勢蔓延。疏散指示系統(tǒng)通過安裝疏散標(biāo)志和應(yīng)急照明，為隧道內(nèi)的疏散人員提供清晰的指引，保障在火災(zāi)等緊急事件中人員能夠迅速且安全地撤離。防煙排煙系統(tǒng)則通過排煙風(fēng)機和防煙分區(qū)，有效地排除煙霧，減少煙霧對人員疏散和消防救援的影響。

1.4 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)利用各種傳感器、攝像頭和其他監(jiān)測工具，對隧道的運行狀況進行全方位的監(jiān)控，實時搜集并傳輸數(shù)據(jù)，為隧道的管理維護工作提供關(guān)鍵性的支持。監(jiān)控系統(tǒng)一般涵蓋交通狀況監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控以及設(shè)施設(shè)備監(jiān)控等多個領(lǐng)域。交通監(jiān)控通過攝像頭和其他傳感器，實時監(jiān)測隧道內(nèi)車流量、車速、車輛類型等；環(huán)境監(jiān)控則關(guān)注隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量、光照水平、溫濕度等環(huán)境參數(shù)，確保隧道內(nèi)的環(huán)境舒適和安全；設(shè)備監(jiān)控則對隧道的機電設(shè)施，如照明、通風(fēng)、消防等系統(tǒng)進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)并處理設(shè)備故障，保障設(shè)施正常運行。監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠?qū)崟r收集的數(shù)據(jù)進行深入分析，識別各種異常情況并發(fā)出警報，為隧道管理以及應(yīng)急處理提供決策依據(jù)。此外，監(jiān)控系統(tǒng)需要與其他系統(tǒng)如消防和報警系統(tǒng)協(xié)同工作，共同構(gòu)建一個綜合的安全管理網(wǎng)絡(luò)。

1.5 供配電系統(tǒng)

高速公路隧道的供配電系統(tǒng)為照明、通風(fēng)、消防、監(jiān)控等系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。供配電系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)需要考慮到隧道的特點和需求，確保供電的可靠性、安全性和經(jīng)濟性。供配電系統(tǒng)通常包括外部電源接入、變配電設(shè)備、電力傳輸線路、應(yīng)急電源等部分。外部電源接入負責(zé)將電網(wǎng)的電力引入隧道，通常會有兩路或多路電源接入，以提高供電的可靠性。變配電設(shè)備則負責(zé)將引入的電力進行變壓和分配，以適應(yīng)隧道內(nèi)不同設(shè)備的電力需求。電力傳輸線路則將電力輸送到隧道內(nèi)的各個用電設(shè)備。應(yīng)急電源則包括存儲設(shè)備、UPS不間斷電源、發(fā)電機等，用于在電網(wǎng)故障或其他緊急情況下，為關(guān)鍵設(shè)備提供臨時電力供應(yīng)。

2 機電設(shè)施主要故障特征

2.1 不確定性

機電設(shè)施的主要故障特征之一是不確定性。這種不確定性體現(xiàn)在故障發(fā)生的隨機性和不可預(yù)測性上。機電設(shè)施在運行過程中受到多種復(fù)雜因素的影響，如環(huán)境變化、使用頻率、維護狀況等，這些因素的不確定性導(dǎo)致了故障發(fā)生的不可預(yù)測性。因此，對于機電設(shè)施的管理與維護來說，面臨著較大的挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這種不確定性，需要制定完善的預(yù)防措施和應(yīng)急預(yù)案，定期進行巡檢和維護，以及及時進行故障排查和處理，以保障機電設(shè)施的安全和穩(wěn)定運行。

2.2 敏感性和隱蔽性

高速公路隧道機電設(shè)施的敏感性和隱蔽性意味著某些故障可能不易被及時發(fā)現(xiàn)［3］。由于隧道環(huán)境的特殊性，一些設(shè)備如通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機、照明系統(tǒng)的燈具等安裝在較高的位置，使得故障跡象不易被察覺。一些故障如電線短路、絕緣老化等可能在初期沒有明顯的表現(xiàn)，但長期存在可能會引發(fā)更大的安全隱患。因此，對隧道機電設(shè)施的定期檢查和維護至關(guān)重要，通過使用專業(yè)的檢測設(shè)備和儀器，可以及早發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患，避免故障的進一步擴大。

2.3 維修條件受限

由于隧道內(nèi)空間有限，大型維修設(shè)備難以進入，給維修工作帶來不便［4］。隧道內(nèi)車流量大，機電設(shè)施維修應(yīng)在確保安全的前提下進行，這限制了維修的時間和方式。由于隧道機電設(shè)施的復(fù)雜性，維修工作通常需要專業(yè)技術(shù)人員進行，這要求運維團隊必須具備一定的技術(shù)水平。隧道機電設(shè)施的維修工作需要綜合考慮多種因素，采取合理的維修策略和措施，確保維修工作安全順利進行。

3 當(dāng)前高速公路隧道機電設(shè)施檢測存在的問題

3.1 傳統(tǒng)檢測技術(shù)滯后

傳統(tǒng)檢測技術(shù)主要依賴于人工操作，這無疑降低了檢測的效率和準確性。隧道機電設(shè)施龐大而復(fù)雜，人工檢測難以全面覆蓋，容易出現(xiàn)漏檢或誤檢的情況。此外，人工檢測還受到操作人員技能和經(jīng)驗的影響，導(dǎo)致檢測結(jié)果的一致性和可靠性難以得到保證。傳統(tǒng)檢測技術(shù)往往采用單一的檢測方法，無法滿足機電設(shè)施多樣化的檢測需求。機電設(shè)施功能日益增多，而傳統(tǒng)檢測技術(shù)往往只能檢測一些基礎(chǔ)的參數(shù)，對于一些特殊設(shè)施或復(fù)雜系統(tǒng)的檢測則顯得無能為力。這導(dǎo)致了檢測的不全面性，無法真實反映設(shè)施的實際運行狀態(tài)。傳統(tǒng)檢測技術(shù)更新迭代的速度相對緩慢，難以與高速公路隧道機電設(shè)施的快速進展相匹配。技術(shù)持續(xù)升級，新設(shè)備和系統(tǒng)層出不窮，而傳統(tǒng)的檢測手段往往落后于這些發(fā)展，這種滯后的檢測技術(shù)無法滿足當(dāng)前設(shè)施檢驗的迫切需求。

3.2 檢測覆蓋范圍不足

多年來，隧道機電設(shè)施檢測覆蓋范圍不足的問題一直困擾著相關(guān)技術(shù)人員和研究者。由于機電設(shè)施繁多，包括照明、通風(fēng)、消防、監(jiān)控等系統(tǒng)，每個系統(tǒng)都包含了大量的設(shè)備，這就要求檢測技術(shù)能夠全面覆蓋所有設(shè)備，以確保隧道運行的安全性和可靠性。在實際的檢測工作中，由于種種原因，檢測覆蓋范圍往往難以達到理想狀態(tài)。由于隧道空間的限制，一些設(shè)備的位置較為隱蔽，檢測人員難以到達，這就導(dǎo)致了對這些設(shè)備的檢測難以進行。由于檢測設(shè)備的限制，一些設(shè)備的檢測需要特殊的檢測儀器，而這些儀器往往價格昂貴，不是所有單位都能配備齊全，這就限制了檢測的范圍。

3.3 檢測結(jié)果處理效率低下

當(dāng)前，隨著高速公路網(wǎng)絡(luò)的不斷擴展和隧道數(shù)量的增多，機電設(shè)施的維護和檢測工作量也在相應(yīng)增加，這使得檢測結(jié)果的處理顯得尤為重要。然而，在實際操作中，這一環(huán)節(jié)往往存在著諸多問題。傳統(tǒng)的檢測技術(shù)往往依賴人工進行數(shù)據(jù)采集和分析，不僅耗時耗力，而且受限于檢測人員的經(jīng)驗、責(zé)任心和技能水平，容易因為人為因素導(dǎo)致誤差。另外，機電設(shè)施繁多，檢測項目復(fù)雜，傳統(tǒng)的檢測技術(shù)往往只能針對某一特定方面進行檢測，而無法提供全面系統(tǒng)的評估。這就導(dǎo)致在檢測結(jié)果的處理過程中，需要耗費大量的時間對各個部分的結(jié)果進行匯總和整合，進一步降低了處理效率。當(dāng)前的檢測結(jié)果處理工作大多依賴于紙質(zhì)記錄和人工整理，這種處理方式在數(shù)據(jù)量和復(fù)雜度增加時，容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失、重復(fù)或錯誤。當(dāng)需要對歷史數(shù)據(jù)進行查詢和分析時，人工整理的方式不僅效率低下，而且準確性和可靠性也難以保證。

3.4 缺乏智能化技術(shù)支持

對隧道內(nèi)的監(jiān)控設(shè)備，如攝像機和傳感器等，實施自動化部署和數(shù)據(jù)自動收集，能顯著降低對人工干預(yù)的依賴，從而提升檢測精準度和工作效率。然而，目前這些設(shè)備的自動化水平還相對較低，很多檢測工作仍然需要人工進行，大多數(shù)檢測系統(tǒng)還不能實現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的實時分析和處理，無法快速響應(yīng)檢測結(jié)果，特別是在緊急情況下，缺乏及時準確的數(shù)據(jù)支持，可能會導(dǎo)致決策的延誤。智能化技術(shù)系統(tǒng)還不太普及，大多數(shù)檢測工作仍然屬于反應(yīng)性維護，即只有在設(shè)施出現(xiàn)問題時才會進行檢測和維護，這種方式不僅效率低，成本也高。

4 高速公路隧道機電設(shè)施檢測技術(shù)優(yōu)化策略

4.1 引入先進的檢測技術(shù)

先進的檢測技術(shù)能夠有助于提升準確度和作業(yè)效率。例如，利用無人機進行隧道巡檢，可以避免人工進入高空或狹窄空間，提高檢測的安全性和便捷性；利用紅外熱像儀檢測隧道內(nèi)的溫度分布，可以有效識別潛在的熱點問題，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)施的故障隱患。采用這些前沿技術(shù)不僅加快了檢測進程，而且增強了檢測的精準度，同時降低了人為因素引起的誤差。通過安裝傳感器和監(jiān)控設(shè)備，可以實時收集和傳輸機電設(shè)施的運行數(shù)據(jù)，使得檢測工作不再受限于時間和空間。通過遠程診斷系統(tǒng)，專家可以在任何地點對設(shè)施的運行狀態(tài)進行實時分析，及時發(fā)現(xiàn)問題并給出解決方案。這種實時監(jiān)測和遠程診斷的能力，大大提高了檢測的效率和響應(yīng)速度。例如，三維掃描技術(shù)和激光雷達，能夠捕捉全面的三維數(shù)據(jù)，從而精確地測定和評價設(shè)施的尺寸和狀況。這種全面性和深度性的檢測能力，對于確保隧道機電設(shè)施的安全運行至關(guān)重要。通過使用高精度的檢測設(shè)備和儀器，可以得到更加準確和可靠的數(shù)據(jù)，為決策提供更有力的支持。同時，這些先進的檢測技術(shù)也更容易得到認可和信任，有助于提升檢測結(jié)果的可信度。

4.2 拓展檢測覆蓋范圍

目前，由于檢測范圍的限制，一些關(guān)鍵部位可能被忽視，從而導(dǎo)致潛在的安全隱患。通過拓展檢測范圍，可以確保包括照明、通風(fēng)、緊急通信、交通監(jiān)控等所有關(guān)鍵設(shè)施都能得到全面檢測，從而確保隧道的安全運行。通過增加檢測點和提高檢測頻率，可以更全面地了解設(shè)施的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，從而避免設(shè)施的故障和事故的發(fā)生。例如，對隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量進行實時檢測，可以及時發(fā)現(xiàn)有害氣體的泄漏，采取措施保障隧道內(nèi)空氣質(zhì)量符合標(biāo)準。在關(guān)鍵部位安裝檢測設(shè)備，可以實現(xiàn)對設(shè)施運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題并發(fā)出預(yù)警，從而采取措施防止問題的擴大。例如，對隧道內(nèi)的結(jié)構(gòu)健康進行監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷和變形，預(yù)警潛在的安全風(fēng)險。通過全面的檢測，可以得到更加準確的數(shù)據(jù)，為決策提供更有力的支持。

4.3 建立智能化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

傳統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)處理往往依賴人工進行，不僅耗時耗力，而且容易因為人為因素導(dǎo)致誤差。通過建立智能化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的自動采集、分析和處理，大大提高數(shù)據(jù)處理的速度和準確性。利用智能化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的即時監(jiān)督與分析。通過整合檢測設(shè)備和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r跟蹤機電設(shè)施的運行狀況，迅速識別任何異常，并據(jù)此采取措施以避免問題進一步惡化。例如，對隧道內(nèi)的溫度、濕度、光照等參數(shù)進行實時檢測，并通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行實時分析，可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全風(fēng)險。

建立預(yù)警模型，可以根據(jù)檢測數(shù)據(jù)對設(shè)施的運行狀態(tài)進行預(yù)測，及時發(fā)出預(yù)警，從而采取措施防止問題的發(fā)生。通過對隧道內(nèi)的交通流量、車速等數(shù)據(jù)進行處理和分析，可以預(yù)測隧道內(nèi)的擁堵情況，提前采取措施進行交通疏導(dǎo)。智能化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)有助于實現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的深度挖掘和分析，通過對大量歷史檢測數(shù)據(jù)的深度挖掘，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)施運行的規(guī)律和趨勢，為設(shè)施的運營維護提供有力的數(shù)據(jù)支持。對隧道內(nèi)的照明、通風(fēng)、緊急通信等設(shè)施的歷史運行數(shù)據(jù)進行深度分析，可以優(yōu)化設(shè)施的運行參數(shù)，提高設(shè)施的運行效率。

4.4 大力推廣智能化監(jiān)測技術(shù)

隨著科技的進步，智能化維護技術(shù)逐漸成為行業(yè)發(fā)展的新趨勢［5］。通過引入智能化監(jiān)測設(shè)備，可以實現(xiàn)對設(shè)施的實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)施的異常情況。這些設(shè)備包括高清攝像頭、傳感器、無人機和智能機器人等，特別是基于視覺測量的巡檢機器人，其高度智能化的巡檢系統(tǒng)以及軟件系統(tǒng)，可以實時收集隧道內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)和設(shè)施運行狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)發(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進行實時動態(tài)分析，一旦識別設(shè)施異常，立即警報并通知維護人員進行處理。利用數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計分析、人工智能，可以實現(xiàn)對隧道機電設(shè)施的預(yù)測性維護。通過分析歷史運行數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)施的故障規(guī)律和潛在風(fēng)險，提前預(yù)測設(shè)施故障，做好預(yù)防性維修、維護。這樣可以大大減少設(shè)施的停機時間，提高設(shè)施的運行效率。

5 結(jié)語

隧道機電設(shè)施的安全和穩(wěn)定運行對于高速公路交通的安全和暢通至關(guān)重要。本文總結(jié)了隧道機電設(shè)施存在的不確定性、敏感性和隱蔽性強、維修模式受限等主要故障特征，指出了當(dāng)前檢測存在的普遍性問題，針對特征和問題提出了引入先進的檢測技術(shù)、拓展檢測覆蓋范圍、建立智能化的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和推進智能化維護技術(shù)等措施，為提升隧道機電設(shè)施的安全性和效率性，進一步促進我國高速公路隧道高質(zhì)量建設(shè)和運營提供技術(shù)支持和管理建議。

參考文獻

［1］邱 進.高速公路隧道機電設(shè)施檢測技術(shù)要點與控制措施［J］.中國高新科技，2021（24）：78-79.

［2］朱修權(quán).高速公路隧道機電設(shè)施檢測技術(shù)要點［J］.交通世界，2021（7）：139-140.

［3］樊中武.高速公路隧道機電設(shè)施養(yǎng)護檢測技術(shù)［J］.交通世界，2021（23）：177-178.

［4］楊東升.高速公路隧道機電設(shè)施檢測技術(shù)要點與控制措施［J］.中國科技期刊數(shù)據(jù)庫工業(yè)A，2022（1）：38-41.

［5］陳燕成.高速公路隧道機電工程關(guān)鍵設(shè)施檢測技術(shù)［J］.電力設(shè)備管理，2023（11）：156-158.