机

电

工

程

培

训

材

料

安徽皖通科技股份有限公司

马鞍山长江公路大桥MQ-JD01标项目部

2014年7月3日

马鞍山长江大桥机电设备培训

1、管理

1.1 管理机构

马鞍山长江公路大桥归属于安徽省高速公路控股集团有限公司（以下简称“集团公司”），其营运管理包含高速公路运营管理和长江大桥养护管理两方面的内容，对应的管理机构也单独设置，具体如下：

1、高速公路运营管理

根据集团公司的整体规划，马鞍山管理处负责完成马芜高速马鞍山段、马鞍山大桥及接线、马鞍山东环高速的日常运营管理和收费工作，下辖各路段的收费站、服务区、养护排障工区。因此，马鞍山大桥及接线的监控、收费、通信三大系统接入马鞍山管理处，沿线的郑蒲港收费站、太白岛收费站、采石矶收费站、皖苏博望收费站、太白岛服务区、郑蒲港养护排障工区均由马鞍山管理处统一管理。

2、长江大桥养护管理

马鞍山大桥在太白岛互通处设置1处大桥管理处，负责长江大桥的日常养护级安全保障工作。参照安庆长江大桥有限公司的职责，大桥管理处下设综合部、工程技术部、安保部、监控室等部门，并管辖大桥养护工区和大桥陈列馆。

1.2 管理

1、高速公路运营管理

高速公路运营管理的管理分为三级，具体如下：

集团公司总中心（监控、收费、通信总中心）

↓

马鞍山管理处（监控、收费、通信分中心）

↓

基层管理单元（外场监控设施、收费站、通信站）

2、长江大桥养护管理

长江大桥养护管理的管理也分为三级，具体如下：

集团公司大桥管理处

↓

马鞍山大桥管理处

↓

基层管理单元（大桥安防设施、大桥陈列馆）

1.3 管理职能划分

马鞍山管理处负责马鞍山大桥及接线的三大系统的运营管理，主要业务包括：普通路段及大桥桥面交通监控、通行费收取、路政稽查，普通路段养护等。

而大桥管理处负责完成长江大桥的日常养护及安全保障等工作，主要业务包括：大桥工作环境（风速风向、结构温度、车辆荷载等）监视、桥梁健康状况监测、江面航道监视、桥梁日常巡检、桥梁防灾及养护等。

马鞍山管理处和大桥管理处共同分担马鞍山大桥及接线的运营管理业务，其中大部分业务可以明确分开承担，但是也有部分业务需要两个管理处在工作中协调一致、统一行动。为此，马鞍山大桥机电工程在建设时完成了马鞍山管理处与大桥管理处的横向沟通，通过光纤将两个管理处的万兆以太网交换机互联。在两个管理处需要协同工作时，可在二者相互的授权下实现部分视频、录像、监控数据的共享，增强联动的效率。

2、监控总体方案

监控系统主要包括道路交通状况监控和长江大桥安全保障两方面的内容，根据管理职能划分分别接入马鞍山管理处和大桥管理处进行管理。监控系统组成如下图所示：

图1 监控系统组成图

3、道路交通状况监控

3.1 网络结构

道路交通状况监控部分的传输方向是马鞍山管理处，其监控数据和视频采用统一的IP传输网络。

马鞍山管理处内设置1套万兆以太网交换机作为汇聚层，马鞍山管理处、道路沿线的收费站和外场通信节点分别布置工业级千兆以太网交换机组成接入层，用于周边外场监控设备的接入，其中外场通信节点有左汊北塔下横梁、左汊中塔下游塔柱T3节、左汊南塔下横梁、右汊中塔下横梁。：

1、郑蒲港收费站、太白岛收费站、采石矶收费站、皖苏博望收费站的千兆以太网交换机通过SFP光纤模块直接连至采石分中心内的万兆以太网交换机，同时这几个站的千兆以太网交换机还分别接入通信系统，通过通信系统与采石分中心内的万兆以太网交换机建成备用路由。

2、考虑到马鞍山管理处与采石矶收费站同址设置，附近的监控数据和视频直接传入马鞍山管理处，在马鞍山管理处设置1套千兆以太网交换机完成接入，再通过千兆电口连接万兆以太网交换机。

3、为加强外场通信节点接入的可靠性，系统在马鞍山管理处又单独设置1套千兆以太网交换机，与外场通信节点的千兆以太网交换机组成光纤环网。该千兆以太网交换机通过千兆电口连接万兆以太网交换机。

4、万兆以太网交换机通过布线系统分别与各职能计算机相连，并通过千兆电口实现与马鞍山管理处华三5800中心视频以太网交换机的数据交换，通过万兆光模块实现与大桥管理处万兆以太网交换机的数据交换。

3.2 系统组成

马桥路段的道路交通状况监控包括交通监控系统、视频监控系统、桥面广播系统以及接入马鞍山管理处所需的接口设备、终端设备等。

3.2.1 交通监控系统

交通监控系统主要接收外场检测设备采集到的数据，进行数据信息的分析、处理，并以此为依据制定相应的控制方案，从而控制外场显示设备显示限速、警告、交通拥挤等有关信息。

系统的外场设备主要包括可变情报板、气象检测设备、高清卡口等，布设方案如下：

1、可变情报板

（1）门架式可变情报板9套，位于3个匝道收费站及马鞍山东枢纽互通的两端。

干线门架式情报板

（2）悬臂式可变情报板2套，位于马东枢纽互通和皖苏博望收费站附近。

干线悬臂式情报板

（3）收费站可变情报板3套，嵌入安装于3个匝道收费站的雨棚前方。

收费站入口情报板

（4）服务区信息发布屏2套，安装于太白岛服务区两侧场区出口方向的路侧。

2、气象检测设备

（1）气象检测站1套，位于左汊主桥的。

左汊大桥气象站

（2）能见度检测器2套，位于右汊主桥桥头和皖苏博望收费站附近。

采石矶互通处能见度检测仪

3、高清卡口

为配合大桥危险品车辆管理，在太白岛互通和左汊大桥之间设置两套高清卡口，选用瑞典安讯士（AXIS）的高清摄像机和北京信路威的车牌、车型识别设备进行配合，分别负责上行、下行道路抓拍车牌及监测车流量、车速、车型等交通参数，与危险品车辆管理数据库的信息进行比对，提供预警信息。

太白岛互通处上下行高清卡口

所有交通监控的外场数据均通过数据光端机传入临近的收费站和外场通信节点，其中采石矶互通附近的外场数据直接传入分中心，气象检测站的数据传入左汊主桥中塔以太网交换机。系统在每个收费站和外场通信节点设置1套16路多串口服务器，将数据转换为以太网数据后接入各接入层的以太网交换机，然后上传至马鞍山管理处。

交通监控数据上传至马鞍山管理处后，由监控服务器完成数据的采集、分析、存储管理等，并通过相应的监控工作站进行人机交互，其中高清卡口控制工作站为本项目新增，其余均利用既有的工作站。

3.2.2 视频监控系统

视频监控系统主要用于道路交通状况的监视、交通事件的确认，为选择控制方案提供直观的依据。

马桥路段采用全程视频监控的模式，主要分为接线监控和主桥监控两部分：

1、接线监控：全部采用遥控摄像机，其中北接线和江心洲段按约1km的间隔进行布设，南接线按约1.5至2km的间隔进行布设。

2、主桥监控：全部采用固定摄像机，安装于下行道路的外侧，间隔约200米。

外场摄像机全部为200万网络高清摄像机，视频完全数字化，画质清晰且压缩比高。各路视频通过以太网光端机和光纤传输至附近的收费站和外场通信节点，接入视频以太网交换机，通过IP传输网络传输至马鞍山管理处。

干线遥控摄像机

道路监控视频上传至马鞍山管理处后，由视频监控平台（含服务器、工作站、大屏幕等）完成视频的显示、切换、控制、管理等。

视频存储采用分布式存储方式，马鞍山管理处和各收费站的视频以太网交换机处分别设置1套视频存储服务器，带多块2TB硬盘，用于接入视频的本地存储。

另外，在马鞍山管理处的万兆以太网交换机上连接1套流媒体服务器，用于视频的转发控制。

3.2.3 桥面广播系统

为加强长江大桥的行车安全性，采石分中心在马鞍山大桥的左汊大桥和右汊大桥主桥布设号角广播扬声器，用于对桥面道路区域进行广播。考虑广播所能达到的范围及音效，左汊大桥的桥面广播系统分8个音区，右汊大桥的桥面广播系统分4个音区。

当桥面发生阻塞、交通事故、灾害、车辆违章等情况时，桥面广播系统可向有关人员发布指令、通知，进行调度和组织疏散等工作。在正常情况下，可播放预录的提示信息和背景音乐。

系统采用全数字公共广播系统，设备间采用冗余光纤网连接。系统主要由中心设备、IP传输网络、功率放大器和终端扬声器组成，其结构如下：

图3 全数字广播系统结构图

1、中心设备

包括广播系统工作站、呼叫话筒、前置放大器，其中广播系统工作站部署广播控制软件，可以进行智能化分区、预编程处理、设备固件升级等系统配置，可对外场设备进行音量控制、分区切换、工作状态监测等；而呼叫话筒为音质非常好的网络型话筒，按压式讲话开关，可键盘选择音区，操作简单快捷。

网络触屏话筒实物图

2、IP传输网络

采用外场工业级以太网交换机环网组成传输通道。

3、功率放大器

完成单个音区内的数字音频信号输入，扬声器故障检测，状态显示功能，设置在主桥桥塔、锚室内的机柜中。

4、终端扬声器

采用号角扬声器，安装在桥面的照明灯杆上，间隔约60米，接入临近的数字功率放大器。左汊大桥使用50W号角扬声器，安装于道路两侧，错位布设；右汊大桥使用30W号角扬声器，安装于道路，成对布设。

左汊大桥50W喇叭上下行交错安装

右汊大桥30W喇叭成对安装

4、长江大桥安全保障

4.1 网络结构

长江大桥安全保障部分的传输方向是大桥管理处，其监控数据和视频也采用统一的IP传输网络。

大桥管理处内设置1套万兆以太网交换机作为汇聚层，外场通信节点分别布置工业级千兆以太网交换机或百兆以太网交换机组成接入层，用于周边外场监控设备的接入，其中外场通信节点有左汊北锚下游锚室、左汊北塔下横梁、左汊中塔下游塔柱T3节、左汊南塔下横梁、左汊南锚下游锚室、右汊中塔下横梁。

1、在大桥管理处单独设置1套千兆以太网交换机，与左汊北塔下横梁、左汊中塔下游塔柱T3节、左汊南塔下横梁的千兆以太网交换机组成光纤环网。该千兆以太网交换机通过千兆电口连接万兆以太网交换机。

2、左汊北锚和南锚下游锚室内的百兆以太网交换机通过光纤模块分别直接接入北塔和南塔下横梁的千兆以太网交换机。

3、在大桥管理处设置1套千兆以太网交换机，通过光纤模块与右汊中塔下横梁的千兆以太网交换机完成连接，再通过千兆电口接入万兆以太网交换机。

4、大桥管理处左汊、右汊视频接入的千兆以太网交换机通过千兆电口相连。

5、万兆以太网交换机通过布线系统分别于各职能计算机相连，并通过万兆光模块实现与采石分中心万兆以太网交换机的数据交换。

4.2 系统组成

长江大桥安全保障包括中心监控设备、大桥安防系统、江面广播系统、车辆限载系统以及桥梁健康检测等。

4.2.1 大桥安防系统

大桥安防系统主要完成对大桥设施周边和构造物主要入口监控点进行监视和控制，现场监控点设置如下：

1、大桥构造物入口：在桥塔的桥面入口、锚锭的锚室入口、钢箱梁两端的入口设置监控点，配置IP高清网络摄像机和双鉴红外报警器。桥塔的桥面入口采用固定摄像机，锚锭的锚室内外采用遥控摄像机，钢箱梁两端的入口采用遥控摄像机，共22套摄像机和20套双鉴红外报警器。摄像机带报警输入端，接入附近的双鉴红外报警器。

2、全景监视：左汊大桥三处桥塔上横梁各设置2台遥控摄像机，右汊大桥两处边塔顶部各设置2台全景摄像机，摄像机采用IP高清网络摄像机，采用角钢支架式安装。全线共10套。

3、江面监视：左汊大桥三处桥塔下塔柱各设置2台遥控摄像机，右汊大桥中塔附近检修道面向上下游航道各设置1台遥控摄像机，摄像机采用IP高清网络摄像机，摄像机的自带照明光源作用距离要求200米。采用角钢支架式安装，全线共8套。

大桥安防监控也全部为瑞典安讯士（AXIS）的200万网络高清摄像机，通过双绞线或以太网光端机接入附近外场通信节点的以太网交换机，然后上传至大桥管理处监控室。安防视频设置的IP，与采石监控分中心的传输网络分开设置。

安防视频上传至大桥管理处后，由视频存储管理服务器配备专业软件完成视频的调度、控制、管理等，并通过视频控制和保安监控工作站完成显示。

视频存储采用集中式存储方式，在大桥管理处设置2套视频存储服务器，用于完成所有接入的安防视频的存储。

另外，在大桥管理处的万兆视频以太网交换机上连接1套流媒体服务器，用于视频的转发控制。

4.2.2 江面广播系统

大桥管理处在左汊大桥和右汊大桥的主桥设置1套广播系统，用于对大桥附近江面的船舶、大桥安防区域进行广播。在江面航行船舶偏离航道、对桥墩等水中桥梁构造物造成威胁时进行警示，在安防区出现警情时对闯入者进行警告和驱离。在正常情况下，可播放预录的提示信息和背景音乐。

江面广播系统采用与桥面广播一样的全数字公共广播系统，结构雷同，其终端的号角扬声器分布如下：

1、左汊大桥三处桥塔下塔柱上下游面分别设置江面安全广播，共8套扬声器，每套扬声器额定功率为240W，分8个音区布置。

2、右汊大桥中塔下塔柱上下游面分别设置江面安全广播，共4套扬声器，每套扬声器额定功率为240W，分4个音区布置。

3、左汊大桥北锚、南锚的锚室外分别设置1套50W号角扬声器。

4、左汊大桥北塔、南塔钢箱梁入口各设置2套5W号角扬声器。

4.2.3 车辆限载系统

项目在跨江大桥主线两个方向设置北京替帝西的六车道限载高速动态称重系统，对通过大桥车辆的实载数据（轴重、总重、车型等）进行长期监测，并记录车牌照信息，建立超载车辆“不良行为记录”数据库，完善电子证据，将屡次超载的违法车辆信息通报给交警、路政等部门，实现信息交换和共享。同时为大桥结构健康监测、桥梁养护作业提供车辆实载统计数据，主要依靠出口计重收费和路网范围内超限运输综合整治来治理超载现象。

南岸的监测点位置选择在K20+540，位于右汊大桥和采石矶互通之间的引桥上；北岸的监测点位置选择在K35+110，位于左汊大桥和郑蒲港互通之间的接线桥梁上。两个监测点均在混凝土桥梁上，路面坡度小，有外场监控门架钢结构可用于安装车牌照抓拍摄像机。

郑蒲港互通处限载称重系统

称重传感器采用压电式，该传感器镶嵌于沥青面层内，表面与路面齐平，不影响车辆正常行驶，布置与车道等宽，避免漏检。压电式传感器可随路面车辙而变形，并在压力下输出电信号，经控制器采集后可分析出车辆的实载情况。一旦车辆超限，系统自动触发抓拍和车牌识别功能，并将该超限行为录入数据库。

4.2.4 健康监测系统

高速公路在役桥梁，随着环境条件的变化、大量超载车辆的运行、材料随时间的老化等因素的影响，桥梁的承载能力状态也在变化，桥梁承载能力状态的变化将直接影响其安全运营，状态的变化将可引起一些关键部位的特征参量（如应力、位移、振动、声）的变化。因此桥梁健康安全检测需要利用多种传感器进行复合检测，由多种检测设备构成完整桥梁检测系统。

大桥结构健康监测主要分为环境监测和结构响应监测两方面，其中环境监测主要采集桥梁上的风速风向、大气温度及温度，结构响应监测主要采集桥梁的主梁震动、应力/应变、索力、温度、位移、倾斜、竖向变形等。

系统由三个子系统组成：

1、传感器子系统：由各类传感器及传输线缆组成，用于大桥健康监测系统的数据信号输入。

2、采集与传输子系统：由数据采集单元、传输网络及相应软件构成，用于对传感器子系统的信号输入进行采集、预处理、保存并通过网络传输给数据处理与控制子系统。

3、数据处理与控制子系统：由系统服务器、结构健康监测工作站及相应软件构成，用于对前端采集传输过来的数据进行处理、分析、统计和显示，并对数据进行有效的管理。

4.2.5 桥梁除湿系统

马鞍山大桥的左汊主桥为三塔两跨悬索桥，结构成对称布置，主梁跨径为2×1080m，连接主缆分跨布置为﹙360+1080+1080+360﹚m。加劲梁采用扁平流线型钢箱梁，全宽38.5m（含风嘴）。

考虑到马鞍山位于安徽省东部、长江下游南岸，属北亚热带湿润性季风气候，季风明显，四季分明，气候温暖湿润，雨热同季，而且江面上湿度长期保持在较高水平，容易对桥梁的钢结构造成腐蚀，影响大桥安全。为此，项目在钢箱梁、锚室和索塔鞍罩内安装转轮除湿设备，以转轮干燥循环法合理有效的控制大桥内部的相对湿度和气流，确保大桥钢结构具有良好防腐性能。

除湿系统由除湿机、加压风机、混合箱、连接管道、电气盘、压力平衡系统和自控系统组成。经除湿机处理的干空气送至混合箱，在混合箱内混入一定数量的回风后，由加压风机送至各自的送风肋槽（或风管）送至远端。干风再回流至除湿系统的回风口，形成干燥空气在箱体内的有效循环，实现除湿的功能。

5、马鞍山管理处与大桥管理处协调配合

5.1 桥面发生重大安全事故时相互协作

马鞍山管理处负责道路监控，当主桥发生重大交通事故时，监控员可以经由桥面的固定摄像机无死角观察交通情况。并根据事故严重程度通知大桥管理处注意事故是否对桥梁结构造成影响。

例如：左汊大桥上行合肥方向发生重大交通事故，并引发车辆燃烧。这时，监控员在接到报警信息后，第一时间应当查看左汊大桥上行固定摄像机，找到发生事故的准确桩号。然后按如下步骤进行处理。

1、通知消防，交警，路政等部门赶往出事地点进行事故处理。

2、更改太白岛附近上行方向的门架情报板信息，及时提示过往司机前方发生重大交通事故。要求车辆在太白岛服务区或者收费站下道避让。

3、对于已经在桥面滞留的车辆，监控员应当使用左汊大桥路面广播系统，要求司乘人员及时下车，注意躲避车辆，并前往护栏外侧的安全区域避免伤亡进一步扩大。

4、若是大型化学品运输车辆发生交通事故或者大型车辆撞到主桥缆索，还需要及时通知大桥管理处，通过大桥管理处的大桥健康监测系统，判断事故是否对大桥结构造成影响，是否有必要进一步采取桥面双向封闭措施。

5.2 治超查超综合治理协作

大桥管理处部署了2处限载称重系统。分别设置在郑蒲港互通K35+140处，采石矶互通K20+540处。

限载称重系统的设立主要是为了确保大桥路面及结构健康。对严重超载的大货车进行车牌拍摄，超载重量统计，并形成黑名单记录在数据库中。

由于大桥管理处与马鞍山管理处通过万兆交换机光模块沟通，这些超载车辆的信息数据，马鞍山管理处可以实时调阅并可以根据需要通过集团公司内网将这些超载车辆黑名单下发到各个收费站，方便收费站点查超治超，让超载车辆在收费站领卡上路时，就被拦截下来拒绝通过。

后期待路警联合指挥系统建立后，交警也可以通过网络获取相关车辆的车牌信息。进而在源头加大车辆检查打击力度。避免超载车辆上路给路面造成损伤。下载本文