高速公路险情应急智能感知柔性阻拦系统

　　一、总体介绍

　　随着我国高速公路网络的不断完善和机动车保有量的持续增长，高速公路已成为区域经济联动与民众出行的核心通道。桥梁和隧道作为高速公路的关键节点，其结构安全直接关系到交通命脉的畅通与公众生命安全，一旦发生坍塌事故，后果不堪设想。桥梁坍塌可能导致车辆坠落、交通中断，而隧道坍塌则会形成封闭的危险空间，会对现场车辆和人员造成直接伤害。由于桥梁和隧道所处环境特殊，坍塌事故发生后，传统的交通阻断方式在狭窄的空间或复杂的地形中更难快速起效，且救援力量到达和展开也需要一定时间。传统的交通阻断方式，如人工摆放警示标志、警车引导分流等，存在响应速度慢、防护范围有限、受人为操作影响大等问题，在高车速、大流量场景下难以有效阻止车辆闯入危险区域。此外，高速公路隧道、桥梁、弯道等特殊路段的事故处置难度更大，空间封闭性与视野局限性使得传统防护手段的有效性进一步降低，在这种紧急且危险的情况下，需要一种能够迅速响应、有效阻断交通的系统。为破解这一难题梧州高速公路运营有限公司“瑶山红”青年匠心工作室聚焦道路坍塌、柞水桥梁垮塌等事件，暴露出传统应急阻拦手段的不足，创新研发此系统。

　　图1：机电人员安装测试

　　系统在桥梁隧道坍塌等紧急情况下能有效拦截后续车辆进入危险区域，避免车辆碰撞、坠落等二次事故发生。该系统首创的“平台监测 - 交通管控 - 硬性阻拦”跨平台智能联动机制，通过标准化数据接口实现桥梁隧道结构监测系统、高速公路监控与智能管理平台与阻拦系统的实时数据交互。不同于传统单一触发模式，该系统采用平台预案联动机制，综合结构变形数据、车辆行驶状态等信息动态判断险情，将触发响应的精准度提升至 99% 以上，同时通过边缘计算技术将信号传输延迟压缩至 1 秒内，从而实现“软拦截”与“快速响应”的双重目标。

　　二、主要做法

　　(一)明确研发定位，聚焦痛点破题

　　1、精准锚定需求：针对传统阻拦措施(人工路锥、刚性栏杆机、智慧路锥、水幕投影)存在的 “响应慢、易致伤、成本高、受环境影响大” 等痛点，结合交通运输部《公路自然灾害监测预警系统技术指南》中 “风险点上游布设阻拦设施” 的要求，确立 “远程控制、有效阻拦、柔性防护、成本可控” 四大核心目标，确保研发方向与实际应急需求高度匹配。

　　2、聚焦试验数据梳理与研究成果凝练：组织技术小组对实验阶段的原始数据进行汇总分析，运用统计学方法评估系统性能指标(如充气响应时间、阻拦成功率)，对比设计目标找出偏差原因，形成《系统性能评估报告》。完成研究报告的撰写，系统阐述关键技术的研发过程、实验验证结果及创新点，收录各阶段的设计图纸、测试记录、专利申请素材等支撑材料。召开项目总结会，邀请行业专家对研究成果进行评审，根据反馈意见完善报告;同步整理研究过程中的技术文档、试验视频等资料，形成标准化成果档案，为后续成果转化(如技术推广、专利申报)提供完整依据。

　　图2：高速公路充气式柔性阻拦系统

　　(二)攻克关键技术，保障性能达标

　　1、多平台联动集成技术：实现桥梁隧道结构监测系统、高速监控平台、阻拦系统数据实时交互，信号传输延迟≤1 秒，触发准确率≥99%，可根据险情等级自动匹配阻拦预案;

　　2、高动力鼓风技术：使鼓风设备在 - 35℃~65℃极端温度下稳定工作，30 秒内完成气囊充气，避免因气量不足或过度导致的阻拦失效;

　　3、柔性防撞吸能技术：通过仿真模拟不同车速(≤100km/h)、车型的撞击过程，优化气囊充气压力与外形曲线，将车辆冲击力降低至行业安全标准的 60% 以下，阻拦后气囊无结构性破裂。

　　性能指标严格管控：围绕 “技术 - 经济 - 安全” 三维度设定量化指标，如环境适应性(-30℃~60℃、95% 湿度)、连续待机≥365 天、单套研发成本较行业平均降低≥5%，确保系统既满足应急需求，又具备推广经济性。

　　(三)建立平台联动机制，适配高速道路安全需求

　　攻克多平台联动集成、高动力鼓风、柔性防撞吸能三项关键技术。其中，平台联动系统需实现与高速公路监控平台与高速公路充气式柔性阻拦系统的稳定数据交互，信号传输延迟控制在 1 秒以内，触发准确率不低于 98%;高动力鼓风设备完成原型机研发，确保气囊在 30 秒内完成充气并达到预设形态，适应 - 30℃~60℃的温度范围;柔性防撞吸能技术通过材料优化与结构设计，使气囊能有效拦截时速 80km/h 以内的中小型车辆，车辆冲击力降低至安全阈值，且气囊无破裂。完成至少 3 轮原型机迭代。通过模拟桥梁隧道坍塌场景的集成试验，验证系统在不同环境条件下的稳定性与可靠性，形成完善的性能测试报告，明确系统在实际应用中的适配场景与操作规范。试验数据需覆盖充气响应时间、阻拦成功率、材料损耗率等关键指标，为系统的进一步优化提供量化依据。形成一套完整的技术文档，包括系统设计方案、关键技术参数手册、试验报告等;总结研究中的技术创新点与应用价值。同时，与计算中心达成初步合作意向，为后续技术推广与实地应用做好铺垫，为全面开展系统性能优化及知识产权成果转化提供技术与知识产权支撑。

　　三、取得成效

　　该系统在德利大桥投入使用后，已在安全防护、应急响应、经济运营及技术适配等方面取得实际成效。

　　安全防护层面，系统针对德利大桥高空坠落风险设计的侧方阻拦模块完全落地，通过柔性防撞吸能技术，成功拦截多起在桥面上的发生的车辆安全事故，该装置能够有效拦截时速 80km/h 的小型汽车车，气囊有序变形吸收冲击力，车辆无损伤、无人员伤亡，冲击力降至行业安全标准 60% 以下，彻底避免二次坠桥事故，同时也保证了桥面上事故车辆的安全，验证了 “柔性防护无伤害” 的设计目标。

　　应急响应层面，多平台联动集成技术在大桥实际场景中高效运转，系统与德利大桥结构监测设备、高速监控平台实时交互，2 次模拟桥面异常预警中，信号传输延迟均≤1 秒，高动力鼓风设备 30 秒内完成气囊充气展开，同步联动上游情报板推送警示信息，较传统人工阻拦响应时间缩短 80%，为隐患处置争取关键时间。

　　经济运营层面，系统投入后，单次隐患处置可减少车辆损毁、交通中断等直接损失约 200 万元，因快速恢复通行，降低物流延误、区域拥堵等间接损失 40% 以上;同时，按文件中 “低成本维护” 设计，大桥运维团队通过标准化《日常巡检规程》，每季度仅需 1 次传感器校准，年维护成本较预期降低 15%，设备连续待机超 180 天无故障。

　　技术推广层面，系统在德利大桥的应用验证了桥梁场景适配方案的可行性，侧方阻拦模块安装无需改造原有护栏，与大桥现有应急体系兼容，为后续跨桥梁推广提供了实际案例支撑。