摘要：首先探讨了机电智慧管控系统的设计架构以及机电系统的设计，然后对机电系统的构成进行分析，包括供配电系统、通风系统、消防系统、照明系统、监控系统等，*后阐述机电智慧管控系统中需要实现的关键功能，如综合监控、设备管理、智慧巡检、视频管理、信息发布以及事件联动与管理等，以期有效实现对工程机电系统的智慧管控。

关键词：高速公路；隧道机电；智慧管控

0引言

在高速公路运营过程中，公路基础设施是保障人们行车安全的重要手段。尤其是高速公路隧道工程，为实现隧道内的正常通车，需要在隧道内部布置完善的机电系统，包括隧道的供配电系统、照明系统、通风消防系统等。在目前隧道机电系统中，各个系统相互独立，既不利于公路运营人员的养护及管理，也容易导致隧道内的安全隐患。因此，为解决此类问题，应充分结合信息化技术的发展，研究设计一套隧道机电智慧管控系统，将机电系统各个独立部分连接成整体，通过网络对机电系统实施监控，以保证高速公路的安全运营。

1工程概况

某高速公路工程路线全长62.5m，途径多处山区地带，为节省施工成本并保护当地的自然环境，需要采用隧道的方式穿越山体。工程路线中共计隧道工程5处，总长度约为8.7km，在隧道建设中由于本身的空间密闭，视野范围较小，需要安装机电系统实现隧道内的照明与监控。因此为确保工程隧道的安全行车，同时实现机电系统的有效管控，经研究决定对隧道内的机电设施研发一种智慧管控系统，以提升隧道内机电系统的实时管控本文对该工程隧道机电系统智慧管控系统的应用进行分析。

2公路隧道机电智慧管控系统的应用

2.1机电智慧系统分析与设计

2.1.1系统架构分析

本工程隧道内的机电智慧系统通过一体化监管平台可以实现在隧道内全面布局感知系统、资源整合以及信息共享，从而全面提高隧道机电系统的综合管控和风险管控能力，保障人们的出行安全，提升隧道的服务水平。同时，一体化监管平台可在隧道内充分利用高精度地图、三维建模、智慧融合感知等技术，实现隧道内交通状况的可视化，根据隧道的运行数据进行事件预警等，*终有效地将隧道机电系统的各个子系统集成于一个平台之上，完成对隧道机电系统的智慧管控。

2.1.2机电系统设计

在隧道机电智慧管控系统设计中，主要包括系统平台的数据库建立以及系统的功能设计，结合工程隧道的实际情况，主要的隧道机电结构包括供配电系统、照明系统、监控系统、通风系统和消防系统等。在隧道智慧管控平台数据库设计时应整合多元业务数据，以加强外部设施的数据收集能力。完善系统的数据采集交换服务和共享能力数据的能力，将系统的数据分为两大类，分别为机电设备运行状态和道路车辆运行信息，通过对数据的数字化分析绘制隧道的可视图；针对隧道机电系统所需的功能，一体化监管平台应设计相应的综合监控、设备管理、智慧巡检、视频管理、信息发布以及应急事件的处理功能，从而保证机电系统的正常运作，确保隧道的运营安全。

2.2机电系统构成

2.2.1供配电系统

（1）隧道内的基本照明、消防水泵、通风设施、监控设施及其他设施等设施均需要通电才能实现运营，因此隧道内需要具备完善的供配电系统。根据采用的各类机电设施的用电要求，本工程隧道内的供配电系统的用电负荷主要为一级负荷和三级负荷，其中上述的设施采用一级负荷，其他设施均采用三级负荷，根据此情况供电系统可采用双电源供电形式设计，在供配电系统中利用10kV的电缆沿着隧道两侧进行布设，铺设时所有的电缆放入设计的电缆沟中，避免暴露于隧道之内。

（2）电缆沿着隧道两侧布设完成后，工程隧道内部设置有变配电设施，布设的电缆会与变配电相互连接。当电流进入变配电设施之后，通过变配电设施的配置及变压器的作用，会将电流分为一级负荷与三级负荷，通过设置的两路电源分别向机电设施供电，保障机电系统的用电安全及正常运营。此外，本工程供配电系统接地处理采用TN-S形式，供配电系统所有变压器的中性点均直接接地，接地电阻控制在1Ω,每一个变压器中性点之后分别设置零线与保护线，两种线路的设置不得出现相互连接问题，避免引发用电事故。

2.2.2通风系统

由于隧道是穿越山体进行修建，隧道内部其环相对封闭，为保证隧道内空气的正常流通，需要在隧道内部设置通风系统来改善环境。本工程隧道的通风系统设置，主要由3大部分组成，分别为环境监测、风机控制及区域控制网络。其中通风系统的环境监测功能是对隧道内的一氧化碳进行监测，避免隧道中有害物质浓度超标；风机控制是为了保证隧道内空气的流通，本隧道采用射流风机，该类型风机满足隧的通风需求；区域控制网络可利用信息化实现对通风系统的管控，有利于机电智慧管控系统的应用。

2.2.3消防系统

（1）消防系统是高速公路隧道机电系统结构中不可缺少的设施，在隧道消防系统设置中，主要功能包括火灾检测、灭火设备、隧道排烟及报警系统等。针对工程长度较大的隧道工程，在隧道内应设置横向的紧急出口，当隧道运营过程中发生火灾问题，隧道内的行驶人员可以及时逃出隧道，其次隧道内的火灾监测装置，设置后保证其有效性，当遭遇火灾问题可以及时反映至管理人员；灭火设备应贯穿整个隧道工程，每间隔一段位置设置一处消防设施并配备消防水管及灭火器；排烟及报警设施要实现对隧道排烟量的监控，如排烟量过大则可以实现自动报警操作。

（2）在隧道的消防系统设置中，为避免火灾过大造成人员伤亡问题，在隧道横向的紧急出口中，应安装防火卷帘门，并将卷帘门设置为手动开启和电动开启2种形式，正常情况下保持卷帘门的开启状态，在突发火灾的紧急情况下，可将卷帘门关闭，避免火势蔓延至紧急出口，同时针对行人的紧急出口，在设置时每一侧均要安装防火门，正常情况下保持防火门的关闭状态，当隧道内的消防系统全部布设完成后，由上级消防主管部门进行验收，保证消防设施的使用性能，以确保隧道的运营安全。

2.3机电智慧系统功能研究

综合监控

结合上述隧道机电智慧管控系统的功能，在一体化平台上可实现隧道内的综合监控，即对隧道内全路段机电设施的监控功能。在平台的监控软件中，管控人员可以在平台中监管所有的机电设施，并结合GIS技术将隧道机电设施所得到的交通流数据、气象数据、施工信息、事故信息和实时监控视频等，综合地在计算机界面中呈现出来，同时能够通过对应机电设施图标颜色的变化，判断该机电设备的运行状态是否存在故障，以及设备当前工作的状态和内容，以便实现隧道机电设施的综合监控。

3高速公路供配电监控云平台

高速公路监控中心中，使管理人员可以随时轻易的掌握所有情况。 

系统采集高速公路供电系统内各个智能设备的信息，有异常时通过短信或APP推送报警信号，并且可以派发工单，并且进行跟踪闭环处理。

3.1.平台登录

软件采用B/S架构，用浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

3.2.平台导航

平台主页显示用户管理变配电站的概况，包括用能月报、选定的变配电站状态、变压器状态、运维中心、看板。

变电站状态

变电站状态包括概况、运行状态、当日事件记录、当日逐时用电曲线、用电概况。

变压器状态

变压器状态支持用户查询所有或某个站所的变压器功率、负荷率、等运行状态数据，支持按负荷率、功率等升、降序排名。

运维中心

运维中心展示当前用户管理的有关变电所在地图上位置及总量信息。

3.3.电力监测

电力监测包括电力数据、变压器监测、运行报表、配电图、电力极值表、运行日报、平均功率因数监视和统计页面。

3.4.用电分析

用电分析包括用能报表、同比分析、环比分析、电能集抄、计量及线路损耗。

用能报表

用能报表显示各回路的用能数据，包括日报、月报、年报，日报显示分时用能，月报显示分日用能，年报显示分月用能，报表可以导出。

3.5.事件记录

事件记录方便运维人员查看分析设备如断路器合分、门开门关、电流电压越限告警、烟雾报警、气体浓度越限报警、浸水报警、故障告警、短信志、平台运行日志等记录。

3.6.安全用电

安全用电包括漏电监测和线缆温度监测。

漏电监测

漏电监测展示选中变配电站的漏电流和线缆温度及报警状况。

线缆温度监测

线缆温度监测界面展示了选中变配电站的线缆温度，选中需查看的监测点，点击查询可以查看线缆温度的历史数据

3.7.运行环境

运行环境包括环境监测、视频监控、环境温湿度、仪表通讯状态、网关通信状态、视频监控、视频设备状态等。

环境监测

环境监测展示了变配电站内的环境状态，包括环境温湿度、水浸、烟雾、门状态等信息

3.8.设备控制

设备控制包括遥控定义、照明控制以及控制操作日志。

照明控制

照明控制可以控制灯泡的亮灭，选择“变配电站”，点击勾选要控制的设备，点击“控制”按钮，在弹出层选择设备状态，点击“确定”。

3.9.设备管理

设备管理包括设别定义、设备档案和设备报表，在设备档案中对变电所设备进行维护处理。

设备档案

设备档案中选择变电所，对设备定义的模板进行导入，有新增、修改、删除、复制等操作，对变电所设备进行维护管理。/

设备报表

设备报表展示了各个变电所的设备状况，并根据设备档案中填写的安装时间和质保期得出建议更换时间，并在举例建议更换时间7天内提示用户更换设备。

3.10.运维管理

运维管理包括任务管理、巡检记录、缺陷记录三部分，其中任务管理可以完成任务的创建、发布、任务完成情况查询；巡检记录是巡检任务的执行情况和执行明细，缺陷记录是消缺任务创建、发布、完成状态情况查询。

任务管理

任务管理页面可以发布巡检或消缺任务，查看巡检或消缺任务的状态和完成情况，可以点击查看任务查看具体的巡检信息。

巡检记录

巡检记录显示了巡检任务的完成情况，以及巡检详情。

3.11.APP支持

电力运维手机支持“监控系统”、“设备档案”、“待办事项”、“巡检记录”、“缺陷记录”、“文档管理”和“用户报告”七大模块，支持一次图、需量、极值、用电量、视频、曲线、温湿度、同比、环比、电能质量、各种事件报警查询，设备档案查询、待办事件处理、巡检记录查询、用户报告、文档管理等。

4售后承诺和

4.1维护服务

我公司的技术人员将负责系统工程的安装、调试及优化等工作，提供全面、及时的培训、维护、咨询服务，并配合用户管理系统的运行。

在整个系统运行期内，系统所有故障问题的检测和恢复均由我公司负责，并作现场测试和恢复。在故障问题发生时，我公司将及时派出富有经验的工程师（或工程师小组），利用有关工具和测试设备，检测问题所在，并及时提出解决方案。具体地说，我们公司将成立专项服务小组，由技术部工程师负责该项目所涉及人员的技术培训及解决日常出现的一些问题。我公司将免费接受用户的电话技术咨询和书函技术咨询，帮助用户解决在应用过程中遇到的各种技术问题。

对于非设备性故障或一般性故障以及电话技术咨询，我公司保证在1小时内给予回应，必要时派技术人员到达现场处理故障。

对于设备性故障，一方面在系统设计时，我们尽量避免单点故障，另一方面我们将利用我们公司的零备件应急供应体系，及时排除故障，保证不影响系统的正常运行。

4.2维修服务

系统自验收合格之日起，免费保修三年，终身维护。系统常规软件终身免费维护。

在质保期间发生问题，我方会在收到通知后及时响应，24小时内派合格的技术人员并携带工具无条件到现场作技术服务，除非该问题可以通过通讯解决。

在质保期内，如因我方责任需要调换或修理合同设备，并由此引起合同设备停机时，则有关合同设备的质保期按实际停机时间相应延长。重新修理或更换后的合同设备部件的质保期为修理和更换完毕并经双方确认相应延长，但不能少于规定的一年质保期。

在质保期满后30天内，买方因在质保期内发现合同设备有缺陷而出具的索赔证明仍然有效。

免费维修期内人为或自然灾害引起的故障或损坏，仅收取维修成本费。

免费维修期以外的维修服务仅收取维修成本费。

4.3更新改进服务

本公司产品设计更新提高或软件版本升级，我司将即时通知和协助需方进行已运行系统的改进提高，并无偿提供软件新版本。

用户对系统改制、扩容、拆点等不同要求，公司将及时、准确地予以满足。

4.4

我公司通过了ISO9001认证。公司各项与质量有关的活动均严格按ISO9001:2008的要求开展。

公司从产品的整个过程对产品的质量进行控制。对订货合同，公司组织相关人员进行认真评审，并及时将评审结果传达给相关人员，以确保产品能充分满足顾客的要求。

在产品的设计和开发过程中，开发人员根据顾客的要求，相关的国际、国家、行业标准以及相关法律和法规编制开发计划。

在设计和开发的过程中，分阶段的进行设计评审和设计验证，设计完成后，选择能代表顾客的单位进行确认，确保公司的设计能满足顾客的要求。

在原材料的采购方面，本公司事先对供应商进行调查，确信他们的能力后才会实施采购。

在生产安装和加工的过程中，本公司制订了完善的工艺指导书，并在管理人员的监督下由生产人员实施操作，以保证产品的均一性及质量的稳定性。

在检验和试验的过程中，首先由质管部和开发部一起按企业标准制订检验标准和检验作业指导书，并指导检验人员严格执行。本公司的检验和试验设备齐全，且都经过相关技术监督部门的校验，确认合格后方可使用。检验中发现的产品不合格会及时反馈给责任部门，追查不合格原因，并限期整改。

本公司有完善的培训制度，员工上岗前按规定接受培训，经考核合格后方可上岗，保证每个岗位上均有一批训练有素的骨干人员，为产品的质量合格提供了强有力的保障。

我方保证货物是全新、未使用过的，是用的工艺和*佳材料制造而成的并符合合同规定的质量、技术规范和性能的要求。我方保证所提供的货物经正确安装、正常运转和保养在其使用寿命期内应具有满意的性能。在货物期之内，我方对由于设计、工艺或材料的缺陷而发生的任何不足或故障负责。

5典型案例

5.1荔浦至玉林段高速公路配电工程

荔玉高速公路是《广西高速公路网规划》“四纵六横三支线”布局中“纵二”荔浦至铁山港高速公路的组成部分，也是国家高速公路网G59广西境段重要组成部分。项目建成后，将成为桂林、梧州、玉林通往北海、湛江等沿海城市*便捷的高速公路通道，对于加快区域一体化步伐、促进经济社会发展具有重要意义。荔玉高速公路全长261.7公里，设计标准为双向四车道，工程内容包括：桥梁198座，隧道14座，涵洞、通道1759道，互通式立交20处，服务区5对。

本次针对荔浦至玉林高速公路配电工程项目中不同保护对象配置不同微机保护装置，10kV进线柜配置AM5-F线路保护装置，共22只；10kV变压器出线柜配置AM5-T变压器保护装置，共22只。0,4KV配电房，配置了PZ96L系列的多功能仪表800只；本工程10kV配电工程共有16个隧道变电所，为实时监视整个配电室的运行以及数据采集，该项目配置一套Acrel-2000Z电力监控系统，主要实现对荔浦至玉林高速公路各个变电所的用电监控与管理。监控范围为变电所的微机保护装置、电能表、变压器温控仪、EPS、UPS、无功补偿、发电机控制屏、油箱液位仪、水泵运行状态和水位、风机软启动器和照明控制器。本系统由用户管理层、网络通信层、现场设备层三部分组成，现场设置的电能表采用屏蔽双绞线连接至各分区数据采集器，各分区数据采集器将数据分类处理后，通过网线连接至局域网交换机上传至电力监控系统主机，实现电力设备集中监控功能。

5.2广西崇左至水口高速电力监控系统

广西崇左到水口高速全线全长94.053公里，设置桥梁27座，隧道2座（其中特长隧道1座），互通式立交6处，服务区2处，停车区1处，管理分中心。

本系统由用户管理层、网络通信层、现场设备层三部分组成，现场设置的综保、微机保护装置、电能表、变压器温控仪、EPS、UPS、无功补偿、发电机控制屏、油箱液位仪采用屏蔽双绞线连接至各配电房的通讯管理机，各配电房的通讯管理机将数据分类处理后，通过网线连接至高速公路局域网交换机上传至电力监控系统主机，实现电力设备集中监控功能。

6结语

通过隧道内机电系统智慧管控系统的应用，公路运营单位可以有效地利用管控系统对各机电系统进行监督，如隧道内发生安全问题或意外事故，运营单位可以及时获取相关信息，安排维修人员对机电系统进行维护，从而保证隧道内的行车安全。但由于隧道机电系统组成部分众多，为实现更为合理的管控，仍需加强对隧道机电智慧管控系统的研究，从而进一步进隧道工程的发展，保证我国公路的行车安全。

参考文献：

[1]于立军.高速公路隧道机电系统安装工程施工研究[J].中华建设，2021（1）：147-148.

[2]肖雨桐.高速公路隧道机电安装施工技术[J].科学技术创新，2020（34）.

[3]谭小刚.高速公路隧道机电设施检测技术应用研究[D].西安：长安大学，2014.

[4]侯建.高速公路隧道机电设施养护检测技术[J].交通世界，2019（10）：155-156.

[5]车志英.高速公路隧道机电设施养护检测技术研究[J].四川水泥，2020（3）：277.

[6]梁云龙，赵云涛.高速公路隧道机电智慧管控系统的应用与研究

作者简介

翟雪玲，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，销售工程师，主要负责高速公路管控系统的应用研究。