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摘要：为了确保公路隧道内行车安全、运营畅通和维持一定的服务水平，交通工程的设计与完善必须给予足够的重视。本文简述了隧道交通工程设计的指导思想和原则，并对隧道交通安全、功能服务、防灾救灾和交通管理等方面的设计进行了详细的分析。
关键词：交通工程；隧道；设施配置；设计
Abstract: in order to ensure highway tunnel safety and operation in clear and maintaining a certain level of service, the traffic engineering design and perfect must give enough attention. This paper briefly describes the tunnel traffic engineering design of the guidelines and principles, and to the tunnel traffic safety, function, disaster prevention and disaster relief services traffic management, and other aspects of the design were analyzed in detail.
Keywords: traffic engineering; Tunnel; Facilities configuration; design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1 概述
为了搞好公路隧道交通工程的设计，首先必须明确公路隧道交通工程设计的“指导思想和原则”，确定公路隧道交通工程分级与设施配置的标准。
1.1 公路隧道交通工程设计的指导思想和原则
公路隧道交通工程是公路及公路路段交通工程的重要组成部分，是发挥公路经济效益，保障隧道内车辆行车安全必不可少的配套设施，也是公路现代化智能化的标志之一。
按照我国的国情，公路隧道交通工程的设计，应贯彻“坚持以人为本，树立全面协调可持续发展的科学观”，强调“六个坚持，六个树立”的设计新理念。即“坚持以人为本，树立安全至上的理念；坚持人与自然相和谐，树立尊重自然保护环境的理念；坚持可持续发展，树立节约资源的理念；坚持安全第一，树立公众满意的理念；坚持合理选用标准，树立设计创作的理念；坚持系统论的思想，树立全寿命周期成本的理念”。
公路隧道交通工程的设计，应遵循“保障安全，提供服务，利于管理”的总原则，依据公路的功能、等级、交通量及隧道长度等确定规模和标准，满足安全实用、质量可靠、经济合理、技术先进的要求，充分体现以人为本，安全第一，服务为基础，环保经济和便于管理等要求，从而达到“安全，环保，舒适，和谐”的总目标。
1.2 公路隧道交通工程分级
公路隧道交通工程分级是根据隧道长度和设计年度隧道单洞平均日交通量两个因素划分为A、B、C、D四级，具体见图1。
图1 隧道交通工程分级示意图
1.3 隧道交通工程设施配置标准
隧道交通工程设施配置遵循以下原则：
根据隧道交通工程分级，设施采用前期配置、后期视技术发展和交通量增长情况逐步完善；长度1 km以上的公路隧道各类设施的配置规模应根据预测交通量进行总体规划设计，并据此一次性征用土地和实施基础工程、地下管线及预留预埋工程等。隧道交通工程设施配置标准见《公路隧道交通工程设计规范})JTG／TD71—2004附表。
2 隧道交通工程的设计
2.1 标志、标线设计
(1)设计原则
1)根据隧道交通工程分级以及沿线标志、标线设计状况，确定标志、标线的规模。
2)满足简洁明了、可视性好的要求；旨在加强驾驶员在公路隧道内安全行车的意识。
(2)主要标志、标线
包括隧道标志、限高标志、紧急电话指示标志、消防设备指示标志，行车、行人横洞指示标志，紧急停车带标志、疏散指示标志和道路标线、轮廓标、诱导标以及突起路标。
2.2 交通监控设施
交通监控设施主要包括交通监测、交通控制及诱导设施等。
(1)设计原则
以交通安全为原则，尽可能避免二次事故；从实用性、可靠性、可维护性方面进行系统设计；依据隧道交通工程的分级确定其配置标准。
(2)主要交通监测设施
1)车辆检测器：主要用于自动监测隧道内的交通参数，为制定交通控制方案提供依据。
2)摄像机：主要用于监视隧道内的交通运行状况，并对交通事故以及火灾报警信息给以确认，为中央控制室值班人员处理交通事故提供最直接、最直观的依据。
3)视频监视控制设备：主要包括监视器、录像设备、视频切换矩阵和视频分配器等。视频监控设备主要用于显示、存储、控制隧道现场视频信息，便于值班人员管理、指挥隧道交通。
(3)交通控制及诱导设施
为保证车辆安全行驶，提高通行能力，在公路隧道设置交通检测控制与诱导设施。
交通控制及诱导设施主要包括交通信号灯、车道指示器、可变信息标志、可变限速标志以及交通区域控制单元等外场设备。
2.3 通风与照明控制设施
通风与照明控制设施主要包括环境检测及通风控制设施、亮度检测及照明控制设施。
(1)设计原则
以交通安全为原则，合理节约能源；依据交通工程分级确定通风和照明控制方案。
(2)主要设施
通风控制设施必须具备正常工况条件和火灾工况条件的通风控制功能；通风环境检测设施包括一氧化碳检测器(CO)、能见度检测器(VI)和风速风向检测器(WS)。
照明控制设施包括亮度检测器和照明设备，具备正常照明条件下和应急照明条件下的照明及控制功能。
2.4 紧急呼叫设施
紧急呼叫设施是在隧道出现交通异常或行车事故情况下，为事故现场和控制室之间提供通讯联络。紧急呼叫设施包括紧急电话和有线广播设施。
2.5 火灾报警、消防与避难设施
(1)设计指导思想
1)根据交通工程分级，确定设施规模；火灾报警设施设计注重火灾检测的准确性、实时性。
2)消防与避难设施设计以逃生及自救为主、灭火及救援为辅。
(2)主要设施
1)火灾报警设施包括火灾探测器、手动报警按钮以及火灾报警控制器。火灾探测器的探测范围覆盖整个隧道；火灾报警控制器提供报警信息输出接口。
2)消防设施主要包括灭火器、消火栓、固定式水成膜泡沫灭火装置、隧道消防给水及管道；消防设施布置间距根据保护半径来确定，一般不大于50 m，水枪的充实水柱不小于10 m，每支水枪的流量不小于5 L／s；固定式水成膜泡沫灭火系统的泡沫液浓度3％，喷射时间不小于22 min；隧道消防给水应满足消火栓、水成膜泡沫灭火装置所需最低水压和水量的要求。
3)避难设施包括人行横洞和行车横洞。
2.6 供配电设施
供配电设施主要包括供电和配电两部分。
供配电设施设计指导思想：注重安全性、可靠性，合理利用能源和确定电力的负荷等级，根据交通工程分级，确定供配电系统的规模。
2.7 中央控制管理系统
中央控制管理系统是交通工程设计的重点，从实用性、可靠性、可维护性等方面进行系统设计，注重提高隧道的管理水平，以提供優质服务为目的。
隧道的通風、照明、防火和交通监控等系统都是隧道综合监控系统的子系统，各系统管理操作过程都由事先编好的软件和设计好主控机的接口电路，由计算机自动完成。
中央控制管理系统主要包括系统功能与控制方式、中央控制室设施以及管理体制等。
(1)系统功能与控制方式
1)中央控制管理系统的功能：①接受各类设施送来的数据、视频及语音等各种信息，进行综合处理和协调控制；执行预置在计算机内的控制方案；具有与其它管理系统进行信息交换的接口。②以数据、图形、图像等方式显示隧道内外的交通情况及设备的运行情况。③完成数据备份、文档存储；进行查询、统计和形成报表；定时检测各设备的工作状态。
2)控制方式：依据监控设备的多少和信息量的大小，分为多级控制方式和集中控制方式。
(1)中央控制室设施
中央控制室设施包括计算机及其外设、信息显示和网络设备。
计算机设备包括交通控制及监视计算机、通风及照明控制计算机、紧急呼叫计算机、火灾报警及消防控制计算机、服务器及管理计算机等，这些计算机之间可以合并、互相备份和切换。
计算机设备的功能：①采集和处理交通基本信息、隧道内外环境信息，包括交通量、车速、占有率和一氧化碳浓度、能见度、风速风向、光亮度等。采集各类设施的数据信息和状态信息；通过有线广播设施发布语音信息。②向可变信息和可变限速标志、中央控制室的显示设备提供显示信息。③向各类设施提供各种控制信息，包括风机控制信号、照明控制信号。④向控制室提供设施状态和报警地址、时间信息，用于设施状态指示和自动切换视频图像。⑤完成网络管理功能、数据信息存储，进行系统日常维护。
(3)管理体制
管理体制设计内容包括管理机构、人员以及设备的配置。
根据隧道交通工程分级，设置与之相适应的管理体制，A、B级隧道宜设置独立管理机构，C、D级隧道可并人附近的公路管理机构。
综合考虑管理人员配置，交通工程、自动控制、计算机、电气等技术人员要满足全部设施的日常运行和维护、养护需要；行政人员可根据所在地行政机关具体要求进行设置。
根据隧道管理的需要，配备与管理和维护相适应的工具、设备等。
3 公路隧道交通工程设计存在的问题
3.1 火灾自动报警系统
由于隧道内的烟雾和灰尘比较大，感烟型火灾探测器不适用于隧道工程已达成共识；但采用的线性感温电缆、空气管差温探测器、分布式光纤感温探测器及双波长火焰探测器，都存在响应时间长、性能不稳定的缺陷，交通事故或火灾往往都是摄像机首先发现的，起不到应有的火灾自动报警功能，需要进一步研究解决设计方案和产品方案。
3.2 系统设计存在的问题
设计中只考虑隧道长度和交通量，没有考虑事故和火灾发生的概率；交通组成、交通量增长的预测，由于客观和人为因素的影响，预测不准确，致使设计系统规模偏大，可能造成浪费。
通风计算与设计参数的取值，缺乏可靠性研究；通风方式大多采用纵向式通风，需要对多单元、组合式通风进行研究；如何兼顾正常运营通风、阻塞通风和火灾时通风，也值得设计斟酌。
监控设施特别是环境检测设施的布置问题，是按火灾分区还是以正常工况分区，如何检测污染浓度的极值点问题，需要深入研究。
智能化水平低，交通运营状态依赖于闭路电视监视，既不能依据交通信息进行自动识别和报警，也不能预先诱导；通风控制依据CO／VI(能见度)的检测值，不能做到预控；照明控制按天气和时间段进行分级控制，不能做到任意点的自动控制；初期设计考虑光通量随时间衰减问题，致使初期照明亮度很高，增加了运营成本。
火灾时与堵塞时的交通组织与诱导研究不够，预防措施不力。
3.3 隧道内设置无线通信的必要性
目前国外的公路隧道大多都设计了无线通信设施，我国对此尚无具体规定，与现代化智能化的标准有一定的差距，也不利于行车安全，需要完善这方面的规程规范。
4 结束语
公路隧道作为公路路线的基本组成部分，与公路建设同步发展，随着高等级公路的跨越式发展，公路隧道修筑规模越来越大，其交通工程的作用也越来越受到人们的关注。为了确保公路隧道内行车安全、运营畅通和维持一定的服务水平，交通工程的设计与完善必须给予足够的重视。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：交通工程；隧道；设施配置；设计
Abstract: in order to ensure highway tunnel safety and operation in clear and maintaining a certain level of service, the traffic engineering design and perfect must give enough attention. This paper briefly describes the tunnel traffic engineering design of the guidelines and principles, and to the tunnel traffic safety, function, disaster prevention and disaster relief services traffic management, and other aspects of the design were analyzed in detail.
Keywords: traffic engineering; Tunnel; Facilities configuration; design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1 概述
为了搞好公路隧道交通工程的设计，首先必须明确公路隧道交通工程设计的“指导思想和原则”，确定公路隧道交通工程分级与设施配置的标准。
1.1 公路隧道交通工程设计的指导思想和原则
公路隧道交通工程是公路及公路路段交通工程的重要组成部分，是发挥公路经济效益，保障隧道内车辆行车安全必不可少的配套设施，也是公路现代化智能化的标志之一。
按照我国的国情，公路隧道交通工程的设计，应贯彻“坚持以人为本，树立全面协调可持续发展的科学观”，强调“六个坚持，六个树立”的设计新理念。即“坚持以人为本，树立安全至上的理念；坚持人与自然相和谐，树立尊重自然保护环境的理念；坚持可持续发展，树立节约资源的理念；坚持安全第一，树立公众满意的理念；坚持合理选用标准，树立设计创作的理念；坚持系统论的思想，树立全寿命周期成本的理念”。
公路隧道交通工程的设计，应遵循“保障安全，提供服务，利于管理”的总原则，依据公路的功能、等级、交通量及隧道长度等确定规模和标准，满足安全实用、质量可靠、经济合理、技术先进的要求，充分体现以人为本，安全第一，服务为基础，环保经济和便于管理等要求，从而达到“安全，环保，舒适，和谐”的总目标。
1.2 公路隧道交通工程分级
公路隧道交通工程分级是根据隧道长度和设计年度隧道单洞平均日交通量两个因素划分为A、B、C、D四级，具体见图1。
图1 隧道交通工程分级示意图
1.3 隧道交通工程设施配置标准
隧道交通工程设施配置遵循以下原则：
根据隧道交通工程分级，设施采用前期配置、后期视技术发展和交通量增长情况逐步完善；长度1 km以上的公路隧道各类设施的配置规模应根据预测交通量进行总体规划设计，并据此一次性征用土地和实施基础工程、地下管线及预留预埋工程等。隧道交通工程设施配置标准见《公路隧道交通工程设计规范})JTG／TD71—2004附表。
2 隧道交通工程的设计
2.1 标志、标线设计
(1)设计原则
1)根据隧道交通工程分级以及沿线标志、标线设计状况，确定标志、标线的规模。
2)满足简洁明了、可视性好的要求；旨在加强驾驶员在公路隧道内安全行车的意识。
(2)主要标志、标线
包括隧道标志、限高标志、紧急电话指示标志、消防设备指示标志，行车、行人横洞指示标志，紧急停车带标志、疏散指示标志和道路标线、轮廓标、诱导标以及突起路标。
2.2 交通监控设施
交通监控设施主要包括交通监测、交通控制及诱导设施等。
(1)设计原则
以交通安全为原则，尽可能避免二次事故；从实用性、可靠性、可维护性方面进行系统设计；依据隧道交通工程的分级确定其配置标准。
(2)主要交通监测设施
1)车辆检测器：主要用于自动监测隧道内的交通参数，为制定交通控制方案提供依据。
2)摄像机：主要用于监视隧道内的交通运行状况，并对交通事故以及火灾报警信息给以确认，为中央控制室值班人员处理交通事故提供最直接、最直观的依据。
3)视频监视控制设备：主要包括监视器、录像设备、视频切换矩阵和视频分配器等。视频监控设备主要用于显示、存储、控制隧道现场视频信息，便于值班人员管理、指挥隧道交通。
(3)交通控制及诱导设施
为保证车辆安全行驶，提高通行能力，在公路隧道设置交通检测控制与诱导设施。
交通控制及诱导设施主要包括交通信号灯、车道指示器、可变信息标志、可变限速标志以及交通区域控制单元等外场设备。
2.3 通风与照明控制设施
通风与照明控制设施主要包括环境检测及通风控制设施、亮度检测及照明控制设施。
(1)设计原则
以交通安全为原则，合理节约能源；依据交通工程分级确定通风和照明控制方案。
(2)主要设施
通风控制设施必须具备正常工况条件和火灾工况条件的通风控制功能；通风环境检测设施包括一氧化碳检测器(CO)、能见度检测器(VI)和风速风向检测器(WS)。
照明控制设施包括亮度检测器和照明设备，具备正常照明条件下和应急照明条件下的照明及控制功能。
2.4 紧急呼叫设施
紧急呼叫设施是在隧道出现交通异常或行车事故情况下，为事故现场和控制室之间提供通讯联络。紧急呼叫设施包括紧急电话和有线广播设施。
2.5 火灾报警、消防与避难设施
(1)设计指导思想
1)根据交通工程分级，确定设施规模；火灾报警设施设计注重火灾检测的准确性、实时性。
2)消防与避难设施设计以逃生及自救为主、灭火及救援为辅。
(2)主要设施
1)火灾报警设施包括火灾探测器、手动报警按钮以及火灾报警控制器。火灾探测器的探测范围覆盖整个隧道；火灾报警控制器提供报警信息输出接口。
2)消防设施主要包括灭火器、消火栓、固定式水成膜泡沫灭火装置、隧道消防给水及管道；消防设施布置间距根据保护半径来确定，一般不大于50 m，水枪的充实水柱不小于10 m，每支水枪的流量不小于5 L／s；固定式水成膜泡沫灭火系统的泡沫液浓度3％，喷射时间不小于22 min；隧道消防给水应满足消火栓、水成膜泡沫灭火装置所需最低水压和水量的要求。
3)避难设施包括人行横洞和行车横洞。
2.6 供配电设施
供配电设施主要包括供电和配电两部分。
供配电设施设计指导思想：注重安全性、可靠性，合理利用能源和确定电力的负荷等级，根据交通工程分级，确定供配电系统的规模。
2.7 中央控制管理系统
中央控制管理系统是交通工程设计的重点，从实用性、可靠性、可维护性等方面进行系统设计，注重提高隧道的管理水平，以提供優质服务为目的。
隧道的通風、照明、防火和交通监控等系统都是隧道综合监控系统的子系统，各系统管理操作过程都由事先编好的软件和设计好主控机的接口电路，由计算机自动完成。
中央控制管理系统主要包括系统功能与控制方式、中央控制室设施以及管理体制等。
(1)系统功能与控制方式
1)中央控制管理系统的功能：①接受各类设施送来的数据、视频及语音等各种信息，进行综合处理和协调控制；执行预置在计算机内的控制方案；具有与其它管理系统进行信息交换的接口。②以数据、图形、图像等方式显示隧道内外的交通情况及设备的运行情况。③完成数据备份、文档存储；进行查询、统计和形成报表；定时检测各设备的工作状态。
2)控制方式：依据监控设备的多少和信息量的大小，分为多级控制方式和集中控制方式。
(1)中央控制室设施
中央控制室设施包括计算机及其外设、信息显示和网络设备。
计算机设备包括交通控制及监视计算机、通风及照明控制计算机、紧急呼叫计算机、火灾报警及消防控制计算机、服务器及管理计算机等，这些计算机之间可以合并、互相备份和切换。
计算机设备的功能：①采集和处理交通基本信息、隧道内外环境信息，包括交通量、车速、占有率和一氧化碳浓度、能见度、风速风向、光亮度等。采集各类设施的数据信息和状态信息；通过有线广播设施发布语音信息。②向可变信息和可变限速标志、中央控制室的显示设备提供显示信息。③向各类设施提供各种控制信息，包括风机控制信号、照明控制信号。④向控制室提供设施状态和报警地址、时间信息，用于设施状态指示和自动切换视频图像。⑤完成网络管理功能、数据信息存储，进行系统日常维护。
(3)管理体制
管理体制设计内容包括管理机构、人员以及设备的配置。
根据隧道交通工程分级，设置与之相适应的管理体制，A、B级隧道宜设置独立管理机构，C、D级隧道可并人附近的公路管理机构。
综合考虑管理人员配置，交通工程、自动控制、计算机、电气等技术人员要满足全部设施的日常运行和维护、养护需要；行政人员可根据所在地行政机关具体要求进行设置。
根据隧道管理的需要，配备与管理和维护相适应的工具、设备等。
3 公路隧道交通工程设计存在的问题
3.1 火灾自动报警系统
由于隧道内的烟雾和灰尘比较大，感烟型火灾探测器不适用于隧道工程已达成共识；但采用的线性感温电缆、空气管差温探测器、分布式光纤感温探测器及双波长火焰探测器，都存在响应时间长、性能不稳定的缺陷，交通事故或火灾往往都是摄像机首先发现的，起不到应有的火灾自动报警功能，需要进一步研究解决设计方案和产品方案。
3.2 系统设计存在的问题
设计中只考虑隧道长度和交通量，没有考虑事故和火灾发生的概率；交通组成、交通量增长的预测，由于客观和人为因素的影响，预测不准确，致使设计系统规模偏大，可能造成浪费。
通风计算与设计参数的取值，缺乏可靠性研究；通风方式大多采用纵向式通风，需要对多单元、组合式通风进行研究；如何兼顾正常运营通风、阻塞通风和火灾时通风，也值得设计斟酌。
监控设施特别是环境检测设施的布置问题，是按火灾分区还是以正常工况分区，如何检测污染浓度的极值点问题，需要深入研究。
智能化水平低，交通运营状态依赖于闭路电视监视，既不能依据交通信息进行自动识别和报警，也不能预先诱导；通风控制依据CO／VI(能见度)的检测值，不能做到预控；照明控制按天气和时间段进行分级控制，不能做到任意点的自动控制；初期设计考虑光通量随时间衰减问题，致使初期照明亮度很高，增加了运营成本。
火灾时与堵塞时的交通组织与诱导研究不够，预防措施不力。
3.3 隧道内设置无线通信的必要性
目前国外的公路隧道大多都设计了无线通信设施，我国对此尚无具体规定，与现代化智能化的标准有一定的差距，也不利于行车安全，需要完善这方面的规程规范。
4 结束语
公路隧道作为公路路线的基本组成部分，与公路建设同步发展，随着高等级公路的跨越式发展，公路隧道修筑规模越来越大，其交通工程的作用也越来越受到人们的关注。为了确保公路隧道内行车安全、运营畅通和维持一定的服务水平，交通工程的设计与完善必须给予足够的重视。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。