科研项目可行性研究报告
高速公路（特大长）隧道群建设运营节能技术研究
可 行 性 研 究 报 告
2010年8月
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项目可行性研究报告编写内容
一、项目概要 .................................................................3 二、国内、外同类技术的现状及发展趋势 .............................................4 1、国内外的隧道节能减排及安全研究 .................................................... 4 2、国外的隧道节能减排研究 ........................................................... 4 三、研究、开发的背景、必要性 ....................................................5 1、项目研究、开发的背景 ............................................................. 5 2、项目实施的必要性 ................................................................. 5 （1）国家节能减排的需要 ........................................................... 5 （2）运营管理的的需要 ............................................................. 5 四、研究、开发实施方案（研究内容、技术关键、技术路线等） ............................6 1、主要研究内容： ................................................................... 6 （1）隧道通风节能智能控制技术研究.................................................. 6 （2）隧道照明节能智能控制技术研究.................................................. 6 2、主要技术路线： ................................................................... 7 （1）隧道通风节能智能控制原理 ..................................................... 7 （2）隧道照明节能综合技术 ......................................................... 7 五、考核目标和技术经济指标 .....................................................8 1、考核目标 ......................................................................... 8 2、技术经济指标 ..................................................................... 8 六、研究开发进度 ..............................................................9 七、承担单位、参加单位的工作基础及能力 .......................................... 10 1、参与单位 ........................................................................ 10 2、工作基础 ........................................................................ 10 八、经费预算及合理性 ......................................................... 11 九、经济和社会效益评估 ........................................................ 12 十、其他需要说明的问题 ........................................................ 13 十一、编写人员名单 ........................................................... 14 十二、编写单位意见： ......................................................... 15
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一、项目概要 按《山西省高速公路路网调整规划（2009-2020）》，到2020年，山西省高速公路路网将形成3纵11横11环，全省高速公路网通车里程达到约6300公里。目前，山西省高速公路通车里程已近2000公里，并有28个在建项目。按计划2010年内开工建设高速公路达到3000公里，并建成1000公里，使全省高速公路通车里程达到3000公里。 在通车运营的近2000公里高速公路中，有特长隧道8座，约36公里，长、中、短隧道100座，约68公里；在建和拟建的高速公路，更是路况复杂，隧道（尤其是特长隧道）较多，在建项目中，有隧道150座，其中特长隧道28座，超过10公里长的隧道3座，隧道建设的规模越来越大，其技术的需求层次也越来越高。而公路长大隧道和隧道群的建设运营能源消耗更是惊人，已通车运营的近2000公里高速公路，一年的隧道运营电费就达2000多万元。为此，隧道建设和运营过程中的节能降耗已受到和社会各界越来越多的关注，并已成为当今我省高速公路隧道建设和运营管理中的主要问题。新情况、新问题的出现对隧道群节能管理和研究提出了新的挑战。 十七大提出要把节约资源作为基本国策，发展循环经济，保护生态环境，加快建设资源节约型、环境友好型社会，促进经济发展与人口、资源、环境相协调。提高节能环保水平，落实节能减排工作，积极推进节能和环保技术。节约能源是形势发展的要求，公路建设选择隧道工程就是保护生态环境的重大措施，同时要做好隧道工程建设中的环保理念和技术研究开发及应用，并建设好示范工程，走资源节约型、环境友好型发展道路，实现可持续发展是当前我省乃至我国公路隧道建设和运营管理的一项重大课题。 针对高速公路长大隧道群的节能技术、设计方案和系统产品的研究迫在眉睫。为此，结合当前我省高速公路建设和运营管理的实际现状，我们拟开展《山西高速公路（特大长）隧道群建设运营节能技术研究》工作，以求对我省高速公路（特大长）隧道群节能管理提出一些建设性的指导意见，从而提高我省高速公路隧道节能的应用管理水平。 第 3 页
二、国内、外同类技术的现状及发展趋势 1、国内外的隧道节能减排及安全研究 交通部公路研究所对根据JTJ026．90《公路隧道设计规范》而设计的中梁山隧道和缙云山隧道进行了大量的现场实测。在进行实测时专门组成了交通量与车型组合完全相符合原设计条件的车流，且以设计车速通过中梁山和缙云山隧道，进行通风实效检验。通过对隧道现场的实际测试，在中梁山左线上坡隧道，当通风设施按照设计全部运行时CO浓度平均仅为42ppm(单向交通)和68ppm(双向交通)，该值为设计规定值150ppm的28％和45％。这一实际测试结果说明，在通常隧道正常运营情况下，将有大量通风设施处于闲置状态，造成大量能源的浪费。 2、国外的隧道节能减排研究 20世纪70年代，西欧、美国及日本等工业发达国家相续发生车辆尾气污染和光化学污染事件，由此开始了对车辆尾气污染物成分、排放强度及排放特征的研究，并在此基础上建立车辆污染物排放量的计算模式，其中最具代表性的是美国环保局(EPA)的MOBILE模型系列。MOBILE模型能得出各年、各车型的平均水平的排放因子，以及车辆的各种参数(例如发动机的排量，车辆的载重及自重)和环境参数(例如温度、湿度、气压及CO含量等)对排放的影响。 20世纪80年代以来，由于公路长隧道的建设以及公路隧道空气污染防治和隧道机械通风等方面的需要，美国联邦公路局(FHWA)以及福特(FORD)、通用(GM)汽车公司等利用公路隧道内测定的污染物来确定车辆排放的污染物。典型的研究成果有利用Allegeny公路隧道、Tuscarora隧道、Vancouvers Cassiar隧道和Gubrist公路隧道确定车辆排出污染物为CO、NOx等。 第 4 页
三、研究、开发的背景、必要性 1、项目研究、开发的背景 未来10年，我省在建和拟建的高速公路，路况复杂，隧道（尤其是特长隧道）较多，隧道建设的规模越来越大，其技术的需求层次也越来越高。公路长大隧道和隧道群的能源消耗惊人，一年的电费动辄数千万，为此，隧道运营过程中的节能降耗、车辆排放造成的环境污染问题受到和社会各界越来越多的关注，并已成为当今我省公路隧道运营管理中的主要问题。新情况、新问题的出现对隧道群节能管理和研究提出了新的挑战。 十七大向全党全国提出明确要求，要把节约资源作为基本国策，节约能源是形势发展的要求，公路建设选择隧道工程就是保护生态环境的重大措施，同时要做好隧道工程建设中的环保理念和技术研究开发及应用，并建设好示范工程，走资源节约型、环境友好型发展道路，实现可持续发展。 由此，针对高速公路长大隧道群建设运营的节能技术、设计方案和系统产品的研究迫在眉睫。 2、项目实施的必要性 （1）国家节能减排的需要 当前，我国正在积极推进节能和环保技术，走资源节约型、环境友好型发展道路。而公路长大隧道和隧道群的能源消耗惊人，一年的电费动辄数千万。所以，节约能源是形势发展的要求，公路建设选择隧道工程就是保护生态环境的重大措施，同时要做好隧道工程建设中的环保理念和技术研究开发及应用，建设好示范工程，走资源节约型、环境友好型发展道路，实现可持续发展是摆在我们交通建设面前在一大课题。国家发布的《节能中、长期专项规划》中，明确提出把交通运输以及绿色照明工程、通风节能工程作为节能的重点之一，如何有效降低交通能源消耗已迫在眉睫。 （2）运营管理的的需要 通过对公路长大隧通风、照明系统的节能控制研究，构造智能通风控制和照明控制系统；通过通风照明控制网络实现隧道风机、配电及灯具工作状态的实时监测管理，从而提高系统的稳定性，便于管理和维护。 第 5 页
四、研究、开发实施方案（研究内容、技术关键、技术路线等） 1、主要研究内容： （1）隧道通风节能智能控制技术研究 对通风系统的模糊控制模型、神经网络控制模型和专家系统控制模型等进行研究，解决射流风机、轴流风机的最优控制问题，建立通风系统的智能控制模型，使环境条件既满足规范的要求，又节约能耗，并尽可能保证风机的运转平衡，延长其使用寿命。 对不同长度的隧道、不同的机械通风方案的对比研究，找出各种工况下的机械通风最优设计方案。 图1隧道通风系统模型结构图 （2）隧道照明节能智能控制技术研究 一、对照明亮度控制研究，主要研究能根据天气变化、车速、车流量设置等运行参数进行自动控制的、可编程的隧道照明控制技术，解决现有的隧道照明控制模式存在的节能与安全的矛盾； 二、对照明灯具布置方式研究，适用于双洞隧道照明灯具的布置方式，结合洞口环境亮度、隧道长度、路面形式、车流量、车速、灯具的管理养护等情况，提出最佳的灯具布置方案； 三、对照明光源实验研究，通过实验研究节能光源的性能(衰减、使用寿命等)、节能光源在隧道中的应用和设计原则。 第 6 页
2、主要技术路线： （1）隧道通风节能智能控制原理 图2：隧道通风节能智能控制系统原理图 （2）隧道照明节能综合技术 一、依据隧道照明视觉特点，从隧道照明控制模式、运营安全及其他因素分析隧道照明节能的现状，提出隧道照明节能策略； 二、根据对环境亮度、能见度、车流量、照度、驾驶员视觉特性、安全行车等关系的分析，采用模糊控制等智能控制算法来实现隧道无级调光和照明节能的目的。 表1：100m碳烟透过率、视距、照度关系表 第 7 页
五、考核目标和技术经济指标 1、考核目标 1、提供山西省公路隧道通风节能智能控制模型与算法，长大隧道系统设计参考细则等； 2、提供山西省公路隧道照明节能智能控制模型与算法，长大隧道系统设计参考细则等； 3、发表相关学术论文4篇以上； 4、研究开发一套适合山西省高速公路长大隧道群节能运营的智能监控技术软件，并推广该研究成果。 2、技术经济指标 1、隧道通风节能智能控制模型与算法应考虑传统控制和现代智能控制优势，考虑横向机械通风、纵向机械通风等应用场合，并达到预期的性能指标； 2、隧道照明节能智能控制模型与算法应考虑传统控制和现代智能控制优势，考虑高压钠灯、无级灯、LED灯等各种光源应用场合，并达到预期的性能指标； 3、长大隧道群节能运营智能监控软件，应能综合配置各种应用算法，对各种算法进行各种参数优化配置；软件接口完全满足山西省高速公路联网监控技术规范。 第 8 页
六、研究开发进度 时间安排 2010年9月 全面启动课题研究。 完成隧道供电电源来源对比选择研究，提出针对特定隧2010年10月 道的供电设计的依据和原则。 采用计算机仿真及工程实践相结合的研究方式，研究隧2010年12月 道通风系统建设的风机类型选择、通风系统设计模式、通风系统的智能控制方式等内容。 采用计算机仿真及工程实践相结合的研究方式，以满足隧道照明安全为约束条件、以最优节能为目标，对比研2011年3月 究各种光源选择、灯具布置方式及照明系统的控制方式的节能效果，以此制定隧道照明系统的光源选择、灯具布置方式及控制方式的技术规范和设计方案。 结合山西省XX隧道的设计、施工，以此研究成果规范该2011年6月 隧道机电系统节能技术设计规范，推广节能技术和方案的应用，实现隧道运营节能的目标。 2011年9月 阶 段 课题结题评审。 第 9 页
七、承担单位、参加单位的工作基础及能力 1、参与单位 2、工作基础 第 10 页
八、经费预算及合理性 本项目总经费128万元，其经费构成见经费预算表 经 费 预 算 表 经费来源（万元） 经费支出预算（万元） 申请补助款 128 仪器、设备费 30 自筹 原、材料费 10 工程配套款 试验检测费 15 贷款 工时(台班)费 0 其他渠道拨款 人员工资 48 技术引进费 4.4 技术咨询费 10 培训、会议费 5 资料印刷费 2 税 金 3.6 管 理 费 2 合 计 合 计 128 第 11 页
九、经济和社会效益评估 本项目以满足山西省高速公路长大隧道群节能与安全智能监控系统要求为目标，项目成果将应用于高速公路隧道机电系统的设计和系统实施。本项目的研制成果，将提高山西省高速公路隧道节能与安全的应用管理水平，规范长大公路隧道供电、通风、照明系统的设计和建设，达到综合节能的目标。 第 12 页
十、其他需要说明的问题 无 第 13 页
十一、编写人员名单
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 姓 名 王晓林 刘清平 温炳 柴林墚 邵宗凯 李佳田 王晓东 工 作 单 位 省常委会城建环保工委 省交通运输厅重点办 省交通运输厅重点办 省常委会城建环保工委 昆明理工大学（昆明联诚科技有限公司） 昆明理工大学（昆明联诚科技有限公司） 昆明理工大学（昆明联诚科技有限公司） 职 务 主任 总经理 技术总监 技术专家 职 称 高工 博士 博士 教授 专 业 计算机 计算机 自动控制 自动化 计算机 自动化 第 14 页
十二、编写单位意见： 编写单位：(盖章) 负责人：(签字) 2010年 8 月 6 日 第 15 页
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