Wielkie kopanie

Kiedy prezydent Dwight re. Eisenhower podpisał ustawę o Federalnym Systemie Drogowym w 1956 roku, nie mógł sobie wyobrazić projektu budowy behemota, który jest obecnie podejmowany w Bostonie, aby ukończyć system. Urzędnicy rządowi nazywają to projektem Central Artery/Tunel (CA/T); miejscowi mówią po prostu Big Dig. Do czasu zakończenia prac w 2004 r. droga ta będzie miała odcinek o szerokości ośmiu pasów i długości 5 km, całkowicie zakopany pod tętniącą życiem dzielnicą finansową jednego z najstarszych miast w kraju. Nowy tunel zastąpi mocno zniszczoną Centralną Artery Bostonu – zrujnowany stalowy wiadukt, który przecina śródmiejskie wieżowce – odcinkiem największej na świecie podziemnej autostrady. Podwodny tunel (ukończony w 1995 r.) zapewni ruch z lotniska do arterii, a wszystko to za bezprecedensowy koszt ponad 10 miliardów dolarów.

Chociaż zakopanie autostrady obiecuje lepsze środowisko dla mieszkańców Bostonu – czystsze, cichsze, bardziej otwarte – podnosi stawkę dla podziemnych podróżników. Korki i przebite opony, tylko irytujące nad ziemią, mogą śmiertelnie skręcić na dole, jeśli kierowcy zostaną uwięzieni w mgiełce toksycznych spalin. Dodaj do tego pożar samochodu lub eksplozję tankowca, a sytuacja może stać się tragiczna. Dlatego inżynierowie Big Dig są pionierami w zakresie nowych technologii w budownictwie, zarządzaniu ruchem i kontroli przeciwpożarowej, zaprojektowanych tak, aby zapewnić płynny i bezpieczny przepływ życia w tętnicy.

Ta historia była częścią naszego wydania z maja 1998 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Mózgi stojące za operacją

poza układaniem stali i zalewaniem betonu, ekipy Big Dig rozmieszczają w całym systemie setki kamer telewizji dozorowej, czujników podczerwieni i znaków zmiennej treści, łącząc go z systemem komputerowym, który może wytrzymać atak terrorystyczny, i budując centrum dowodzenia tak wypełniony ekranami, klawiaturami i urządzeniami projekcyjnymi, że Darth Vader zzieleniałby z zazdrości. To wszystko jest częścią Inteligentnej Autostrady Centralnej/Tunelowej lub Inteligentnego Systemu Transportowego.

Pracując w centrum sterowania Gwiezdnych Wojen, pół tuzina ludzkich operatorów CA/T będzie dążyć do maksymalizacji przepływu ruchu i zminimalizowania narażenia kierowców na tlenek węgla. Do ich dyspozycji będą m.in. sygnalizacja świetlna, znaki ograniczenia prędkości, sygnalizacja zamykania pasów ruchu, nadajniki radiowe AM i FM, urządzenia wentylacyjne, a nawet pompy ściekowe.

Komputery CA/T będą stale monitorować przepływ ruchu w systemie. W przypadku nagłej przerwy — powiedzmy, że ruch na pasie spadnie z 60 do 5 mil na godzinę — komputer automatycznie skieruje kamerę, aby skierować ją na dany obszar. Komputer może obliczyć powagę incydentu, wyznaczyć odpowiedniego operatora do jego obsługi (na podstawie jego przeszkolenia i bieżących zadań) oraz wyświetlić obraz wideo na konsoli operatora. Następnie komputer zaproponuje strategię radzenia sobie z sytuacją, ale ostateczną decyzję pozostawi człowiekowi, który może zmienić światła, wyregulować urządzenia wentylacyjne lub wysłać wiadomości do kierowców, a wszystko po to, aby drobna wiolonczela nie stała się poważną katastrofą.

Ale co właściwie powinien zrobić operator w sytuacji awaryjnej? Zamknąć pasy? Wolny ruch? Przekierować ruch? A jak długo pasy powinny być zamknięte? Aby odpowiedzieć na te pytania, Departament Autostrad stanu Massachusetts zawarł umowę z grupą Intelligent Transportation Systems MIT ( http://its.mit.edu/ ), aby zbudować zaawansowaną symulację komputerową, która modeluje do 10 000 pojazdów poruszających się po rampach i tunelach.

Symulujemy decyzje kierowców, takie jak przyspieszanie, zwalnianie, zmiana pasa, łączenie i ustępowanie – mówi profesor Moshe Ben-Akiva, który kieruje grupą MIT. Możemy symulować incydenty, blokując pasy na określony czas. Możemy symulować zmiany warunków widoczności. System może nawet określić efekt zamknięcia wyjść lub dodania nowych.

Wraz z symulatorem ruchu grupa MIT zbudowała drugi symulator, który modeluje operatorów i system zarządzania ruchem CA/T. Pozwala to naukowcom zobaczyć wpływ, jaki różne strategie zarządzania ruchem będą miały na przypływ i przepływ ruchu w tunelu. Na przykład w przypadku wypadku w tunelu światła portalu na autostradzie natychmiast zmieniają kolor z zielonego na czerwony, aby uniemożliwić wjazd większej liczby samochodów. Korzystając z symulatora, naukowcy obliczyli, jak długo operatorzy powinni czekać po usunięciu wypadku, zanim światła portalu zmienią się z czerwonego z powrotem na zielone. Pierwotne plany natychmiastowej zmiany świateł portalu na zielone nie były dobrym pomysłem, mówi Ben-Akiva. Powinieneś opóźnić zmianę, dopóki nie pozwolisz, aby ruch w środku zniknął. W przeciwnym razie generujesz fale uderzeniowe ruchu w tunelu.

Ogień w górach

o ile projektanci i operatorzy ca/t mieli pewne niespodzianki, kiedy zaczęli symulować ruch uliczny, to jeszcze bardziej doznali szoku, gdy zaczęli przyglądać się kolejnemu problemowi: jak chronić tunel i jego mieszkańców przed niszczącymi go ogniem. Martwili się nie tylko groźbą bezpośredniego poparzenia. W rzeczywistości dym i ciepło są prawdziwymi zabójcami podczas pożaru, mówi Richard W. Drake, kierownik operacyjny projektu Central Artery/Tunnel.

Od lat, wyjaśnia Drake, inżynierowie na całym świecie budują tunele samochodowe z urządzeniami wentylacyjnymi wystarczająco dużymi, aby poradzić sobie z dymem z największego możliwego pożaru. Ale nie mieli możliwości dowiedzenia się, jak ich koncepcja ognia pasuje do prawdziwego płomienia. Chociaż pożary tuneli – takie jak ten, który wybuchł w 1996 roku w tunelu pod kanałem La Manche, który łączy Wielką Brytanię i Francję – przyciągają uwagę międzynarodowych mediów, żaden nie spłonął pod czujnym okiem szybkich instrumentów naukowych. Dlatego inżynierowie zawsze opierali swoje projekty ochrony przeciwpożarowej na modelach teoretycznych, a nie na twardych danych.

Czując się niekomfortowo z tą niepewnością, inżynierowie przez dziesięciolecia przebudowywali swoje projekty, dodając więcej urządzeń wentylacyjnych, izolacji i wsparcia konstrukcyjnego, niż uważali za konieczne – na wypadek, gdyby ich modele nie oszacowały ciepła i dymu, jakie może wytworzyć pożar tunelowy.

To, czego potrzebowali inżynierowie, to stanowisko testowe — eksperymentalny system do pożarów tunelowych. A na początku lat 80. Federalna Administracja Drogowa (FHA) wymyśliła jeden, zmieniając trasę odcinka I74 w taki sposób, że pozostawił pusty 1,1-milowy tunel na wzgórzach Zachodniej Wirginii. Tam FHA połączyło siły z Parsonsem Brinckerhoffem, jednym z głównych wykonawców Big Dig, aby wykonać serię wypaleń na pełną skalę, które ostatecznie wystawiłyby teorie na temat pożarów tuneli na próbę.

Zespół wydał 10 milionów dolarów na renowację opuszczonego tunelu za pomocą najnowocześniejszego systemu wentylacji i kolejne 10 milionów na instalację zaawansowanych przyrządów monitorujących. Wyposażyliśmy tunel w system siatki, dzięki czemu można było zbierać dane dotyczące temperatury, przepływu powietrza i tlenku węgla w całym tunelu – mówi Drake, który nadzorował projekt.

W środku opuszczonego tunelu inżynierowie zbudowali duże stalowe patelnie o boku ponad 10 stóp. Napełnili patelnie 6 cali wody (aby chronić stal przed gorącem), a następnie cal oleju opałowego. Zdalnie sterowany palnik propanowy zapalał paliwo.

Ostatecznie Drake nadzorował 101 oparzeń. Najmniejszy miał moc 10 megawatów (MW), symulując płomień małego samochodu. Największa z nich wynosiła 100 MW – w przybliżeniu moc uwolniona, gdy mała cysterna z benzyną zderzyła się czołowo z ciężarówką.

Jeśli chcesz zobaczyć, jak wygląda piekło, pokażemy ci zdjęcie 100-megawatowego pożaru, mówi Drake. To absolutnie zdumiewające, że płytki zdmuchnięte ze ściany są absolutnie zdumiewające. Pęcherzyki dylatacyjne asfaltu i smoły.

Ku zdumieniu zespołu tunel i sprzęt wentylacyjny wytrzymały znacznie lepiej podczas tych holokaustów, niż przewidywały modele. Nikt nie przypuszczał, że kiedykolwiek uda nam się zgasić taką liczbę pożarów. Myśleli, że tunel zawali się na długo przed tym, jak z nim skończymy, mówi Drake.

Odporność tunelu w Zachodniej Wirginii prowadziła do oszałamiającego wniosku: na całym świecie zmarnowano miliardy dolarów na budowę tuneli bardziej odpornych na ogień, niż kiedykolwiek było to potrzebne.

Chociaż wyniki przyszły za późno, aby umożliwić całkowite przeprojektowanie Big Dig, Drake wciąż był w stanie zaoszczędzić dziesiątki milionów dolarów na kosztach betonu i wykopów, zmniejszając niektóre szyby wentylacyjne i eliminując inne. Zaoszczędziliśmy na tym projekcie około 25 milionów dolarów na samych kosztach izolacji, mówi Drake. Jesteśmy przekonani, że możemy wykazać łącznie 45 milionów dolarów oszczędności.

Co ważniejsze, testy nauczyły inżynierów, jak dostroić system wentylacji CA/T. W przypadku pożaru, mówi Drake, konwencjonalna mądrość zawsze uważała, że ​​wentylatory dostarczające świeże powietrze do obszarów tuneli sąsiadujących z płomieniami powinny być ustawione na około 50 procent wydajności. To była próba zachowania delikatnej równowagi: nie chcesz dostarczać świeżego powietrza do ognia, wyjaśnia Drake, ale nie chcesz, aby ludzie uwięzieni w swoich samochodach też się dusili.

Znowu konwencjonalna mądrość była błędna. Eksperymenty z Zachodniej Wirginii wykazały, że lepiej jest wyłączyć pobliskie wentylatory zasilające podczas pożaru do zaledwie 10 lub 20 procent wydajności. Testy dowodzą, że przy tych zredukowanych ustawieniach system wentylacyjny nadal zapewni wystarczającą ilość świeżego powietrza uwięzionym kierowcom i nie będzie podsycał płomieni tak wysoko. To strategiczna korekta, która może wydawać się niewielka, ale biorąc pod uwagę, że do 2010 r. oczekuje się, że ćwierć miliona pojazdów będzie przemierzać tunel każdego dnia, jej wpływ może okazać się ogromny.

ukryć