一、项目名称
高速公路隧道不降速通行基础理论与安全保障技术及装备
二、提名者
凌文,中国工程院院士、山东省科学技术协会主席,系统工程专业
三、提名意见
本人认真审阅了“高速公路隧道不降速通行基础理论与安全保障技术及装备”项目提名书及附件材料,确认全部材料真实有效。
该项目以国家自然科学基金、山东省交通运输厅科技、重庆市科技局与国有大型企业科技攻关等项目为支撑,历经10余年联合技术攻关和工程实践,针对公路隧道通行效率低、运营风险大、运维成本高、管养维护难等行业痛点和数字化程度普遍较低的现状,系统性开展了理论-试验-研发-应用链条式研究工作,突破1项重大理论,首创4项关键技术,研发了系列关键技术装备和智慧化管控平台,实现了高速公路隧道的高效、安全、节能运维,助推我国公路隧道向低碳化、高效化、智慧化和本质安全转型。
该项目开创了基于人因工程的隧道不降速通行成套技术,解构了隧道风险耦合场时空演化机理,形成了大流量隧道复杂环境“行车跟踪-过程再现-风险推演”核心技术链条,首创了隧道能源系统控制协同优化技术,研发了面向高效安全的低侵入式隧道智能运维技术与系列装备,开发了公路隧道一体化管控和智慧能源管理平台项目获授权发明专利66项、实用新型及外观专利22项、软件著作权43件,出版专著3部,发表高水平论文98篇,主编/参编行业、地方及团体标准7部。
该项目总体达到国际先进水平,部分达到国际领先水平,填补了我国高速公路隧道不降速通行与低碳运营的技术及标准化空白,助力打造了世界首条零碳智慧高速公路,隧道不降速通行及能源系统控制协同技术分别入选交通运输部数字化转型及交通运输行业低碳推广目录,已推广应用于内的国内260余座公路隧道工程,累计直接经济效益5亿元,平均通行效率提升超20%,交通事故率降低20%,取得了显著的经济与社会效益,实现了我国公路隧道低碳、智慧运维技术的重大突破,有力促进了行业科技进步,壮大了交通运输行业的新质生产力。
四、提名等级
山东省科学技术进步奖二等奖
五、项目简介
公路隧道因特殊复杂的运行环境所限,车辆运行速度普遍较主线低20%以上,且存在明显的速度不协调问题,是交通事故频发的主要诱因。本项目以高速公路隧道不降速通行的实现及安全保障为目标,以数智技术应用为支撑,取得三项重大创新成果。一是提出隧道不降速通行基础理论,探明隧道黑白洞效应关键影响因素和动态变化特性,揭示隧道侧壁效应形成机理;二是首创隧道不降速通行成套安全设计方法,确定隧道侧向宽度最优设计指标,提出隧道出入口光伏减光棚最佳级配参数;三是研发隧道不降速通行安全保障系列技术及装备,低侵入式隧道智能运维系列机器人与逐级联控,有效保障隧道不降速通行下风险预控与主动安全水平。
六、主要知识产权和标准规范等目录
知识产权(标准)类别 | 知识产权(标准)具体名称 | 国家(地区) | 授权号(标准编号) | 授权(标准发布)日期 | 证书编号(标准批准发布部门) | 权利人(标准起草单位) | 发明人(标准起草人) | 发明专利(标准)有效状态 | 第一完成人是否为发明人(标准起草人) | 第一完成单位是否为权利人(标准起草单位) |
发明专利 | 一种基于自然光的隧道入口段照明装置 | 中国 | ZL202210264389.5 | 2023.08.25 | 国家知识产权局 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 万利;李振江;陈光勇;张长安;陶楚青;周逸凯;张欣欣 | 有效 | 是 | 是 |
发明专利 | 隧道减光棚照明设计优化方法 | 中国 | ZL202210792290.2 | 2024.11.12 | 国家知识产权局 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 万利;李振江;张长安;吴涛;陈光勇;周逸凯;张欣欣;陶楚青 | 有效 | 是 | 是 |
发明专利 | 一种隧道检修道立面标自动清洁装置及工作方法 | 中国 | ZL201810927128.0 | 2023.06.30 | 国家知识产权局 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 万利;张长安;沈佳佳;邵行;吴涛;胡瑶瑶;孟杰;张庆宁;宋京 | 有效 | 是 | 是 |
发明专利 | 一种隧道侧向余宽确定方法及系统 | 中国 | ZL202110217956.7 | 2022.08.09 | 国家知识产权局 | 山东省交通规划设计院集团有限公司;长安大学 | 李振江;万利;阎莹;张长安;孙昌海;陈光勇;王虹婷;周墨;刘革;辛朝 | 有效 | 是 | 是 |
发明专利 | 一种用于高速隧道洞口的光伏遮阳棚及光伏板的更换方法 | 中国 | ZL202310100523.2 | 2023.05.09 | 国家知识产权局 | 山东省交通规划设计院集团有限公司;长安大学 | 万利;李振江;阎莹;张长安;孙昌海;陈光勇;周逸凯 | 有效 | 是 | 是 |
发明专利 | 一种公路隧道应急预案自动生成方法、系统及装置 | 中国 | ZL201810926364.0 | 2024.01.26 | 国家知识产权局 | 山东正晨科技股份有限公司 | 王哲;童星;刘元鹏;陈晓鲁;颜国翠;刘宇博;韦凯;高鹤;冯雅卫 | 有效 | 否 | 否 |
发明专利 | 一种隧道路段驾驶行为谱构建方法及系统 | 中国 | ZL202211366776.6 | 2025.03.14 | 国家知识产权局 | 长安大学 | 阎莹;万利;刘昶成;张长安;李永庆;袁华智;孙昌海;李杰 | 有效 | 是 | 否 |
发明专利 | 一种高速隧道洞口的光伏遮阳棚优化设计方法 | 中国 | ZL202211296927.5 | 2025.02.25 | 国家知识产权局 | 山东省交通规划设计院集团有限公司;长安大学 | 万利;李振江;阎莹;张长安;孙昌海;陈光勇;周逸凯 | 有效 | 是 | 是 |
团体标准 | 公路隧道运营数据信息化管理标准 | 中国 | T/CECSGQ70-02-2024 | 2023.10.10 | 中国工程建设标准化协会 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司、山东省交通规划设计院集团有限公司、江苏沪宁高速公路股份有限公司、广西计算中心有限责任公司、重庆市华驰交通科技有限公司、甘肃交通规划勘察设计院股份有限公司 | 付立家;王少飞;万利;杨登松;王亚楠;黄永刚;潘红兵;杨桪;陈辅伟;陈珍;刘勇;陈光勇;谭明军;高旭;徐少林;李远哲;文龙;王强;覃琳;郝思文;刘效东;刘馥齐 | 有效 | 是 | 是 |
著作 | 公路隧道数字孪生与智慧运维关键技术 | 中国 | CIP2024SB7328 | 2024.12.1 | 人民交通出版社 | 山东省交通规划设计院集团有限公司、吉林大学等 | 万利;李志慧;栗红强;张长安等 | 有效 | 是 | 是 |
七、主要完成人
姓名 | 排名 | 行政职务 | 技术职务 | 工作单位 | 完成单位 | 对本项目贡献 |
万利 | 1 | 副总经理 | 研究员 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 全面负责项目研究工作,主要贡献为:(1)提出隧道不降速通行基础理论,为隧道不降速通行成套安全设计与保障奠定理论基础;(2)首创隧道不降速通行成套安全设计方法,提出隧道出入口光伏减光棚最佳级配参数;(3)研发了隧道不降速通行安全保障系列技术及装备。 |
阎莹 | 2 | 交通安全与环境研究所所长 | 教授 | 长安大学 | 长安大学 | 聚焦隧道通行环境的安全、绿色与舒适水平,系统开展关键参数优化与自适应研究。提出基于可解释的隧道中部侧向宽度安全设计方法,构建车速-心理负荷耦合模型,填补现有设计方法对驾驶负荷机制考量不足的问题。研发新型PC基光扩散材料与光伏减光棚建造技术,形成减光棚参数级配与动态照明调控方法,兼顾视觉顺应与绿色能效。提出自解释型光环境过渡设计方法,实现隧道不降速安全通行。 |
付立家 | 3 | 成果转化中心主任 | 教授级高工 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 负责新一代高速公路隧道智能管控平台研发,构建了隧道分区智能协同管控与突发事件应急联动控制预案体系。参与了多项行业、地方、团体标准编制。 |
张长安 | 4 | 隧道与城市空间设计研究院院长 | 高级 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 主要科技贡献包括:(1)主导构建了基于人因工程的隧道不降速运行环境成套设计技术,提出采用光伏遮阳棚设计方法解决光环境突变问题,可与光伏发电相结合以节约能耗;(2)参与协同构建隧道绿能自洽设计技术。 |
曹倩 | 5 | 无 | 副教授 | 吉林大学 | 吉林大学 | 主要贡献为:(1)主导研发低侵入式隧道智能运维系列机器人与逐级联控系统。(2)提出了火灾态势智能评估与应急联控技术。(3)设计了低侵入式隧道智能运维作业自动化调度优化控制方法。 |
高鹤 | 6 | 总经理 | 高级 | 山东正晨科技股份有限公司 | 山东正晨科技股份有限公司 | 主要贡献为:(1)提出了隧道光-储-用一体化智能调控体系,参与开发了基于粒子群优化的随机森林光伏发电预测模型;(2)研发直流并网控制器,提出面向多电源类型的隧道交直流混合型能源网架构。 |
李福忠 | 7 | 董事长 | 高级 | 山东三晶照明科技有限公司 | 山东三晶照明科技有限公司 | 主要贡献为:(1)提出了基于交直流混用的隧道发、用电体系;(2)研发了多脉冲集中直流供电设备,开发了基于直流供电的电力载波调光系统。 |
陈光勇 | 8 | 无 | 副高级 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 主要贡献为:(1)研制了隧道自动灭火系统和自动清洗装置,提出了隧道清洗机器人智能调度方法;(2)提出了基于自然光的隧道照明优化方法,进行了光伏棚洞工程应用研究。 |
孙昌海 | 9 | 院长助理 | 副高级 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 主要贡献为:(1)分析了隧道侧向余宽对侧壁效应的影响,提出了不同侧向宽度对隧道驾乘人员的行车安全影响的评价方案;(2)研发了一种隧道洞口光伏遮阳棚洞,创立了隧道洞口光环境随人眼感官变化的自然过渡理论体系。 |
吴涛 | 10 | 副院长 | 高级 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 山东省交通规划设计院集团有限公司 | 主要贡献为:(1)参与研发了隧道光伏遮光棚与太阳能光伏电站集成自适应技术及加强照明组合设计参数;(2)参与研发了低侵入式隧道智能机器人及作业调度优化控制;(3)协助第1完成人建立了公路隧道不降速通行成套安全设计方法。 |
八、主要完成单位
单位名称 | 排名 | 对本项目贡献 |
山东省交通规划设计院集团有限公司 | 1 | 针对公路隧道交通运行特点,聚焦运营管理突出问题,面向未来隧道建设需求,打造低碳智慧隧道解决方案,致力提升公路隧道综合管理能力与服务水平,保障运营安全,提升管养效率,降低运营成本,有力地推动隧道工程的智能化、低碳化发展进程。进行以下创新与应用。 (1)针对“逢隧必降速”行业难题,通过高速公路现场及实景仿真驾驶模拟技术研究,选择最优隧道侧向宽度;同时采取隧道洞口遮光棚洞等措施,应用交通安全综合管控和视觉诱导技术,消除“黑白洞效应”及“侧壁效应”对行车安全的影响。 (2)利用隧道口边坡、中分带、棚洞等资源布置绿色光伏能源,结合储能、能量转换、负载监控、保护装置及控制系统等设施实现供配电系统智慧化,助力隧道“零碳运行”。 (3)基于雷达与摄像机的多源事件精准监测技术,支撑隧道运营控制、应急、决策、服务能力的实质性突破,实现隧道车流量动态管控与事故分级预警;通过数字孪生与可视化展示,实时掌握隧道内车辆动态;应用隧道智能管控平台,实时发布隧道洞内运营状况,提高隧道路段车辆通行效率,保障行车安全。 (4)针对隧道内运维与管养风险高、成本大、效率低的突出问题,研发了自动巡检机器人、自动清洁机器人,打造面向高效安全的低侵入式隧道自动化运维系统,致力实现隧道全天候、全路段、全方位智能化运维与管养,显著提高管养效率并降低管养风险与成本,为隧道不降速通行提供安全保障。 |
山东高速基础设施建设有限公司 | 2 | (1)参与基于人因工程的隧道不降速通行技术研究与验证; (2)参与研究了隧道源荷互动的隧道能源自洽技术与洞口微电网技术的研究与应用; (3)参与了低侵入式隧道自动清洗、移动巡检、自动灭火机器人等设备的研发; (4)在济潍高速推广上述创新点的技术成果应用。 |
长安大学 | 3 | (1)深入研究高速公路隧道光生物效应动态演化规律,明确了驾驶人情境意识生成机制,建立了随时间序列变化的驾驶行为谱系,探究了驾驶人“认知-反应-决策”的微观行为过程与多维环境要素的复杂耦合动态关联,揭示了隧道黑白洞效应和侧壁效应的形成机理。 (2)创新性地建立了不同隧道侧向余宽下驾驶人负荷模型,面向不降速通行目标和需求,基于人因工程明确了隧道出入口光环境过渡参数和侧向余宽安全设计标准,首次提出隧道不降速通行安全设计理论及方法。 在应用推广方面,积极推进了上述研究成果在合作单位中的广泛应用和推广。通过与多个合作单位的紧密合作,将这些创新技术和理论应用于实际的高速公路隧道建设和运营管理中,取得了显著的经济效益和社会效益。 |
招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 4 | 负责本项目的技术路线、研究方案制定与系统研发工作,对本项目科技创新和推广应用的主要贡献包括: (1)负责本项目创新性成果基于人因工程的不降速通行以及车辆精准定位相关技术研究,参与相关知识产权的撰写和发表; (2)研发了新一代高速公路隧道智能管控平台; (3)组织建立了高速公路隧道设计、运营、养护、应急标准体系,相关成果转化为多项行业、团体、地方标准; (4)负责项目成果推广应用工作,成果应用于重庆、云南、广东、江苏等多个省份公路隧道。 |
吉林大学 | 5 | 作为项目主要研究单位,主要参与了低侵入式隧道智能运维系列装备及交通风险多维智能阻断管控平台与技术研究,深度参与了其立项论证、申请、整体方案制定和技术研究。对技术创新的主要贡献: (1)提出了隧道多层级风险演化机理与耦合场动态评估方法,实现对隧道运行风险的动态研判。 (2)研究了隧道智能运维与应急全场景智能联控方法,设计了低侵入式隧道自动清洗、移动巡检、自动灭火机器人作业自动化调度优化控制方法,提升了智慧化隧道自主运维与应急响应效能。 (3)设计了基于隧道火羽流特性的火灾势智能评估与灭火机器人应急联控技术。 (4)构建隧道风险"萌芽期预判阻断-发展期动态隔离-事故期快速处置"三阶递进防控体系,参与研发隧道交通风险智能阻断与主动管控平台,实现隧道风险主动干预与事故应急响应。 |
山东正晨科技股份有限公司 | 6 | (1)核心技术研发与集成应用:围绕隧道能源智能化管理关键问题,依托智能能源管理与数字孪生技术领域的深厚积累,构建了实时交通流感知-环境光智能调控-光伏发电预测驱动的能源管理体系,结合粒子群优化的随机森林光伏发电预测模型,基于负荷分级管控和源荷柔性控制策略,提升可再生能源利用率,优化隧道能源自适应供需平衡,确保能源供应的稳定性、连续性和低碳化,实现了隧道照明、通风与能源调度的深度融合。 (2)智能隧道能源管理解决方案的推广与实践:本项目突破了传统隧道能源管理模式,在隧道环境光伏发电、负荷预测、自适应控制等方面形成一体化解决方案。公司已成为高速公路能源领域的全方位服务提供商,通过在智慧隧道综合管控平台、零碳能源管控平台等细分市场的深耕细作,树立了行业标杆,确立了国内领先地位。 (3)示范项目与技术创新:公司参与并主导了一系列具有行业影响力的示范项目,包括但不限于隧道能源改造、高速公路能源管理、以及零碳高速运营管理等本项目的关键技术,已在青兰高速、济潍高速、沾临高速等高速公路53座隧道应用,形成智能调控、动态优化、能效提升等一系列创新性成果,助力高速公路绿色低碳发展。 |
山东三晶照明科技有限公司 | 7 | (1)研发了采用多脉冲直流供电系统,并成功用于隧道照明灯具,优化LED灯具的驱动电源中的AC/DC电路,省掉了影响寿命的电解电容,整灯寿命延长3-5倍。多脉冲直流供电模式下的LED灯具光效可以做到180lm/w,比交流的节能30%左右。 (2)开发了高压直流载波信息控制系统,通过电力载波方式将模拟信号或数字信号进行高速传输,节约了网络传输线路与设备,提高了信号的稳定性。 (3)该项技术在安全性、可靠性、灯具寿命、效率、成本及智慧化管理等方面取得重大成效,技术水平达到了国内领先。该技术产品市场竞争力强,成果转化程度较高,符合行业技术发展的大趋势,又具有独创性,对推动行业技术进步和产业结构化优化升级具有重要意义。目前,该技术产品已在道路照明、隧道照明、智慧路灯等场景进行了广泛应用,经济和社会效益显著。 |