寧高高速公路機電工程低碳改造設計方案研究

第１１卷第２期現代交通技

年４月ａｐｒ．２０１４

時修雲（江蘇省高速公路經營管理中心，江蘇南京２１０００９）

摘要：依託寧高高速公路聯網收費改建工程機電分項工程，將綠色低碳設計理念貫穿於設計、施工和運營管理全

過程。研究表明，通過ｌｅｄ、太陽能發電等先進節能技術的應用，以及對ｅｔｃ等交安系統設計、施工組織管理和監控運營管理方法的優化，能夠達到顯著的節能減排效果。關鍵詞：

高速公路；機電工程；綠色低碳；優化設計

中圖分類號

文獻標識碼：ａ

文章編號

ｓｈｉｘｉｕｙｕｎ

寧高高速公路於１９９８年建成通車，為實現江按車型收費，對貨車實行計重收費。ｅｔｃ車道同時

蘇省高速公路南網聯網收費，需進行機電工程建設。

具備ｍｔｃ人工收費功能，可方便非常時期進行模寧高高速機電工程的低碳設計理念，是在確保通訊、式切換，如ｅｔｃ車道模式、ｍｔｃ車道模式、貴賓車監控、收費系統安全執行的基礎上，對交安系統設

道模式。其中交通量較大的主線收費站設２人２出計、施工組織管理和監控運營管理三方面進行節能共４個ｅｔｃ車道，全線ｅｔｃ車道數占全部車道數減排優化設計。通過綜合各項節能設計措施，依據

比例達到２７．２７％。

經濟、簡捷和實用的原則，實現機電工程的低碳功１．１．２　ｅｔｃ系統優化設計方案

能和目標

對現有的ｅｔｃ收費系統進行分析，評估其不同１交安設施低碳設計方案

部件的耗能效率。根據能耗評估結果，對各部件，如介面板、電源、ｃｐｕ主機板等，選擇相應的節能替１．１ｅｔｃ車道低碳設計

代產品。

ｅｔｃ車道能夠有效提高收費站節點過往車輛通

基於以上分析結果，在現有ｅｔｃ收費系統基礎行效率，是直接有效的節能減排措施［１－３］０上，進行系統優化設計，主要包括：訊號燈系統設計、

１．１．１ｅｔｃ車道設定現狀

顯示器系統設計、照明系統設計以及監控系統等。寧高高速公路採用封閉式聯網收費制式，聯合１．１３　ｅｔｃ車道節能效益

收費、統一拆帳。通過半自動人工收費節能效益計算指標

不停車收費（ｅｔｃ）的「組合式收費方式」，對客車

ｅｔｃ車道建設的主要指標要求歸納如下：

作者簡介：時修雲（１９６４一），男，江蘇南京人，高階工程師，主要從事高速公路工程建設管理工作。

第２期時修雲：寧高高速公路機電－ｒ￣ｅ，低碳改造設計方案研究７３

①每車道系統通行能力＞１２００輛／ｈ；②通過ｅｔｃ車道設計速度：３０ｋｍ／ｈ；

③系統讀卡識別率≥９９．９９％；④交易時間＜２５０ｍｓ。

相關測試資料結果表明，每一萬次ｅｔｃ交易，可節約３１４ｌ燃油消耗　。

（２）短期節能效益

交通量**２０１３年為日均按照４３．６７％為小客車，其中２０％小客車安裝ｏｂｕ計算，

圖２門架式情報板

一圖３風光互補設施

風光互補的太陽能供電系統的應用，不僅安全可靠性很高，而且節能效果顯著。７臺微波車檢與使用ｅｔｃ車道每年可節省燃油３３　１９７ｌ，減少ｃｏ２排放７９．６７３　ｔ。

（３）長期節能效益

交通量長期**至２０３２年達按

照５６．１２％為小客車，其中２５％安裝ｏｂｕ計算，每

年可節省燃油１４５０３９ｌ，減少ｃｏ　排放３４８．０９４ｔ。

１．２外場裝置低碳優化設計

１．２．１外場裝置設計方案

（１）外場裝置彙總

寧高高速公路外場主要裝置見表１：

表１外場裝置清單外場裝置

數量／套

數字高畫質遙控攝像機（道路沿線）

２８微波車輛檢測器

７載荷動態監測裝置ｌ門架式可變情報板（４車道）

４ｆ型單懸臂資訊發布屏（收費站前）３

太陽能供電裝置（風光互補）

２２（２）外場裝置節能優化設計

門架式可變情報板採用新型節能顯示屏，見圖

２。通過利用不同的發光器件三合一貼片燈外加專

用透鏡技術，可顯示１×１０個３２點陣漢字＋圖示或２×２０個１６點陣漢字＋圖示。

小功率裝置，包括沿線道路攝像機和微波車輛檢測器等，可採用風光互補的方式供電。晴天由太

陽能供電，陰雨天由蓄電池供電，風能補充的方式，見圖３。供電系統裝置留有臨時應急充電的介面，以便裝置維修，蓄電池容量可定時測判並通過相關的通訊介面將資訊傳輸到排程管理中心，實現系統裝置的智慧型化管理　。

１．２．２　外場裝置節能效益

常用的ｐ２０普通全彩ｌｅｄ可變情報板最大功

耗為６６００ｗ，新型的節能型情報板，最大功率小

於２４２０ｗ，正常使用按照半負荷能耗計算，４套節能型可變情報板每年可節電７３２３４ｋｗｈ，折合替代能源２５．６３ｔｅｅ。

攝像機共桿設定，每處採用２塊２４ｖ４８０ｗ太陽能板，蓄電池採用６０００ａｈ，能保持至少７　ｄ的電力

儲備，為微波車檢、道路攝像機等裝置供電。每處裝置按功耗４００ｗ計算，２２套太陽能供電裝置每年可節電７７０８８ｋｗｈ，折合替代能源施工過程低碳管理方案２．１原有道路外場裝置利用方案

原有道路北段２３．６ｋｍ中，每約１ｋｍ路側設有緊急**平台，中分帶設有人孔。隨著移動通訊的飛速發展，緊急**早已全部廢除，但過路管道仍

可以利用。工程實施過程中，對外場裝置位置進行調查，能移位利用的管道盡可能利用。在改建橋梁區域，利用橋頭施工開挖的基坑直埋鋼管解決部分橫向過路問題。

原有道路南段２２．３　ｋｍ改建工程採用路側邊坡

直埋矽芯管，外場裝置過路採用頂管方式。在對外

場裝置具體位置進行優化、合併調整後，部分利用

現有通道、橋梁繞道解決，對無法繞越的裝置線路，採用ｐｕ管降低管徑頂管或利用路面病害改造時機

開挖埋設鋼管的方法穿越。２．２外場裝置施工進度控制方案

寧高高速公路聯網改建工程是在不能中斷交通的高速公路上施工，因此，在聯合設計中，對受交

通安全影響的施工組織方案進行專項編制。機電工程的外設、線纜等施工進度要與主體工程同步，在封閉的半幅路段內進行，採用多點同時作業，避免安全風險，同時也減少施工過程的安全生產設施、裝置重複投入。

２＿３交叉工程整體設計及協調管理方案

寧高高速公路改建工程與鄰近機場高速公路擴建二［程存在部分交叉、合併、共用及銜接等。兩專案在秣陵排程管理中心內有諸多交叉，在工程設計過程中，需經雙方協調一致。

所有系統由寧高高速機電工程統一設計，預留介面，寧高高速作為乙個整體，所有系統可先期單

７４現代交通技術２０１４正

獨交工執行，機場高速的外設資料和資訊可以後期無障礙順利接人，避免重複、拆除和浪費，實現兩條路統一管理、排程指揮和安全運營。３監控系統低碳設計方案

３．１**監控系統

３．１．１監控大屏方案比選

（１）**監控系統應用現狀

通常高速公路的監控中心都建設大螢幕監視牆，從ｄｌｐ屏到液晶屏，裝置越來越先進。大螢幕監視牆在發揮監控顯示功能的同時，也有其不利的

一面，建設期投入資金較多、使用期有較高的能耗、

電費和配件費等，甚至許多監控中心的監控大屏常常都不開啟，只用操作台上的電腦顯示器顯示畫面進行監控。

（２）**監控顯示屏方案比選

寧高改建工程監控系統設計講求低碳、簡捷、實用，從運營管理的實際需要出發，對監控大屏方案進行比選研究。

①方案１：採用拼接顯示屏（普

通光源）

採用１８臺ｄｌｐ拼接顯示器，顯示面積約３０ｍ２，ｅｔ常監視由顯示大屏和操作台上的液晶監視器完

成。顯示屏採用普通高亮度投影燈泡，按每天８４

ｏ帕姍ｈ使用時間計算，燈泡壽命約２年，平均每年更換燈泡費用約４萬元。裝置總造價約２４０萬元。０５）一

②方案２：採用拼接顯示屏（ｌｅｄ

５光源）

採用ｌｅｄ光源，螢幕厚度薄，顯示效果好，色

彩鮮豔，清晰度高。ｌｅｄ光源具有均一度好，壽命∞

長。按每天８ｈ使用時間計算，ｌｅｄ燈壽命約５～６年，平均每年更換燈泡費用約０．５萬元。裝置總造價約

３４０萬元。

③方案３：採用５×１０×４２」液晶拼接顯示屏採用５０臺４２」液晶拼接顯示器，顯示面積約２６　ｍ　，色彩鮮豔，但拼縫較大，按每天８　ｈ使用時

間計算，液晶顯示器理論壽命可達１５年以上，使用壽命期內基本不需更換部件。裝置總造價約３００

萬元。④方案４：採用ｌｅｄ地圖板＋９×２．２銀幕投影設定２臺１０８０ｐ的投影儀和９×２．２投影幕，通過影象分割器實現投影的拼接，顯示面積約２０ｍ　，螢幕較為簡單，顯示亮度較低，清晰度相對較低。

交通運營狀況由交通控制計算機的液晶屏顯示，一旦有異常，地圖板將通過色彩警示，監控人

員可通過液晶顯示器調看影象，或根據需要開啟投影用大銀幕調看影象。該方案工程造價低、安裝簡便，使用壽命期內基本不需更換部件。幾種方案對比見表２。

表２大屏方案效果對比表

比較專案

方案１方案２方案３

方案４顯示面積／ｍ

３０３０

２６２０

色彩較暗；色彩鮮豔；色彩鮮豔；色彩較暗；

顯示效果分辯率分辯率分辯率分辯率相

較低較高較高對較低裝置造價，萬元３５後期維護費用／

（萬年　）０．２

全壽命週期費用／萬元

３８綜合考慮硬體系統投資和使用目標需求，方案４符合秣陵監控中心對甯高高速和機場高速監控顯示的裝置要求，也最能體現節能減排的思想，裝置造價最低，能耗最小，且後期維護費用也最少。

方案４與方案１相比，每年至少可節約用電折合替代能源５．０１ｔｃｅ，監控是全天候的，如果監控大屏只按每天１２ｈ開機計算，每年可節電２３２１４ｋｗｈ，折合地圖板＋大銀幕投影方案的優化

對優選出的ｌｅｄ地圖板＋大銀幕投影方案進行優化如下：

（１）ｌｅｄ地圖板優化

地圖板面板採用阻燃ｐｐｏ工程塑料，壓制成模組為鑲嵌式彩色馬賽克。靜態顯示線狀道路及周邊地形，顯示沿線互通及收費站，用ｌｅｄ燈帶顯示上下行車道。地圖板與監控軟體介面後能夠為操作人員實時提供交通量、車速、占有率

等交通狀況、收費車道運轉狀態、監控資訊顯示及報警等動態顯示。

（２）大銀幕投影優化

投影幕採用一塊完整的９　ｍ×２．２ｍ投影幕布，

材質為高畫質玻纖白塑，隱藏安裝在監控大廳的吊頂內，採用下卷式公升降系統，整體下放，可有效防止風擺引起的畫面波動及水波紋。投影儀採用固定安

裝的２臺４５００流明以上的工程投影儀，拼接後可以顯示約７ｘ２．２的影象（寬高比１６：１０）。

３．２監控管理系統３．２．１全程監控

（１）監控方法

排程管理中心連線兩條路的監控系統、通訊系

統、收費系統和電力監控等子系統，內設收費監控

第２期時修雲：寧高高速公路機電工程低碳改造設計研究７５

人員、道路監控人員、排程管理員，同時還為路政、交巡警等各方人員配備監控操作台，合署辦公，各司其職，聯動指揮。寧高高速沿線平均每２ｋｍ左右設１套數字高畫質攝像機，每台攝像機可遠端遙控觀察前後各１ｋｍ範圍，實時掌握道路狀況、交通狀況等，實現路段的全程監控。

道路監控人員利用道路沿線高畫質數字攝像機全程**監控的功能，對道路的運營狀況進行巡查。

結合９６７７７客服系統、ｇｉｓ地理資訊系統，一旦發生交通意外，或報警求救，排程管理人員可及時調看現場**，及時啟動事故應急機制，必要時與路政、交巡警聯動指揮，安排１２０急救、清障車輛迅

速前往事故現場救援，力求在最短時間處理事故車輛，疏散擁堵車輛或實行交通分流，保障高速公路的通暢　。

（２）監控效益

利用全程監控系統可實現遠端路況巡查和路產路權管理，交巡警和路政管理人員不需每天開車上

路巡查。按照路政和交巡警每天全程巡查一次，每

百公里油耗９　ｌ計算，每年可節省油耗６０３６ｌ，少排放集中監控

（１）監控方法

對收費站取消站級監控，採用集中監控的管理模式，統一由排程管理中心的收費監控人員監控各站車道狀況，檢視收費員工作狀況，檢視資訊異常的收費道口等，以最少的裝置和人員投入，保障收

費工作正常進行。收費站各車道設有車道攝像機，實時記錄通行車輛影象，同時可進行車牌識別；收費亭內攝像機，保障文明收費；收費廣場攝像機，

掌控廣場安全和車輛擁堵情況。上述**檔案由收費站本地儲存，排程管理中心實時監控，也可遠端

呼叫　。

（２）監控效益

採用集中監控，避免了各收費站建設監控系統，此項措施至少可減少３００萬元裝置和裝修投入，少投人監控人員２０人，可以有效地實現管理規模化和集約化，降低運營管理期間可觀的人力資源成本

和能耗。３．２．３電力監控

（１）監控方法

沿線５處收費站、１處養排中心，變電所採取

無人值守的管理，只在南京主線收費站設１處電力控制室有人值守，並負責全線的電力安全和管理。電力監控主機等裝置可實現對各變電所電力監控裝置（高、低壓測控單元、低壓智慧型無功補償控制器、

ａｔｓ控制器、變壓器溫控儀、發電機控制屏、ｕｐｓ等）進行遙測、遙控，實現變電所**監視子系統的監

視、控制、錄影等功能。電力監控的**和影象在本地儲存。監控中心所設的電力監測功能可調閱和檢視相關監控資訊。

（２）監控效益

實施電力監控，不需要每個站都配電工，按照每個站點２個人輪流值班的最少配置，至少可少投

人電工１０人。４結論

寧高高速公路聯網收費改建工程中，節能減排的思想貫穿於設計、施工和運營管理全過程，得到如下結論：

（１）通過ｅｔｃ系統的優化設計，能夠有效提高收費站運營效率，達到節能減排效果。

（２）目前**監控屏顯應用案例較多，通過對４種常用方案的比選，確定了ｌｅｄ地圖板＋大銀幕投影方案的實用性和低碳優越性。

（３）在施工過程中通過對於原有道路外場裝置的應用、施工組織方案的優化設計，以及交叉工程的協調管理，能夠有效減少施工能耗，達到節能減排的目的。

（４）道路全程監控和收費集中監控的管理方案，是運營期節能減排的有效手段。

寧高高速機電工程的低碳設計方案是多年來高速公路建設和運營管理過程中經驗的積累，也是目

前前沿節能技術的成功應用，可為其他高速公路建設提供參考。

參考文獻

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實現［ｊ］．公路交通科技

［７］高連用．高速公路集中監控模式**［ｊ］．中國科技信

息（收稿日期

寧高高速公路機電工程低碳改造設計方案研究

高速公路機電工程建設管理

高速公路機電工程施工總結

高速公路機電工程通訊系統技術方案

寧高高速公路機電工程低碳改造設計方案研究

高速公路機電工程建設管理

高速公路機電工程施工總結

高速公路機電工程通訊系統技術方案

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