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让隧道更光明——隧道智慧化升级相关问题探讨
日期：2025-01-16 09:22 阅读量：914

转载于微信公众号“中国交通信息化”

隧道已成为数字化转型升级的重要场景


在加快交通强国建设的大背景下，我国已成为世界上公路隧道规模最大、数量最多、地质条件和结构形式最复杂、发展速度最快的国家，这不仅体现在隧道长度、埋深和断面尺寸的增长方面，建设难度和技术创新也达到了新的高度。据交通运输部数据，截至2023年末，全国公路隧道27297处、3023.18万延米，其中特长隧道2050处、924.07万延米，长隧道7552处、1321.38万延米。
随着我国交通建设事业的快速发展和技术水平的不断提高，山岭长大隧道、深水海底隧道不断涌现，特别是在不良地质以及复杂环境条件下的隧道建设取得了令人瞩目的成就，施工及运营管理技术不断提升，运营服务不断完善。
隧道作为高速公路关键节点，尤其隧道群通行环境复杂多变，已成为制约通行能力提升的瓶颈，是当前推动高速公路扩容增效、品质提升和数字化转型升级的重要场景。在大量隧道完成建设后，隧道的营运管理，也将面临一系列的问题，因隧道的类型、隧道地理环境、各地区管理模式等因素，隧道营运期的安全管理，还没有形成统一的运维模式，需因地制宜，采取具有针对性的营运管理、养护措施。
目前，隧道群安全运营管理面临诸多痛点问题：一是公路隧道群通行效率低，隧道是半封闭体，隧道洞口光线变换剧烈，黑白洞效应、侧壁效应严重，导致车辆频繁变速，并且降速通行，通行能力下降，事故高发，经常发生交通拥堵；二是隧道群融合感知能力不足，传统监测数据无法为精准管控提供依据和支撑；三是隧道群防灾减灾韧性不足，表现在防灾预警能力不足，火灾工况下烟雾蔓延区域大、控制精准度低，同时也缺乏先期应急处置手段；四是隧道群运营管控数智化水平较低，表现在交通运行管控手段实时动态性、灵活性不够，设备联动管控技术针对性不足，尚未形成体系，应急协同管控效果不明显，缺乏反馈优化机制等。
痛点也是契机，隧道数字化转型与智慧化升级，需要正视这些问题所在，深入分析，逐步多方面、多层次不断推进。

隧道提质升级具有现实需求

近几年，国家和各部委陆续出台了多项政策文件，积极推动公路隧道提质升级，促进隧道服务水平与公路交通数字化、网络化、智慧化相结合。《数字交通发展规划纲要》《交通强国建设纲要》《国家综合立体交通网规划纲要》等国家政策的提出，提出要实现运营管理智慧化转型、基础设施数字化升级、出行服务品质化提升的目标，为推进高速公路隧道安全防控、质效提升与创新发展提出了要求。
关于公路隧道安全运营和品质提升，交通运输部开展一系列专项行动，公路隧道安全高效运营管控成为行业工作重点。《关于支持引导公路水路交通基础设施数字化转型升级的通知》提出，推动基础设施智慧扩容，提升交通基础设施承载能力和通行效率；推动基础设施安全增效。《交通运输领域新型基础设施建设行动方案（2021-2025年）》提出，提升特长隧道、隧道群结构灾害、机电故障、交通事故及周边环境风险等监测预警和应急处置技术应用水平。《公路“十四五”发展规划》提出，逐步构建全覆盖全天候全要素路网运行感知体系，加强对交通流量、气象环境、突发事件、违法超限等信息的自动感知和主动预警。《“十四五”全国道路交通安全规划（2022年）》提出，以隧道、桥梁、长下坡、匝道等重点路段为突破点，加强视频视觉技术应用，推进路侧智能交通管控设施建设，实现交通违法和交通事件的自动发现、警示提醒。《关于进一步加强隧道工程安全管理的指导意见（2023）》提出，贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，坚持超前预控、全过程动态管理理念，全面加强隧道工程安全管理，有效防控重大安全风险。
除了国家和行业的政策背景，在公路交通转型发展需要的大背景下，公路隧道提质升级具有现实需求。

01

传统隧道机电系统已无法满足日益增长的服务和管理需求。传统的隧道机电系统在过去的十多年中对高速公路的运营管理起到了一定作用，但随着社会经济发展，高速公路交通流量迅速增长，尤其是随着人民生活水平的提高，对出行质量也提出了更高的要求，传统的隧道机电系统已难以满足新时代隧道运营管理、维护的需求。

02

资源要素刚性约束带来的交通行业高质量发展需要。当前高速公路建设成本不断攀升，土地、原材料、劳动力、环境等资源要素日趋紧张，以智慧扩容代替传统物理扩容模式，带动企业管理、技术创新应用，实现高质量发展，推动交通产业转型升级，是交通行业高质量发展的需要。

03

新一代信息技术与交通运输行业深度融合发展成为可能。随着物联网、5G、大数据及数字孪生技术等新一代信息技术的蓬勃发展，其与交通运输行业深度融合成为可能，加快实现交通强国建设重点之数字化转型，促进公路隧道智慧化管控。

面对政策支持和对安全效率提升的现实需求，隧道智慧化升级无疑已是题中应有之义。建设智慧化隧道，是落实国家“交通强国”战略的要求，建设人民满意交通的需要；也是提高隧道交通及运行效率的需要；还是提升隧道应急救援能力、提升公众出行幸福感和体验感的需要。

隧道智慧化升级路径探索

既有时过境迁的痛点，又有现实层面的需求，还有政策方面的支撑，行业内普遍意识到隧道智慧化升级的急迫性，也提出了很多切实的思考与建议。
中交第一公路勘察设计研究院有限公司金路公司董事长杨晓东提出，公路隧道智慧化要基于全息感知、数据挖掘、云平台分析、移动互联等先进技术，针对隧道管理中涉及的安全、畅通、节能、运维等业务需求，通过全要素感知、全业务管理、全方位服务等手段，提供软硬件一体化智慧隧道解决方案，打破业务壁垒，实现资源的有效整合、资源共享、业务协同、加强数据分析，提高辅助决策能力，构建安全可靠、便捷顺畅、经济高效、绿色集约、智能先进智慧隧道，实现隧道的智慧化管控、网络化协同、数字化服务，实现隧道运营的可视、可测、可控、可服务。他进一步提出，实现公路隧道智慧化要体现物理世界与数字孪生的数据协同、设施工况与感知研判的状态协同、主动管控与车路协同的融合协同、交通运行与行车环境的条件协同、交通调控与综合管理的业务协同等“五个协同”。
招商局重庆交通科研设计院有限公司副总经理兼总工吴梦军提出，从高速公路隧道群痛点问题需求出发，以数智化手段充分挖掘利用隧道既有设施效能，提升通行效率，增强安全风险识别预警、快速响应和联动处置能力，实现大流量隧道群“智慧扩容，安全增效”。他指出，智慧隧道包括全场景感知、全业务智能、全过程管控、全连接覆盖和全数据融合。
上海三思电子工程有限公司总工程师姜玉稀提出了基于“点-线-面”三级协同建设的智慧隧道解决方案，实现机电物联、数智一体，打造全天候隧道通行。与传统隧道机电管理中心相比，隧道数字化和智能化提升的目标是要建设数字孪生和业务应用系统为基础的智慧化隧道机电管理中心。
北京万集科技股份有限公司北京研究院院长、智慧公路技术总监武宏伟指出，当前隧道的智慧化建设首先需要根据隧道交通流量、长度、客货比和个性需求等因素，进行智慧化分级，以实现投资效益最大化。以路侧感知方案为例，根据公路隧道实际业务需求，总结出视频+高精地图融合感知、视频+激光间隔部署感知、激光+视频全域融合感知、ETG+仿真推演等四种方案，在实际项目中，根据隧道运行管理需求和问题解决需要，选取一种或多种感知方案应用，以有效满足各场景实际状况。
贵州中南交通科技有限公司技术总监杨焙认为隧道数字化转型、智慧化提升的本质，是围绕3个主题方向来展开的：一是解决营运安全问题，如何及时发现隐患、形成智能化预警，在发生突发事件时能够第一时间响应，按照标准的流程化处置，快速准确的响应联动，避免二次事故发生；二是围绕业主单位的精细化营运管理、养护管理，做好数字化转型支撑，包含节能算法的应用、验证和推广，设备的自动巡检、监测以及和管养平台的数据联动等；第三是要通过数据治理的手段，通过数舱展示、表单管理、分析报告生成等，形成数据分析及决策的辅助管理手段，为管理者提供便捷的信息化工具支撑。
隧道的数字化转型与智慧化提升，是一个多方面、多层次的过程，其目标和价值主要体现在三个方面：一是隧道智能监控管理风险防控的提升，通过隧道智能化策略及预案的联动管控，实现实时监测预警与预案体系联动的信息化，提前预判风险并实现闭合管控；二是公路隧道基础设施的运营效率提升，通过机电设备的健康状态监测、通风照明节能模型验证，实现隧道营运养护的精细化管控，达成降本提质的目标；三是隧道营运数据驱动的管理决策支持，通过建立隧道营运管理的业务标准化及数据交互共享机制，利用标准化的数据治理手段实现营运决策辅助。

隧道智慧化升级创新实践

为实现隧道运营管理更智能、更精准、更安全，多地已经积极推进隧道智慧化建设与落地。江苏太湖隧道通过基于数字孪生技术的路隧一体化云联智控平台有效解决了运营管理难题；深圳市南山区塘朗山隧道通过隧道设备设施数字化运维、重点车辆管控、自动应急处置、结构安全监测等几大核心应用，解决了日常运营存在的基础设施难监测、隐形病害难发现、风险车辆难监控等难题；秦岭天台山超长隧道群通过推广应用雾天智能行车诱导系统、全方位路况感知与预警系统等支撑了工程建设和后期运营管理；广西信梧高速打造了基于毫米波雷达实现精准感知隧道数字孪生安全管控系统；山东济青隧道群根据济潍智慧高速“智能管服、快速通行、安全保障、绿色节能、车路协同”五大体系要求，建设10座智慧隧道，包括雷达检测安全预警系统、隧道智能巡检系统、隧道车路协同系统、智慧隧道综合管控平台等。以下通过几个典型隧道群的建设实践探索隧道智慧化升级路径。

大娄山隧道群——“五位一体”的创新管理模式

大娄山隧道，全长10.5km，双向6车道，设计时速100km/h。贵州省第一、国内第二，仅次于全国最长公路隧道—终南山隧道。在其前后还有16座隧道，构成70km路段、42km隧道的典型高速公路隧道群。隧道占比达到60%以上，大娄山隧道穿越地质复杂，均为岩溶隧道，全隧穿越3条断层破碎带，最大埋深610m。隧道具有高瓦斯、岩溶、涌水等复杂不良地质，项目施工难度较大，且该路段存在长下坡、凝冻、团雾等特点，管理难度大，安全风险非常高。
隧道群面临超长隧道运营管控方面的难题。在这样一个管理养护难度大、运行安全风险高的路段，首先要考虑和解决的，是隧道群管理的安全问题。只有解决好“路、车、人”以及环境的关系，把各种监测数据和预警数据进行综合分析，才能得出最适宜的协同管理模式和流程标准，从而指导信息化平台软件的建设和应用。
大娄山隧道数字化转型提出了“智能研判、协同管控、实时监测、分级策略、应急处置”五位一体的创新管理模式，最终形成8大场景、26类事件、4个管控等级，联动29类设备，共计700多条分级分类场景预案管理策略及预案。
建设内容上，主要考虑从三个方面开展：一是在机电系统集成中尽可能采用当前新的设备和技术，如采取新一代红外监测技术对超温车辆进行预警，增加多光谱的火焰探测设备等，实现原来系统所不能提供的功能；二是对软件应用平台进行了重构，把全部数据、全部业务制定统一的标准，在技术层面和业务流程上进行打通，从而实现数据展示、业务联动的统一集成，并在此基础上规划了8个大的业务板块，在每一板块下再建立细分场景下的应用系统；三是在构建产品的同时，开展对于应急预案、节能算法、数据分析等领域的专题研究，引入了第三方专业机构，共同参与标准的制定和算法建模等工作，并确保这些技术能够在实际的应用系统中发挥作用。
在应用平台架构上，采用1+4+1+8的架构体系，即1张图指挥调度、4大业务场景、1个技术底座、8大类应用功能。从技术体系上，大娄山隧道的智慧化提升方案，沿用了交通行业的“云、网、边、端”基础架构，通过接入前端感知设备或边缘侧网关设备，获取相关数据，并实现对设备的管理控制。同时具备可扩展性，引入了“中台”理念，物联中台、数据中台、技术中台，实现技术底座的标准统一。其次，针对特长隧道和隧道群可能产生的业务需求，构建了业务应用平台的8大功能板块，并通过“一张图”实现数据的展示和监控中心的指挥调度。目标是要在“智能预警、调度协同、低碳节能、数字治理”这4类业务场景下，实现隧道营运管理的业务价值提升。
大娄山隧道群数字化转型围绕高速公路隧道营运管理“数字化、智能化、精细化、标准化、低碳化”的5大目标，实现高速公路隧道营运管理的安全提升、高效救援、养护提升、节能减排、数字治理、分级决策。实现对复杂地质超长大跨隧道群17个隧道的前端设备感知与管控、事件安全预警与监测、突发事件应急联动处置等隧道业务全流程闭环管控。并接入14种类型的设备，涵盖11456组设备。

雪峰山隧道——聚焦“123N”建设内容

雪峰山隧道位于湖南省怀化市，是G60沪昆高速重要组成部分，是湖南省最长高速公路隧道，至今已安全运营17年。雪峰山隧道属于湖南省内较繁忙路段，社会经济效益显著，但当前面临三方面的挑战：一是车流量逐年上升，交通事件频发，安全形势严峻；二是各个系统独立控制，缺乏数据交互和联动控制；三是对科学养护与高效管控的基础数据支撑不足。
在此背景下，雪峰山隧道智慧化提升项目聚焦1个平台（即雪峰山隧道智慧运维平台）、2项专题研究（即雪峰山隧道突发事件分区应急预案、雪峰山隧道通风控制方案）、3大应用场景（即数字设施、科学养护、智能控灾）、N项技术装备，从而解决基础数据支撑、专业化养护、应急处置等问题。
在数字设施方面，通过基础数据采集、设施解析编码、智能信息标签、数据资源库、轻量化建模、设备集成控制，构建“实体隧道”与“数字隧道”两个体系。科学养护要在既有的养护管理系统基础上，完善多维检测、状况评定、处治诊断、需求分析、养护决策、计划编制、效益评估等科学养护决策体系，提升养护工程实施的精准性、计划性和资金使用效益，践行养护工程全周期理念。智能控灾主要包括全息感知、专项管控、应急联动、品质服务四个环节。雪峰山隧道智能云平台构建集智慧交通、智慧安全防范、智慧运营养护为一体的智慧隧道系统，为隧道提供全面的感知、可靠的物联、高效的协同、智慧的应急，保障雪峰山隧道安全运行。
通过雪峰山隧道智慧化提升实践，得出如下结论：在役公路隧道数字化技术方法上，包括数据采集、资产解析编码、设备集中管控以及养护、运营数据资源体系，搭建实体公路和数字公路两个体系，基本实现隧道的一套模型、一套数据以及一套管理标准；在全要素检查及周期性养护决策体系上，构建包含多维检测监测数据采集、技术状况检测评定、养护需求分析、投资效益评估、规划计划编制等关键环节科学养护决策体系，提升养护工程实施的精准性、计划性和资金使用效益；在公路隧道重点车辆监控策略上，实现入隧车辆的监测、预警及联动控制，尤其是两客一危、超温车辆的监测，形成事前预防、事中管控、事后溯源的全过程、闭环管理体系；在监测预警、智能管控与防灾减灾体系上，完善全息监测网络，示范应用紧急停车带管控设施、柔性阻拦新型应急装备，数字化、流程化、与定制化应急预案，实现突发事件的监测研判、应急联动和辅助决策智能化，提升应急处置与韧性保通能力；在隧道集约型管理模式与运行机制上，聚焦突出大运营场景，构筑多维一体集约型数字化业务系统与规范体系。

京台高速福州段长隧道群

——长隧道群智慧运行管控解决方案

京台高速福州段长隧道群全长48km，其中分布了连续三处超过3km的特长隧道—天龙山隧道6.5km，牛岩山隧道9.2km，黄竹山隧道8.6km。由于其特殊的地理位置以及重要的社会经济作用，京台高速福州段存在节假日交通需求大、货车通行比例高、隧道群通行瓶颈多、交通事故拥堵时有发生等情况，社会各界极为关注，需要采用先进的技术解决问题。
2022年6月，福建高速集团以天龙山、牛岩山和黄竹山组成的长隧道群为试点路段，针对隧道交通事件感知被动、处置效率偏低、缺少智能化管控等问题，开展《高速公路长隧道群智慧运行和安全应急能力提升关键技术研究》，实践探索高速公路长隧道群智慧运行管控解决方案。通过布设软硬件感知设施，研发交通事件秒级响应、交通拥堵预测预警、多级动态分流诱导、应急联动处置等智慧预警管控算法，并在此基础上，综合考虑用户体验感，构建事故全过程处置诱导策略，集成长隧道群监管和应急救援系统，实现信息发布与多方联动，最终形成“感知-预警-处置-融合”全过程的长隧道群智慧运行管控解决方案。
透过多地实践探索可以看出，基于大数据、人工智能、物联网等技术的智慧隧道，为提升隧道安全保障能力、通行效率、服务水平等奠定了基础，智慧隧道建设成为我国从隧道大国迈向隧道强国的必由之路。当前全国公路隧道27297处，其中服役时间超过10年约37%，超过20年约8%，在役隧道智慧化升级改造成为未来发展的重点工作。

隧道数字化转型任重道远

我们可以大胆预测，打造开放互联、可持续演进的隧道智慧管控综合体将会是智慧隧道未来发展趋势。隧道智慧管控综合体包括系统集成的精细化管控：构建统一的操作界面，实现隧道业务数据共享和功能协同，提高隧道管理的效率和响应速度；绿色低碳下的节能减排：注重隧道的环保和可持续性发展，通过低碳节能算法的应用，实现隧道能耗降低与低碳减排；前沿技术创新应用管控：隧道管理应用先进的技术解决方案，提高数据处理能力，实现更加精准和实时的监控与分析；多源数据融合标准建立：建立统一数据标准融合机制，解决多源异构数据问题，促进智慧隧道互联互通和智能化升级；车路协同自动驾驶支持：随着车路协同和自动驾驶技术的发展，智慧隧道将提供必要的信息支持和基础设施建设，适应未来交通运营的需求。
当前，智慧隧道建设风起云涌，方兴未艾。未来，隧道数字孪生将打通专业壁垒、构建完整数字底座、形成开放生态。理想很丰满，建设的路却要走得踏实，一步一个脚印。隧道数字化改造升级，任重道远。愿所有隧道更光明！



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