吳良駿

（上海城建城市運(yùn)營(yíng)集團(tuán)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(lái)越多的城市開(kāi)始建設(shè)和使用地下通道來(lái)緩解城市道路壓力。城市地下道路是對(duì)既有中心城市交通網(wǎng)的補(bǔ)充和完善，在一定程度上改善區(qū)域交通網(wǎng)、保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境[1]。

隨著隧道建設(shè)技術(shù)的不斷成熟，越來(lái)越多城市地下道路投入使用，由于我國(guó)不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、道路交通環(huán)境、隧道建設(shè)條件和建設(shè)年代差異，為保障現(xiàn)役城市地下道路運(yùn)營(yíng)安全，提高地下道路養(yǎng)護(hù)管理水平和運(yùn)營(yíng)安全，交通運(yùn)輸部提出有關(guān)公路隧道管理與養(yǎng)護(hù)的通知與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，主要從三個(gè)方面進(jìn)行城市地下道路提質(zhì)升級(jí)，一是補(bǔ)齊隧道交通工程與附屬設(shè)施短板，保障車(chē)輛通行隧道安全；二是推進(jìn)城市地下道路土建結(jié)構(gòu)改造，保障隧道主體結(jié)構(gòu)安全；三是強(qiáng)化隧道交（竣）工驗(yàn)收[2]。

針對(duì)城市地下道路提升特點(diǎn)和技術(shù)的研究主要集中在隧道安全設(shè)施、消防照明設(shè)施、土建病害和智能化管養(yǎng)平臺(tái)等方面。涂耘[3]等詳盡闡述公路隧道提質(zhì)升級(jí)的總體思路和技術(shù)要點(diǎn)，指出公路隧道提質(zhì)升級(jí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注隧道洞口、洞身和路面，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，隧道照明、通風(fēng)、交通安全設(shè)施及智能化管養(yǎng)平臺(tái)是急需補(bǔ)齊的短板。武瑞兵[4]以隧道機(jī)電設(shè)施在日常養(yǎng)護(hù)維修中的問(wèn)題為基礎(chǔ)，提出了隧道智能監(jiān)控管理信息化設(shè)計(jì)思路，解決了原各個(gè)子系統(tǒng)運(yùn)行相互獨(dú)立、統(tǒng)計(jì)繁瑣和操作分散的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了隧道設(shè)備控制、交通監(jiān)控、智慧維護(hù)和應(yīng)急一體化運(yùn)行。

本文以“城市地下道路提質(zhì)升級(jí)”為背景，從交通安全、結(jié)構(gòu)病害和智慧管理水平三方面問(wèn)題入手，提出城市地下道路提質(zhì)升級(jí)思路和技術(shù)方案。

1 現(xiàn)狀問(wèn)題分析

1.1 交通安全問(wèn)題

（1）部分節(jié)點(diǎn)交通擁堵嚴(yán)重

城市地下道路作為城市道路運(yùn)輸網(wǎng)的重要組成部分，其承接大量過(guò)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(diǎn)處交通擁堵比較嚴(yán)重，主要體現(xiàn)在：a.在高峰時(shí)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(xiàn)交通事故后，難以疏導(dǎo)。c.通行能力不足，入口交通組織不善，車(chē)輛匯入段擁堵，部分路段出口匝道同隧道主線(xiàn)之間的過(guò)渡段和加減速車(chē)道長(zhǎng)度不足。d.出現(xiàn)潮汐式擁堵現(xiàn)象，節(jié)假日擁堵明顯。

（2）安全設(shè)施設(shè)置不完善

城市地下道路相關(guān)交通標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)在交通標(biāo)注設(shè)計(jì)方面存在隨意性大、形式多樣、缺乏統(tǒng)一、質(zhì)量難以把控、可識(shí)別性不強(qiáng)、安全隱患大等問(wèn)題。并且隨著使用該過(guò)程中耗損，標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)等難以保證在車(chē)輛正常行駛條件下清晰可見(jiàn)，存在標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)缺損、不連續(xù)、積灰等問(wèn)題。

（3）隧道洞口的黑洞效應(yīng)

隧道洞口的黑洞效應(yīng)嚴(yán)重影響行車(chē)安全。隧道入口處，照明亮度過(guò)低，沒(méi)有足夠的反應(yīng)時(shí)間，使駕駛員在室外亮度下接近隧道時(shí)看到的隧道猶如“黑洞”[5]。生理上，駕駛員瞳孔迅速擴(kuò)大，難以準(zhǔn)確在視網(wǎng)膜上聚焦，容易產(chǎn)生“兩眼一抹黑”的瞬時(shí)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(mén)路入口，可以看到，外灘隧道東門(mén)路入口存在照明亮度過(guò)低問(wèn)題，容易誘發(fā)交通事故。圖2表明，外灘隧道東門(mén)路入口進(jìn)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(yīng)，嚴(yán)重影響行車(chē)安全[6]。

圖1 黑洞效應(yīng)（以外灘隧道為例，東門(mén)路入口）

圖2 亮度值（外灘隧道東門(mén)路入口）

1.2 結(jié)構(gòu)病害問(wèn)題

隨著城市地下道路運(yùn)行時(shí)間的增加，隧道結(jié)構(gòu)病害逐漸顯現(xiàn)，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(jiàn)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(diǎn)滲漏、線(xiàn)滲漏和面滲漏。隧道結(jié)構(gòu)化病害直接影響機(jī)動(dòng)車(chē)行駛舒適性與安全性[7]。

動(dòng)，比如從10 Hz開(kāi)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(xiàn)，變頻電動(dòng)機(jī)從低頻逐步啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速?gòu)?增加至工作轉(zhuǎn)速，而后每升高一個(gè)頻段所出現(xiàn)的剛性動(dòng)載荷都小于第一頻段的動(dòng)載荷[2]。即若求機(jī)構(gòu)的最大振動(dòng)動(dòng)載荷，求首頻段最大動(dòng)載荷就是該機(jī)構(gòu)的最大動(dòng)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(guó)城市地下道路智能化水平相對(duì)較低。近幾年，一些部門(mén)開(kāi)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(xiàn)在運(yùn)維養(yǎng)護(hù)效率不高、交通管控與服務(wù)水平不足[8]。通過(guò)調(diào)研，目前地下道路智慧化存在以下問(wèn)題：

（1）“監(jiān)多控少”、數(shù)據(jù)不共享、信息不對(duì)稱(chēng)、管控不及時(shí)等問(wèn)題；設(shè)備設(shè)施更多依靠人工檢查，無(wú)法提前預(yù)防養(yǎng)護(hù)。

（2）智能化檢測(cè)手段有限，一旦發(fā)生問(wèn)題，維修比較難，如結(jié)構(gòu)滲水，無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別位置等。

2 提升建議措施

2.1 交通安全與照明設(shè)施完善

針對(duì)城市地下道路標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)缺失、樣式不統(tǒng)一、版面不規(guī)范等問(wèn)題，建議完善各類(lèi)交通標(biāo)志、標(biāo)線(xiàn)，保證各交通標(biāo)志、標(biāo)線(xiàn)應(yīng)清晰可見(jiàn)，線(xiàn)型誘導(dǎo)連續(xù)，無(wú)缺損、遮擋，隧道洞口段采用減速標(biāo)線(xiàn)或彩色路面，完善入口護(hù)欄漸變過(guò)渡，加強(qiáng)隧道緊急停車(chē)帶迎車(chē)面端頭的防護(hù)，明晰隧道輪廓[9]。

建議完善照明設(shè)施，主要消除隧道洞口的“黑洞效應(yīng)”，并控制照明設(shè)施能耗。提質(zhì)升級(jí)技術(shù)要點(diǎn)如下：

（1）洞口減光處理，增強(qiáng)洞口安全警示措施，減少“黑洞效應(yīng)”。

（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(mǎn)足規(guī)范要求下，合理使用現(xiàn)有照明設(shè)備，盡量節(jié)省改造資金、縮短施工周期。

2.2 交通運(yùn)行管控提升

為提升城市地下道路智慧化管理水平，建議構(gòu)建智慧化交通分析與管控平臺(tái)，平臺(tái)應(yīng)依托傳感器數(shù)據(jù)，采用事件監(jiān)測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)行狀態(tài)感知、事件監(jiān)測(cè)、運(yùn)行態(tài)勢(shì)分析及運(yùn)行狀態(tài)預(yù)警[10]。主要功能應(yīng)滿(mǎn)足以下方面：

（1）隧道交通運(yùn)行狀態(tài)全息感知

交通流流量速度等采集，交通事件的識(shí)別，以及實(shí)現(xiàn)個(gè)體車(chē)輛行駛狀態(tài)感知，最后達(dá)到交通流運(yùn)行狀態(tài)綜合感知.見(jiàn)圖5。

圖5 交通運(yùn)行狀態(tài)全息感知

（2）隧道交通運(yùn)行態(tài)勢(shì)分析

主要包含隧道重點(diǎn)路段運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)研判和多維全時(shí)隧道交通運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估[11]。基于感知的隧道各分段車(chē)輛數(shù)據(jù)，構(gòu)建交通運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別算法，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)路段風(fēng)險(xiǎn)感知與多維全時(shí)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。

（3）基于實(shí)時(shí)交通態(tài)勢(shì)的隧道運(yùn)行狀態(tài)預(yù)警與管控。

構(gòu)建交通運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的智能預(yù)警管控方案庫(kù)，基于實(shí)時(shí)交通運(yùn)行狀態(tài)對(duì)重點(diǎn)路段、匝道、車(chē)道精準(zhǔn)管控。

2.3 智慧防災(zāi)與預(yù)控

城市地下道路防災(zāi)智慧監(jiān)測(cè)預(yù)控應(yīng)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行分級(jí)情況判定，制定針對(duì)性的防災(zāi)和監(jiān)測(cè)技術(shù)方案[12]。建議構(gòu)建城市地下道路防災(zāi)智慧監(jiān)測(cè)預(yù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)包含以下方面：水災(zāi)智慧監(jiān)測(cè)與防控；火災(zāi)智慧監(jiān)測(cè)，提升火災(zāi)識(shí)別率、減少誤報(bào)，早期火災(zāi)識(shí)別和提升火災(zāi)的空間定位準(zhǔn)確性；火災(zāi)智慧預(yù)警與管控；智能防控決策和動(dòng)態(tài)救援疏散救援；消防性能實(shí)時(shí)評(píng)估系統(tǒng)。

首先應(yīng)具備實(shí)施探測(cè)隧道火災(zāi)狀況功能，能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采用火焰識(shí)別算法對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[13]，并連接有消防部門(mén)的報(bào)警主機(jī)。其次，系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)災(zāi)情智能預(yù)測(cè)，通過(guò)以往隧道災(zāi)情大數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)分析現(xiàn)場(chǎng)各溫濕度傳感器采集數(shù)據(jù)、共享并挖掘交通事件檢測(cè)數(shù)據(jù)，比對(duì)、研習(xí)、預(yù)測(cè)隧道內(nèi)火災(zāi)發(fā)生概率，一旦超出預(yù)設(shè)概率閾值，觸發(fā)預(yù)報(bào)警。然后，系統(tǒng)應(yīng)具備智能疏散引導(dǎo)功能，通過(guò)分析隧道線(xiàn)路走向以及匝道口、疏散口位置，針對(duì)不同火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)生成相應(yīng)的事故疏散撤離方案。最后，系統(tǒng)應(yīng)具備輔助決策支持，三維場(chǎng)景重構(gòu)、仿真模擬，在線(xiàn)推演功能，可實(shí)現(xiàn)基于三維環(huán)境場(chǎng)信息采集、重構(gòu)、動(dòng)態(tài)反饋、火災(zāi)蔓延態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)的智慧疏散救援決策，并在線(xiàn)模擬評(píng)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(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)預(yù)警

建議構(gòu)建隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)的、精確的隧道結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、分析與處理，提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持，實(shí)時(shí)掌握結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并且采取措施，提高結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策水平。檢測(cè)對(duì)象及內(nèi)容見(jiàn)表1。

表1 監(jiān)測(cè)對(duì)象及內(nèi)容

通過(guò)位移計(jì)、激光測(cè)距儀、錨桿測(cè)力計(jì)、精力水準(zhǔn)儀等多個(gè)自動(dòng)采集儀采集隧道數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)、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(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，進(jìn)行綜合分析，判定隧道自身穩(wěn)定性，有預(yù)見(jiàn)性的防止事故發(fā)生，保證施工和運(yùn)營(yíng)安全?？傮w架構(gòu)見(jiàn)圖6。

圖6 隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)架構(gòu)圖

2.4.2 養(yǎng)護(hù)維修系統(tǒng)

建議建立養(yǎng)護(hù)維修系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維自動(dòng)化、以實(shí)時(shí)監(jiān)控信息自動(dòng)流向監(jiān)管端和養(yǎng)護(hù)端，提升管養(yǎng)效率[14]。通過(guò)感知檢測(cè)系統(tǒng)，與車(chē)輛實(shí)現(xiàn)雙向信息傳遞，與主機(jī)實(shí)現(xiàn)信息交互，將所有報(bào)警實(shí)時(shí)推送至現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員，將重大報(bào)警事件信息提供至決策管理人員，管理人員通過(guò)主機(jī)下達(dá)決策命令，決策主機(jī)傳遞維修工單通知現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員進(jìn)行維修操作，并進(jìn)行維修信息編錄，此外維修主機(jī)可對(duì)車(chē)輛傳遞輔助信息服務(wù)。

3 結(jié)論與討論

作為城市地下道路規(guī)模最大、數(shù)量最多的國(guó)家，保障城市地下道路運(yùn)營(yíng)安全，為社會(huì)公眾提供更好的服務(wù)十分必要。在現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范和技術(shù)指南下，結(jié)合隧道自身問(wèn)題，開(kāi)展提質(zhì)升級(jí)行動(dòng)。本文通過(guò)對(duì)城市地下道路現(xiàn)狀問(wèn)題及提升方案分析，得出以下結(jié)論：

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

（2）城市地下道路提質(zhì)升級(jí)應(yīng)該根據(jù)自身建設(shè)條件和交通環(huán)境等差異，因隧制宜，合理利用原有設(shè)施，分類(lèi)施策、分批實(shí)施的原則，針對(duì)各自問(wèn)題，采取有針對(duì)性的實(shí)施建議。

（3）智能化技術(shù)在城市地下道路領(lǐng)域不斷深入應(yīng)用，在隧道交通運(yùn)行狀態(tài)全息感知、運(yùn)行態(tài)勢(shì)分析、運(yùn)行狀態(tài)預(yù)警管控、防災(zāi)智慧檢測(cè)和智能養(yǎng)護(hù)等方面具有較好應(yīng)用前景。建議城市地下道路可以增設(shè)智能化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)隧道智能化管控與管養(yǎng)。

（4）本文為我國(guó)城市地下道路提質(zhì)升級(jí)技術(shù)方案提供了一定技術(shù)參考，對(duì)打造安全、智能的城市地下道路提供有力的技術(shù)支撐。