□ 徐延軍 王偉利

上海長江隧橋 （崇明越江通道）工程位于上海東北部長江口，是中國最大的越江通道，也是目前世界最大的橋隧結(jié)合工程，全長25.5 km。

長江隧道自浦東五號溝，穿越長江南港至長興島，有上行和下行兩條各長達(dá)8.955 km的隧道組成，上行線江中段約7.47 km，下行線江中段約7.46 km。隧道共分上下3層：頂層為排風(fēng)系統(tǒng)和排煙道；中層為高速公路車道層，每條隧道內(nèi)為單向3車道，道路寬度為12.25 m，設(shè)計行車速度為80 km／h，路面兩邊設(shè)墻式消火栓供水系統(tǒng)、滅火器等滅火設(shè)備；下層為電纜通道、安全通道、江中廢水泵房等，并預(yù)留了軌道交通空間，在中、下層間設(shè)有疏散樓梯。長江大橋跨越長江口的北港，至崇明縣陳家鎮(zhèn)奚家港西，全長16.55k m，其中橋梁長度9.968 km，跨江段長8.5km,主橋面最高處離水面55 m。上海長江大橋按通航與否分為主航道橋、輔航道橋與非航道橋梁3部分，其中主航道橋為雙塔雙索面分離式鋼箱梁斜拉橋。橋面按雙向六車道設(shè)計，設(shè)計時速為100 km／h。非航道橋及輔輔航道橋橋面寬35.3 m，主航道橋面總寬51.5 m。

一、設(shè)計目標(biāo)

面向服務(wù)。一方面通過各種業(yè)務(wù)流程和功能實現(xiàn)來滿足系統(tǒng)的各種需求，另一方面通過完善數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘，向管理者和用戶提供豐富的信息服務(wù)。

功能完善。系統(tǒng)不但能滿足消防系統(tǒng)的各種運(yùn)行、管理等方面的功能需求，還提供對消防系統(tǒng)已采用、擬采用的各種新技術(shù)的支持。

方便使用。軟件設(shè)計體現(xiàn) “以人為本”的設(shè)計理念，對業(yè)務(wù)流程進(jìn)行優(yōu)化；前端業(yè)務(wù)流程簡單、可靠、高效，復(fù)雜業(yè)務(wù)流程在后臺處理；系統(tǒng)維護(hù)高效、低成本；加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

結(jié)構(gòu)科學(xué)。軟件架構(gòu)、業(yè)務(wù)流程的設(shè)計科學(xué)、高效；優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提高數(shù)據(jù)使用效率；提高系統(tǒng)性能；提高系統(tǒng)安全性、可靠性。

擴(kuò)展靈活。在架構(gòu)設(shè)計上，滿足系統(tǒng)使用者不斷增長的需求，并便于新技術(shù)手段的加入；便于系統(tǒng)各種運(yùn)行參數(shù)、數(shù)據(jù)應(yīng)用的靈活擴(kuò)展。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

上海長江隧橋消防系統(tǒng)按上海市高速公路網(wǎng)交通監(jiān)控系統(tǒng)總體規(guī)劃和技術(shù)要求實施，以提高運(yùn)營決策、監(jiān)管、服務(wù)和應(yīng)急保障能力為目標(biāo)，以信息資源的整合與利用為重點，具有大型化、隧橋結(jié)合、集約化、多接口融合的特點，是保證運(yùn)營安全，提高隧橋交通管理和服務(wù)水平的平臺。根據(jù)系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)和需求分析，系統(tǒng)吸取SOA（Service-Oriented Architecture，面向服務(wù)架構(gòu)）軟件設(shè)計思想的精髓，采用開放式的企業(yè)級軟件體系架構(gòu)來構(gòu)建消防系統(tǒng)應(yīng)用軟件，增強(qiáng)軟件對不斷變化需求的適應(yīng)性。

上海長江隧橋消防系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示：

上海長江隧橋消防系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)

上海長江隧橋消防系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如下圖所示：

上海長江隧橋消防系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

三、系統(tǒng)功能

（一）消防報警子系統(tǒng)。對溫度變化曲線圖、車行通道感溫光纖實時信息、安全通道感溫光纖實時信息、電纜通道感溫光纖實時信息、手報按鈕狀態(tài)信息、感溫光纖火災(zāi)報警信息進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)感溫光纖實時溫度值超過報警限速或者手動報警按鈕被按下時，感溫光纖或手動報警按鈕圖標(biāo)會在設(shè)備所屬的主界面的底圖上自動生成，提示用戶注意。報警消除時，圖標(biāo)自動從隧道底圖上清除。

（二）預(yù)案管理子系統(tǒng)。預(yù)案管理子系統(tǒng)借鑒國內(nèi)外同類項目的經(jīng)驗，通過對領(lǐng)域內(nèi)專家水平的知識與經(jīng)驗的匯總，完成應(yīng)急處置的預(yù)案管理、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定功能。通過預(yù)案管理，用戶可以編輯各種預(yù)案的內(nèi)容；在聯(lián)動預(yù)案時，用戶可以跟蹤預(yù)案的執(zhí)行；在預(yù)案結(jié)束后，用戶可以對預(yù)案進(jìn)行評估。

1.預(yù)案編輯。預(yù)案編輯功能可以使監(jiān)控人員根據(jù)運(yùn)行的需求自己添加、編輯合適的預(yù)案，可以最大限度的滿足運(yùn)行管理中對預(yù)案的需求。可編輯的預(yù)案信息包括： （1）基本信息：預(yù)案名稱、預(yù)案說明、預(yù)案類型； （2）觸發(fā)條件：何種情況下啟動預(yù)案； （3）車輛與人員的調(diào)度：預(yù)案需要調(diào)度的車輛與人員信息； （4）外場設(shè)備聯(lián)動：情報板、車道指示器、風(fēng)機(jī)等外場設(shè)備的聯(lián)動； （5）內(nèi)場設(shè)備聯(lián)動：管控中心及浦東管理站的視頻聯(lián)動。

2.預(yù)案跟蹤。在預(yù)案執(zhí)行過程中，用戶可以對預(yù)案執(zhí)行情況進(jìn)行跟蹤，為預(yù)案的評估提供依據(jù)。預(yù)案跟蹤的內(nèi)容包括： （1）設(shè)備動作跟蹤：實時記錄外場設(shè)備的動作時間及動作內(nèi)容； （2）跟蹤車輛、人員的調(diào)度：對預(yù)案調(diào)度的單位、人員、車輛的到場及調(diào)動過程進(jìn)行記錄，可以采用實時記錄及事后補(bǔ)錄入2種方式。

跟蹤車輛、人員調(diào)度

（3）預(yù)案評估。預(yù)案執(zhí)行完畢后，可以分析生成預(yù)案的事件信息及預(yù)案執(zhí)行過程，得出預(yù)案評估報告。評估報告的內(nèi)容包括：特殊事件信息：發(fā)生地點、發(fā)生時間、等級等；業(yè)務(wù)處置流程與系統(tǒng)聯(lián)動流程；聯(lián)動設(shè)備的動作及狀態(tài)信息；聯(lián)動車輛、人員的接警、就位、撤離過程，增援信息等。評估報告分為總體描述和分系統(tǒng)描述，可以根據(jù)關(guān)注的重點選擇總體保存、打印或分系統(tǒng)保存、打印。評估報告是預(yù)案具體內(nèi)容的全面展示，也是預(yù)案執(zhí)行過程及結(jié)果的全面總結(jié)，是評估預(yù)案的合理性及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性的重要資料。

（三）交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)。該系統(tǒng)在接收到消防管理子系統(tǒng)的指令后，根據(jù)預(yù)案通過信息發(fā)布設(shè)備發(fā)布橋隧的交通誘導(dǎo)信息。交通誘導(dǎo)子系統(tǒng)是向橋隧交通參與者發(fā)布及時的交通狀況信息和交通誘導(dǎo)信息，是有效地預(yù)防、緩解，盡快消除橋隧交通擁擠的最有效的手段之一。

1.可變信息發(fā)布。可變信息標(biāo)志是現(xiàn)代化交通系統(tǒng)中重要的信息發(fā)布設(shè)備。它由監(jiān)控系統(tǒng)中心計算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，顯示各種圖文信息，疏導(dǎo)交通，促進(jìn)行車安全?？赏ㄟ^可變地圖信息標(biāo)志、大型可變信息標(biāo)志、小型可變信息標(biāo)志、可變限速標(biāo)志等，以圖形和文字兩種方式發(fā)布行車信息和各種誘導(dǎo)指令，使駕乘人員能夠及時、直觀的了解前方道路狀況，選擇最佳行駛路線，大大提高高速公路的通行能力。

2.交通信息監(jiān)控。設(shè)備包括交通信號燈和車道指示器。顯示隧道交通信號燈和車道指示器的運(yùn)行狀態(tài)、反饋信號，以及設(shè)備控制遠(yuǎn)程／就地反饋信號。由監(jiān)控系統(tǒng)中心計算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，控制交通信號燈或車道指示器的指示信息。

3.有線廣播。當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生交通阻塞、交通事故或火災(zāi)等緊急情況時，監(jiān)控中心可通過本系統(tǒng)對隧道內(nèi)外進(jìn)行廣播，指揮調(diào)度、疏導(dǎo)交通和組織救援等。

（四）消防處理子系統(tǒng)。

1.橋隧交通照明。橋隧交通照明模塊可以對隧道交通照明進(jìn)行分類控制。加強(qiáng)照明分布于隧道兩端出入口，可以分別進(jìn)行控制。

2.通風(fēng)。采用射流風(fēng)機(jī)誘導(dǎo)型縱向通風(fēng)加重點排煙的通風(fēng)方式。正常及阻塞工況時，基本采用縱向通風(fēng)方式，隧道縱向通風(fēng)面積約82 m2。在江中盾構(gòu)段，利用圓形隧道頂部富余的拱形空間作為排煙風(fēng)道，排煙風(fēng)道面積約12 m2，每隔60 m設(shè)置專用排煙風(fēng)口，用于火災(zāi)時的進(jìn)行重點排煙。在隧道車行道頂部、排煙風(fēng)道下方懸掛射流風(fēng)機(jī)，輔助正常及堵塞交通時的誘導(dǎo)通風(fēng)。在浦東、長興島上分別設(shè)置風(fēng)塔，風(fēng)塔內(nèi)設(shè)置大型排風(fēng)機(jī)和專用排煙軸流風(fēng)機(jī)。風(fēng)機(jī)通過風(fēng)口、風(fēng)道與主隧道相連。正常及阻滯工況時，排風(fēng)機(jī)運(yùn)行將洞內(nèi)污染空氣集中排放，降低洞口排風(fēng)對環(huán)境的污染。當(dāng)區(qū)間火災(zāi)時，開啟排煙風(fēng)機(jī)，通過拱頂風(fēng)道排除和控制洞內(nèi)煙氣。排煙風(fēng)口由消防系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，不需要通過軟件對排煙風(fēng)口的開關(guān)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時，由消防系統(tǒng)自動開啟火源處行車方向下游2個風(fēng)口和上游1個風(fēng)口。監(jiān)控軟件中按照通風(fēng)類型和控制模式的不同，把通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)分為4個子系統(tǒng)來進(jìn)行監(jiān)控：射流風(fēng)機(jī) （隧道內(nèi)通風(fēng)設(shè)備）；軸流／混流風(fēng)機(jī)（工作井排風(fēng)排煙設(shè)備）；浦東設(shè)備用房通風(fēng)；長興島設(shè)備用房通風(fēng)。通風(fēng)設(shè)備設(shè)三級控制：中央級控制、區(qū)域控制器自動控制和就地人工控制。

3.應(yīng)急逃生。應(yīng)急逃生設(shè)備包括工作井通道卷簾門、連接通道／安全通道逃生門、逃生蓋板和疏散標(biāo)志。工作井通道卷簾門設(shè)置在浦東工作井和長興島工作井通道兩側(cè)，在應(yīng)急情況下，可通過現(xiàn)場開關(guān)手動控制開啟或關(guān)閉，也可通過軟件來控制卷簾門開啟或關(guān)閉。連接通道／安全通道逃生門設(shè)置在連接隧道兩個洞子的橫通道的兩側(cè)，可通過現(xiàn)場開關(guān)手動控制開啟或關(guān)閉。逃生蓋板分布在隧道內(nèi)行車方向左側(cè)靠近墻壁的路面上，可通過現(xiàn)場開關(guān)手動控制開啟或關(guān)閉。疏散標(biāo)志分布在隧道內(nèi)兩側(cè)墻壁上，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)等應(yīng)急情況時，由疏散標(biāo)志控制主機(jī)自動控制疏散標(biāo)志的顯示狀態(tài)。

4.給排水。設(shè)置有承擔(dān)廢水排放的廢水泵房、江中泵房，消防用的消防泵房，攔截雨水的雨水泵房。其中消防泵房設(shè)備由消防系統(tǒng)聯(lián)動。給排水系統(tǒng)設(shè)備設(shè)三級控制：中控室遙控、區(qū)域控制器水位自動控制和就地人工控制。給排水監(jiān)控系統(tǒng)按照功能分為三部分：廢水泵房監(jiān)控、消防泵房監(jiān)控、雨水泵房監(jiān)控。

（五）視頻檢測子系統(tǒng)。視頻檢測子系統(tǒng)得到的交通流運(yùn)行參數(shù)、車型、事件、擁擠、圖像等信息由視頻攝像頭傳到隧道監(jiān)控處理中心后，監(jiān)控處理中心通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實現(xiàn)以下管理功能：接受視頻檢測信息發(fā)送的事件、擁擠警告，通過視頻圖像或閉路電視圖像進(jìn)一步確認(rèn)事件是否發(fā)生及其地點、嚴(yán)重性等，而后采取相應(yīng)的緊急救援或處理措施；由監(jiān)視屏的動態(tài)視頻圖像監(jiān)視各條路段上的交通流狀況；將視頻檢測獲得的流量、速度、事件、擁擠等信息通過可變情報板向駕駛員發(fā)布；通過更改視頻檢測子系統(tǒng)的設(shè)置參數(shù)，控制視頻檢測子系統(tǒng)的工作進(jìn)程。

（六）系統(tǒng)管理子系統(tǒng)。

1.人員管理，可添加、修改、刪除人員，并設(shè)置人員的各種操作權(quán)限，可修改人員的登陸密碼。

2.編輯常用語句，可添加、刪除情報板和限速板的常用語句，常用語句可包括文字和圖標(biāo)，并可設(shè)置常用語句字體的各種屬性和播放模式。

3.圖標(biāo)編輯，可添加、刪除包括情報板、限速板和大圖片等圖標(biāo)。

4.事件管理，包括事件登記和事件處理。事件登記的內(nèi)容包括事件的基本情況和事件的原因；事件處理的內(nèi)容包括根據(jù)事件的發(fā)生事件和處理類型查詢各種事件，可查看某個事件的具體信息并生成報表，可人工輸入事件產(chǎn)生的后果、各種損失數(shù)據(jù)和處理意見。

5.設(shè)備管理，可根據(jù)條件查詢各個設(shè)備的各種信息，包括：設(shè)備名稱、安裝位置、出廠無故障運(yùn)行時間、已運(yùn)行時間、使用狀態(tài)等信息，并可根據(jù)權(quán)限添加、修改或刪除信息；可查看和編輯某一個設(shè)備的故障情況和維修記錄。

四、系統(tǒng)特點

1.面向服務(wù)的軟件架構(gòu)。上海長江隧橋消防系統(tǒng)采用基于SOA的軟件架構(gòu)，其優(yōu)點在于：

（1）可擴(kuò)展性。軟件的整體設(shè)計是面向服務(wù)的。它將應(yīng)用程序的不同功能單元 （服務(wù)）通過服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來，業(yè)務(wù)服務(wù)匯集在應(yīng)用層的總線上，由總線對服務(wù)進(jìn)行組織，并提供給展示層的客戶端。這種設(shè)計方式具有很強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性。當(dāng)某些服務(wù)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)發(fā)生變化時，只需要對特定的服務(wù)進(jìn)行修改，然后重新掛接入系統(tǒng)即可，而不需要對整個應(yīng)用程序進(jìn)行修改。當(dāng)有新的系統(tǒng)需要接入時，首先檢查新系統(tǒng)需要的功能服務(wù)在應(yīng)用服務(wù)層中是否已經(jīng)存在，如果已經(jīng)存在則通過簡單配置即可接入系統(tǒng)，否則重新開發(fā)新的服務(wù)并掛接到應(yīng)用服務(wù)層中，而這些更改都不會影響到現(xiàn)存的系統(tǒng)架構(gòu)，也不需要對現(xiàn)存的應(yīng)用程序進(jìn)行大的修改?？蓴U(kuò)展性保證了后續(xù)崇啟高速公路和下層軌道消防系統(tǒng)的接入本系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控管理，滿足上海長江隧橋工程發(fā)展的需求。

（2）開放性。系統(tǒng)在總線下掛接各種接口服務(wù)，接口服務(wù)根據(jù)外部接口 （健康監(jiān)測系統(tǒng)、大橋陰極保護(hù)系統(tǒng)、養(yǎng)護(hù)管理MIS系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、公安交警、消防、上海市高速公路聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)以及其他將來接入的接口）的數(shù)據(jù)需求，分別從總線上獲取數(shù)據(jù)、控制命令與服務(wù)，同時把系統(tǒng)數(shù)據(jù)和控制命令傳輸?shù)礁魍獠肯到y(tǒng)中。對于消防系統(tǒng)和各外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，只需要在總線下掛接相應(yīng)的接口服務(wù)即可，不需要對消防系統(tǒng)本身的架構(gòu)或代碼進(jìn)行修改。這種模塊組合方式能完全滿足系統(tǒng)開放性設(shè)計的要求，實現(xiàn) “一次采集，多處共享”，提高系統(tǒng)資源的利用率。

（3）實時性。通過應(yīng)用層的各個服務(wù) （外場設(shè)備服務(wù)、外部接口服務(wù)）采集到的各種數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總到總線上，由總線對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后實時更新到展示層中，同時總線把處理后的數(shù)據(jù)輸入到數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲。這樣做不但保證了整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性，使得子系統(tǒng)之間的緊密性更強(qiáng)，而且避免了子系統(tǒng)之間由于數(shù)據(jù)交互而造成的數(shù)據(jù)處理延時，提高了系統(tǒng)的實時性。總線在數(shù)據(jù)接收和分發(fā)過程中采用多線程技術(shù)提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性。

（4）可靠性。數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層在長興島監(jiān)控中心和浦東管理站各部署一份，并實現(xiàn)兩地之間的相互冗余，保證不會由于單點故障而影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行，保證了系統(tǒng)的可靠性。正常運(yùn)行時，長興島監(jiān)控中心和浦東管理站的應(yīng)用層一份處于激活狀態(tài)，一份處于休眠狀態(tài)。當(dāng)處于激活狀態(tài)的軟件出現(xiàn)故障，系統(tǒng)自動把休眠狀態(tài)的軟件切換為激活狀態(tài)，并向展示層發(fā)送提示信息，保證故障時系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡。監(jiān)控中心和浦東管理站的數(shù)據(jù)層通過數(shù)據(jù)傳輸中間件實現(xiàn)相互之間的數(shù)據(jù)冗余備份。

2.完善而有針對性的預(yù)案設(shè)計。以 “掌握現(xiàn)狀、找出規(guī)律、科學(xué)誘導(dǎo)、有效指揮”的指導(dǎo)思想為依據(jù)，根據(jù)長江隧橋的運(yùn)營規(guī)律和特點，消防系統(tǒng)實現(xiàn)了預(yù)警、應(yīng)急處置與指揮的功能，提高了管理人員的運(yùn)營管理水平，為系統(tǒng)安全、暢通地運(yùn)行提供了保障。從長江隧橋的安全運(yùn)營、道路通行能力、交通組織等多方面著手，系統(tǒng)將可能影響長江隧橋運(yùn)營的事件按照 “分類、分級、分區(qū)”的辦法，共劃分為16類系統(tǒng)聯(lián)動預(yù)案，針對事件的類別、嚴(yán)重程度和發(fā)生地點，根據(jù)需要針對性地制定相關(guān)預(yù)案。16類系統(tǒng)聯(lián)動預(yù)案包括：正常運(yùn)營預(yù)案、緊急電話報警預(yù)案、逃生蓋板報警預(yù)案、交通事件預(yù)案、火災(zāi)預(yù)案、惡劣天氣預(yù)案、隧道空氣污染嚴(yán)重超標(biāo)預(yù)案、車輛超限預(yù)案、隧道淹水預(yù)案、隧橋結(jié)構(gòu)體損壞預(yù)案、斷電預(yù)案、隧橋機(jī)電管養(yǎng)預(yù)案、船舶撞橋卡橋預(yù)案、車輛人員墜落大海預(yù)案、交保交管預(yù)案、用戶自定義預(yù)案。

（1）預(yù)案編輯。隨著客觀條件的變化和運(yùn)營經(jīng)驗的積累，系統(tǒng)中的預(yù)案也會發(fā)生變化。預(yù)案編輯功能可以使監(jiān)控人員根據(jù)運(yùn)行的需求自己添加、編輯合適的預(yù)案，可以最大限度的滿足運(yùn)行管理中對預(yù)案的需求。

（2）預(yù)案執(zhí)行與跟蹤。系統(tǒng)實時接收并處理數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)異常則以圖形、聲音等方式報警提示用戶。同時自動執(zhí)行該報警關(guān)聯(lián)的、被設(shè)置為自動執(zhí)行的動作 （通常是視頻動作），同時提示用戶當(dāng)前建議采用的預(yù)案 （包括設(shè)備動作、車輛／人員調(diào)度等）。用戶可以選擇按照建議的方式直接執(zhí)行，或者在建議的方式基礎(chǔ)上進(jìn)行更改后再執(zhí)行。在預(yù)案執(zhí)行過程中，用戶可以對預(yù)案執(zhí)行情況進(jìn)行跟蹤。跟蹤的內(nèi)容包括設(shè)備動作跟蹤、車輛／人員的調(diào)度。

（3）預(yù)案評估。預(yù)案執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)分析生成預(yù)案的事件信息及預(yù)案執(zhí)行過程，得出預(yù)案評估報告。評估報告是預(yù)案具體內(nèi)容的全面展示，是預(yù)案執(zhí)行過程及結(jié)果的全面總結(jié)，是評估預(yù)案的合理性及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要資料，是改進(jìn)預(yù)案的重要依據(jù)。

綜上所述，長江隧橋消防系統(tǒng)的設(shè)計和實施充分考慮了系統(tǒng)自身的特征，緊密結(jié)合長江隧橋的實際情況。自系統(tǒng)開通以來，系統(tǒng)運(yùn)行良好，符合長江隧橋的運(yùn)營管理需求，是一個準(zhǔn)確而高效的系統(tǒng)。